WARTO WIEDZIEĆ

Politereftalan etylenu (PET) jest obecnie jednym z najważniejszych tworzyw sztucznych wykorzystywanych w przemyśle opakowaniowym. Jego popularność wynika z wyjątkowego połączenia korzystnych właściwości mechanicznych, chemicznych i technologicznych. O wytrzymałości, odporności termicznej oraz możliwościach przetwórczych tego materiału decyduje przede wszystkim długość łańcuchów polimerowych, która bezpośrednio wpływa na masę cząsteczkową polimeru.

Najważniejszym parametrem opisującym masę cząsteczkową PET jest lepkość wewnętrzna (Intrinsic Viscosity – IV). Parametr ten stanowi pośrednią miarę długości łańcuchów polimerowych i dostarcza informacji o właściwościach materiału, takich jak temperatura topnienia, stopień krystaliczności oraz wytrzymałość mechaniczna, w szczególności wytrzymałość na rozciąganie. Im wyższa wartość IV, tym dłuższe są łańcuchy polimerowe, a tym samym lepsze właściwości mechaniczne i większa odporność materiału na obciążenia występujące podczas użytkowania.

Z tego względu wartość IV stanowi jeden z podstawowych parametrów uwzględnianych w specyfikacjach handlowych żywic PET. Pozwala ona dobrać odpowiedni gatunek materiału do konkretnego zastosowania oraz kontrolować jakość produktu na każdym etapie jego wytwarzania i przetwarzania.

Kontrola jakości na każdym etapie łańcucha produkcyjnego

Pomiar lepkości wewnętrznej wykonywany jest praktycznie na wszystkich etapach życia materiału – od momentu jego opracowania aż do gotowego produktu trafiającego do odbiorcy.

Badania rozpoczynają się już w laboratoriach badawczo-rozwojowych, gdzie opracowywane są nowe gatunki polimerów o określonych właściwościach. Następnie kontrola prowadzona jest w zakładach chemicznych produkujących PET, gdzie próbki pobierane są bezpośrednio z wież polimeryzacyjnych. Kolejnym etapem są przedsiębiorstwa zajmujące się przetwórstwem tworzyw sztucznych, które monitorują zarówno jakość dostarczanej żywicy, jak i przebieg własnych procesów technologicznych.

W nowoczesnych zakładach pracujących w systemie ciągłym, przez dwadzieścia cztery godziny na dobę, regularnie kontrolowane są kolejne partie surowca, materiał opuszczający suszarki, tworzywo znajdujące się w wytłaczarkach oraz gotowe wyroby. Równie istotne znaczenie mają pomiary wykonywane w przedsiębiorstwach zajmujących się recyklingiem PET, gdzie znajomość lepkości wewnętrznej pozwala ocenić przydatność odzyskanego materiału do ponownego wykorzystania.

Tak szeroki zakres zastosowań sprawia, że metoda oznaczania IV musi być nie tylko dokładna i powtarzalna, lecz również bezpieczna, szybka oraz możliwa do zastosowania zarówno w laboratorium, jak i bezpośrednio na hali produkcyjnej.

Metody pomiaru lepkości wewnętrznej

Przez wiele lat podstawową metodą oznaczania lepkości wewnętrznej było rozpuszczanie próbek PET w halogenowanych rozpuszczalnikach, a następnie wykonywanie pomiarów lepkości otrzymanego roztworu. Chociaż metoda ta zapewnia wysoką dokładność, wiąże się z wieloma niedogodnościami.

Przede wszystkim wymaga stosowania kosztownych rozpuszczalników, których zakup i późniejsza utylizacja znacząco podnoszą koszty badań. Dodatkowym problemem są rygorystyczne wymagania dotyczące bezpieczeństwa pracy oraz ochrony środowiska. Ze względu na wykorzystanie substancji chemicznych badania mogą być prowadzone wyłącznie przez odpowiednio przeszkolony personel laboratoryjny i wymagają specjalistycznego wyposażenia.

Alternatywę stanowi nowoczesna metoda bezrozpuszczalnikowa oparta na wytłaczaniu stopionego polimeru przez specjalnie zaprojektowaną dyszę pomiarową. Metoda ta wykorzystywana jest między innymi w urządzeniu Davenport PETPlus Intrinsic Viscosity Measurement Instrument, które od wielu lat znajduje zastosowanie u największych światowych producentów żywic PET oraz przedsiębiorstw zajmujących się ich przetwórstwem.

Znaczącą zaletą tej metody jest możliwość wykonywania pomiarów bezpośrednio w miejscu produkcji. Po odpowiednim wysuszeniu próbki cały proces badawczy trwa krócej niż dwadzieścia minut, dzięki czemu operatorzy mogą na bieżąco kontrolować przebieg procesu technologicznego i natychmiast reagować na pojawiające się odchylenia.

Dlaczego metoda free blowing nie zastępuje pomiaru IV?

W praktyce przemysłowej spotykana jest również tak zwana metoda free blowing. Nie stanowi ona jednak bezpośredniego pomiaru lepkości wewnętrznej materiału.

Według producentów żywic PET oraz producentów wtryskarek i rozdmuchiwarek metoda ta jedynie pośrednio ocenia zdolność preformy do rozdmuchiwania do określonych wymiarów. Jest to cecha zależna nie tylko od właściwości samego polimeru, ale również od wielu czynników technologicznych oraz warunków przechowywania materiału. W przeciwieństwie do niej lepkość wewnętrzna pozostaje trwałą właściwością samego tworzywa i nie ulega zmianom wskutek krótkotrwałego oddziaływania środowiska.

Dzięki temu pomiar IV dostarcza znacznie bardziej wiarygodnej informacji o rzeczywistej jakości materiału niż metody pośrednie.