Come FILAB ha aiutato uno dei suoi clienti a comprendere un fenomeno di ingiallimento di un silicone?
I siliconi sono oggi ampiamente utilizzati in diversi settori grazie alle loro notevoli proprietà fisico-chimiche, come un’ottima stabilità termica, un’elevata resistenza all’ossidazione e all’idrolisi, oltre a un’eccellente permeabilità ai gas. Infine, la loro assenza di tossicità e la loro inerzia chimica consentono l’impiego di numerosi tipi di siliconi in cosmetica, odontoiatria, medicina, chirurgia, farmacia e nell’industria alimentare.
Nell’ambito del suo processo di stampaggio di componenti per applicazioni mediche, il nostro cliente ha riscontrato problemi di ingiallimento su un lotto di materiale, utilizzato allora su più apparecchiature, fenomeno che si è amplificato al momento della ricottura in stufa. Dopo le prime indagini interne, FILAB è stato interpellato per comprendere l’origine del fenomeno.
Lo studio comparativo: una metodologia indispensabile
Nell’ambito delle expertise sui guasti, è molto utile, quando possibile, poter confrontare il campione non conforme con un campione cosiddetto conforme, cioè sul quale il fenomeno di degradazione non è stato osservato. Ciò consente di individuare più rapidamente l’origine di un difetto. In questo caso, il nostro cliente ha potuto fornirci un campione di un lotto conforme e poi uno di un lotto non conforme.
La prima ipotesi analitica è stata quella di un inquinamento esterno che avesse influenzato la formulazione del lotto non conforme. In questo caso, abbiamo proposto di studiare le contaminazioni organiche mediante GC-MS e quelle inorganiche mediante ICP-AES.
La seconda ipotesi era quella di determinare le proprietà termiche dei due materiali per verificare se il lotto non conforme potesse essere stato influenzato dalla temperatura del processo. I dati sono stati ottenuti mediante analisi termogravimetrica (ATG).
Questi due primi approcci analitici hanno concluso che l’ingiallimento non derivava da una contaminazione inorganica o organica, né da un comportamento diverso dei materiali nei confronti della temperatura. Tuttavia, la GC-MS ha evidenziato differenze di formulazione che è stato necessario convalidare con analisi complementari.
La combinazione di più tecniche è spesso necessaria per comprendere un fenomeno
Spettri ATG dei diversi campioni
La spettrometria infrarossa a trasformata di Fourier
La spettrometria infrarossa a trasformata di Fourier (IRTF) è un metodo di analisi particolarmente utilizzato per lo studio dei polimeri. La sua analisi avviene tramite l’identificazione dei legami chimici tra gli atomi che lo costituiscono. Permette inoltre di evidenziare la degradazione anomala di un materiale, mediante il confronto tra campioni degradati e nuovi, oppure di caratterizzare meccanismi di reticolazione.
Dopo l’analisi degli spettri, l’expertise IRTF non ha permesso di evidenziare differenze significative di composizione.
A complemento dei risultati ottenuti in precedenza, è stata infine la spettroscopia RMN, una tecnica che sfrutta le proprietà magnetiche di alcuni nuclei atomici, a dimostrare che le formulazioni dei due siliconi non erano equivalenti. In questo caso, la RMN ha ad esempio evidenziato che:
- La gomma che presenta l’ingiallimento mostra la presenza di legami vinilici, assenti nella gomma che rimane bianca.
- Il fenomeno di assorbimento dell’acqua sulla superficie della silice è visibile anche per il campione non conforme, mentre non lo è per il silicone conforme.
- La presenza di carbonio in quantità maggiore influisce probabilmente anch’essa sull’ingiallimento.
- Il silicio è infine più presente nel lotto non conforme.
Perché FILAB?
FILAB dispone di numerose competenze e tecniche di caratterizzazione dei siliconi adatte a diverse esigenze, come:
- La deformulazione di un silicone sconosciuto
- Lo studio dei comportamenti termici del silicone mediante DSC o ATG
- La ricerca di impurità su oli o fluidi siliconici
- L’expertise sui guasti dei siliconi : problemi di odore, di colore, contaminazioni, degradazione…
