Instrumentos de composición y extrusión

Para la elección de una extrusora a escala laboratorio debe considerar la cantidad de muestra, el rendimiento esperado, las necesidades de alimentación y desgasificación, la flexibilidad del proceso y los objetivos del escalado. En caso de cantidades muy pequeñas de material, los microcompounders Thermo Scientific HAAKE son adecuados para las primeras etapas de I+D; el HAAKE MiniLab 3 Micro Compounder utiliza tan solo 5 g o 7 cm³ de material. Para el procesamiento continuo a escala de laboratorio, la extrusora de doble husillo paralelo Thermo Scientific Process 11 ofrece un rendimiento típico de 20 g/h a 2,5 kg/h, según el material, y cuenta con un diseño de husillo segmentado, zonas de temperatura ajustables, opciones de alimentación y desgasificación y accesorios downstream. Para mayores requerimientos de material, las extrusoras de doble husillo Thermo Scientific a escala piloto permiten llevar a cabo procesos con mayor rendimiento o produccióna escala piloto.

El comportamiento de extrusión de materiales poliméricos puede evaluarse mediante el seguimiento de parámetros del proceso como la temperatura de la masa fundida, la presión, la velocidad del husillo, el torque, el rendimiento y el tiempo de residencia. La espectroscopia Raman en línea integrada con la extrusora de doble husillo puede ayudar a supervisar en tiempo real la composición química, la estructura molecular y a detectar cambios del proceso como transiciones del polímero, cambios de material, transiciones de cristalinidad o posibles indicadores de calidad. Las mediciones de viscosidad relativa de la masa fundida y el mapeo químico FTIR también permiten evaluar cambios estructurales, homogeneidad de mezclas y consistencia de la formulación tras el procesamiento.

El escalado debe basarse en condiciones de procesamiento comparables entre la extrusora de laboratorio y el sistema piloto o de producción de mayor tamaño. Entre los parámetros clave se incluyen la geometría del cilindro, la configuración del husillo, la velocidad del husillo, el perfil de temperatura, el tiempo de residencia, la temperatura de la masa fundida, la velocidad de alimentación, el rendimiento y el aporte energético específico. Debido a que los cálculos teóricos de rendimiento quizá no predicen por completo el comportamiento al pasar de la escala laboratorio a la planta piloto, conviene confirmar experimentalmente el escalado midiendo la distribución del tiempo de residencia y ajustando la velocidad de alimentación o los parámetros del proceso según sea necesario. Así se puede favorecer un rendimiento comparable de mezclado, fusión, desgasificación y homogeneización durante el escalado.

Extrusion and rheology data help when you need to understand polymer behavior under processing conditions that melt flow index or melt flow rate does not represent. MFI and MFR measure flow under one temperature and load condition, while extrusion and injection molding can expose polymers to wider shear-rate, temperature, pressure, and residence-time ranges. Extrusion and rheology measurements can help reveal processing differences that MFI alone may not show.