¿Por qué ocurren fallas en piezas plásticas?
La calidad es un factor importante para los consumidores a la hora de decidirse por un buen producto. La calidad está presente desde la apariencia hasta la funcionalidad, que se puede manifestar en las prestaciones mecánicas del producto. Sin embargo, en el caso de las piezas fabricadas con materiales plásticos, tanto para consumo masivo como para uso industrial, podrían ocurrir fallas o aparecer defectos en los productos terminados. Eso es posible debido a muchas causas, atribuibles principalmente a los materiales, a los aditivos, al procesamiento, al diseño o a factores medio ambientales.
Debido a que un alto porcentaje de las fallas o defectos en las piezas plásticas están relacionadas directamente con los materiales y los aditivos utilizados en las formulaciones, toma gran importancia realizar una adecuada evaluación de las propiedades de las materias primas que se utilizan en la fabricación de las piezas plásticas, antes de su procesamiento.
Es frecuente encontrar determinadas piezas o incluso materiales para empaques, que se fabrican con uno o más tipos de materiales plásticos, e incluso con porcentajes importantes de materiales plásticos reciclados. Y si eso se combina con el uso de diversos aditivos, que se usan para mejorar determinadas propiedades, pero no se conocen bien sus efectos, podrían ser causantes de muchos efectos adversos.
El control de la calidad de los productos finales sirve para verificar que se cumplan las especificaciones predefinidas, que forman parte de la garantía y que se presentan en las hojas técnicas. En el caso de los plásticos y sus aditivos, se dispone de, por lo menos, unas 50 técnicas analíticas diferentes para conocer las características de esos materiales, que se conocen como técnicas para la caracterización de polímeros y sus aditivos.
La caracterización de los polímeros se realiza con base a normas internacionales como las ASTM (American Society for Testing and Materials) o las ISO (International Standard Organization). Utilizando las normas correspondientes se pueden conocer las características de los polímeros en cuanto a sus propiedades reológicas, químicas, físicas, eléctricas, microscópicas, entre muchas otras. Pero a la hora de identificar un polímero en particular se puede comenzar con tres tipos de análisis, que son como los tres mosqueteros para la caracterización de los materiales plásticos, que permiten determinar la “huella digital” de un polímero. Estos análisis, utilizan valores de la temperatura de calentamiento, ablandamiento, enfriamiento del polímero, junto con análisis de composición y reacciones químicas, a las que se unen las mediciones de las reacciones ante las radiaciones infrarrojas. Estas tres técnicas son: DSC, TGA y FTIR.
El primero de los mosqueteros es la Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC), que es una técnica que permite determinar la energía que absorbe o libera una muestra a medida que se calienta o enfría, proporcionando información sobre los efectos térmicos, caracterizados por un cambio en la entalpía y por un intervalo de temperatura. Dichos cambios comprenden: la fusión, la cristalización, la ebullición, la sublimación, las transiciones vítreas, las transformaciones polimórficas, entalpías de fusión, la capacidad calorífica, el porcentaje de pureza, el porcentaje de cristalinidad y la compatibilidad en formulaciones.
La información obtenida por el DSC puede utilizarse para identificar polímeros, investigar el rango de trabajo de los materiales, así como también para analizar la composición de una muestra de varios polímeros. Se pueden desarrollar con facilidad métodos adecuados para controlar la calidad y realizar análisis de materias primas, aditivos y rellenos.
El segundo mosquetero es el Análisis Termogravimétrico (TGA), que permite conocer las propiedades de los materiales poliméricos y su comportamiento, así como medir el cambio de masa en función de la temperatura. Con esta técnica se obtienen valores de la composición, grado de pureza, reacciones de descomposición a la temperatura, absorción y contenido de humedad de un polímero. El TGA se usa también para investigar procesos como la vaporización y la descomposición, permite medir la estabilidad térmica, la cinética de las reacciones y la estequiometria de la reacción. También se puede medir la masa (pérdida o ganancia) de una muestra cuando ésta se somete a un programa controlado de temperatura.
En la Figura 2 se presenta una curva típica de pérdida de masa de un polímero, donde se observan diferentes pasos dentro de ese proceso. El Paso 1, corresponde a la pérdida de los componentes volátiles de un polímero: como la humedad, solventes y monómeros. En el Paso 2, se observa la zona de descomposición del polímero, donde se obtiene la temperatura máxima de degradación del material o polímero. En el Paso 3, se observa el cambio de atmósfera desde nitrógeno a oxígeno, que permite obtener mayor información después de la pirolisis, por ejemplo, para determinar la presencia de negro de humo en muestras de polímeros que lo contenga. Y en el Paso 4, se observa combustión del polímero, y en el Paso 5 se nota el residuo inorgánico inerte o ceniza de rellenos que contenía la muestra.
Los análisis TGA/DSC son instrumentos excepcionales y versátiles para una caracterización física y química de las propiedades de los materiales, controladas bajo condiciones atmosféricas. Provee valiosa información para investigación, control de calidad, desarrollos y aplicaciones industriales.
Y el tercer mosquetero es la Espectroscopía Infrarroja por Transformada de Fourier, comúnmente conocida por sus siglas FT-IR, que pertenece a la rama de la espectroscopía vibracional y es ampliamente utilizada. Se fundamenta en el estudio de la interacción de la radiación infrarroja con la materia, pudiendo así obtener una gran cantidad de información sobre las muestras analizadas mediante este método. Con el uso de la espectroscopía FT-IR, es posible irradiar la muestra de polímero con todas las longitudes de onda simultáneamente.
Un espectro FT-IR se utiliza como “huella dactilar” de un determinado compuesto o material polimérico. La respuesta vibracional ante la radiación infrarroja es única y característica de cada molécula, por ello, conocer su espectro infrarrojo supone una valiosa información a la hora de caracterizar muestras desconocidas o verificar aquellas que son a priori conocidas. Se emplea para caracterizar propiedades de diferentes materiales. Aporta datos cuantitativos acerca de la presencia de aditivos o contaminantes en la muestra.
En GT-ATP, Gestión Tecnológica y Asistencia Técnica en Polímeros, la empresa de servicios técnicos de CIPA, estamos en capacidad de caracterizar las muestras de polímeros que requieran identificar nuestros clientes. También determinar posibles aditivos y presencia de material reciclado utilizando las técnicas del DSC, TGA y FTIR. Pero también contamos con análisis de propiedades reológicas, mecánicas y por microscopía de los polímeros.
Estamos a su disposición por nuestro correo contacto@gt-atp.cl o por contacto@cipachile.cl o sino por la página web www.cipachile.cl.
