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Análisis de materiales Cómo los gránulos de limpieza modifican la resistencia al impacto a bajas temperaturas del TPO

Un artículo invitado de Rainer Ziel, Analytik Service Obernburg | Traducido por IA 4 min Tiempo de lectura

La incorporación involuntaria de granulado de limpieza durante el cambio de color puede afectar considerablemente a las propiedades mecánicas de los componentes de TPO. Un análisis de materiales muestra cómo el cambio en la composición del polímero afecta a la resistencia al impacto a bajas temperaturas y cómo la calorimetría diferencial dinámica (DSC) permite identificar la causa.

El análisis mediante DSC permite determinar las temperaturas de fusión y los índices de cristalinidad de las fases semicristalinas PP y PE.(Bild: ASO)
El análisis mediante DSC permite determinar las temperaturas de fusión y los índices de cristalinidad de las fases semicristalinas PP y PE.
(Bild: ASO)

En un componente de TPO se observó una menor resistencia al impacto a bajas temperaturas. Los análisis por DSC revelaron un cambio en la composición del polímero, con un aumento del polipropileno cristalino y una reducción de la proporción de polietileno. La causa fue la incorporación involuntaria de granulado de limpieza durante un cambio de color. La composición modificada da lugar a un comportamiento más frágil del material.

Situación inicial

La pieza analizada se fabricó a partir de un compuesto de TPO a base de polipropileno (PP) con EPDM y polietileno (PE) como modificador de la resistencia al impacto. La fabricación se realizó alternando los colores negro y blanco; para el cambio de color se utilizó un granulado de limpieza. Solo se observó una reducción de la resistencia al impacto a bajas temperaturas en los componentes blancos tras el cambio de material.

Calorimetría diferencial dinámica (DSC)

La calorimetría diferencial de barrido (Differential Scanning Calorimetry, DSC) es un método termoanalítico para el estudio de las transiciones térmicas en los polímeros. En este método se mide el flujo de calor en una muestra en comparación con una referencia, en función de la temperatura.
 En el caso de polímeros semicristalinos como el polipropileno (PP) y el polietileno (PE), se pueden determinar, en particular, los siguientes parámetros:

  • Temperatura de fusión (Tₘ) para la identificación de la fase polimérica

  • Entalpía de fusión (ΔHₘ) como medida del grado de cristalinidad

  • Temperatura de cristalización (Tc) al enfriarse

La entalpía de fusión es proporcional al grado de cristalinidad de un polímero. Por lo tanto, las variaciones en ΔHₘ permiten deducir cambios en la composición o modificaciones estructurales del material. Las fases amorfas, como el EPDM, no presentan un pico de fusión pronunciado y no se pueden cuantificar directamente mediante DSC.

Resultados analíticos

El análisis mediante DSC permite determinar las temperaturas de fusión y los grados de cristalinidad de las fases semicristalinas PP y PE. La fase amorfa del EPDM no es detectable térmicamente y, por lo tanto, no se ha tenido en cuenta.

Una comparación de las curvas de DSC de la muestra de referencia y la muestra defectuosa pone de manifiesto este desplazamiento: Mientras que el pico de PP en la pieza defectuosa presenta entalpías equivalentes notablemente más elevadas (64 J/g frente a 48 J/g), la proporción de PE se reduce visiblemente (0,2 J/g frente a 0,8 J/g).
(Imagen: ASO)

Los resultados de las mediciones muestran un aumento significativo de la entalpía de fusión en el rango del PP, así como una reducción de la entalpía de fusión en el rango del PE. Esto indica un mayor porcentaje de polipropileno cristalino y, al mismo tiempo, un menor porcentaje de polietileno. Una comparación de las curvas de DSC de la pieza de referencia y la pieza defectuosa (véase el gráfico) pone de manifiesto este cambio: Mientras que el pico de PP en la pieza defectuosa presenta valores de entalpía notablemente más altos (64 J/g frente a 48 J/g), la proporción de PE se ha reducido visiblemente (0,2 J/g frente a 0,8 J/g).

El polietileno contribuye de manera decisiva a la resistencia al impacto de los sistemas de TPO, especialmente a bajas temperaturas. Una reducción de este porcentaje conlleva directamente una menor absorción de energía. Al mismo tiempo, un mayor porcentaje de polipropileno cristalino provoca una mayor rigidez y favorece la rotura por fragilidad. La combinación de estos efectos explica las variaciones observadas en el comportamiento mecánico.

Causa y consecuencia

Se identificó como causa una mezcla involuntaria del granulado de limpieza utilizado durante el cambio de color. Este estaba compuesto por polipropileno puro y no contribuye a la modificación de la resistencia al impacto. Provocó un cambio apreciable en la composición y, por lo tanto, la pérdida de propiedades observada.

En la práctica, es necesario separar rigurosamente los materiales al cambiar de color, así como realizar un enjuague completo del sistema. Además, debe tenerse especialmente en cuenta la base polimérica de los granulados de limpieza utilizados. En este contexto, la DSC resulta ser un método eficaz para identificar rápidamente los cambios de composición en los sistemas de poliolefinas semicristalinas.

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