Avril 2006 - n°109
FIPA -Flow Injection Polymer Analysis-: une technique
analytique précise et rapide pour les mesures de routine en contrôle
qualité et en suivi de process
Par Sandrine OLIVIER de Viscotek Europe - Agence francophone
La technique FIPA, conçue pour être un outil analytique rapide
et précis pour les contrôles qualité et les suivis de
process et de synthèse, fournit en quelques minutes la valeur de masse
moyenne (Mw), la viscosité intrinsèque I(IV) et le pourcentage
de polymère en solution, renseignant ainsi sur le taux de conversion.
L’échantillon est prélevé dans le réacteur
et il est injecté directement pour analyse, sans étape de purification,
après éventuellement une dilution. L’analyse FIPA sépare
la partie polymères/macromolécules des autres constituants de
petite taille contenus dans la matrice dont les résidus monomériques,
les traces de solvant, les additifs, catalyseurs, etc.
L’équipement nécessaire à une analyse par FIPA
est similaire à l’équipement utilisé pour la chromatographie
d’exclusion stérique (SEC) ou à perméation de gel
(GPC) : une pompe isocratique, un dégazeur, un système d’injection,
et des détecteurs (réfractomètre, viscosimètre
et détecteur de diffusion statique de la lumière). Le réfractomètre
permet de calculer la quantité de polymère présente dans
l’échantillon, le viscosimètre fournit la viscosité
intrinsèque et le détecteur de diffusion statique de la lumière
donne la masse molaire « absolue » du polymère en solution.
Le système est couplé à un logiciel de pilotage et de
calcul automatique performant. L’accessoire essentielle pour l’analyse
FIPA est une colonne spécifique appelée colonne FIPA qui va
permettre d’isoler le polymère/ la macromolécule des autres
constituants de la matrice.
La Figure 1 compare les séparations obtenues par FIPA et par GPC. Sous
le pic étroit FIPA, toutes les molécules du polymère
sont regroupées. Sous le pic de GPC beaucoup plus large, les molécules
sont séparées pour donner une distribution.
Figure 1 : Les techniques de séparation et
d’analyse.
La technique FIPA a déjà été mise enœuvre
pour de nombreuses applications dont les analyses de routine suivantes Polycarbonate,
copolymères à blocs, résines phénoliques, polyurethanes,
polyacrylamide, polysaccharides, etc… dans des solvants tels que le
dichlorométhane, le THF, cyclohexane, l’acide formique ou encore
une solution de nitrate de sodium. De nombreuses notes d’application
sont disponibles pour décrire ces exemples. La Figure 2 montre un exemple
de FIPAgramme obtenu pour l’analyse d’un caoutchouc de haute cristallinité.
Le pic de polymère est clairement isolé des autres constituants
de la matrice dont le solvant de mise en solution.
Figure 2 : FIPAgramme obtenu pour l’analyse
d’un caoutchouc synthétique de haute cristallinité.
En particulier, la technique FIPA a permis de mettre au point une méthode
alternative plus rapide pour la mesure des solubles dans le xylène,
mesure critique pour l’industrie des polyoléfines. Ce test de
mesure des solubles dans le xylène est destiné à mesurer
le contenu de matière amorphe du polypropylène et de copolymères
tels que le EPR (ethylene-propylene rubber). L’exactitude et la précision
de ce test permettent de définir les paramètres de process et
les caractéristiques de ces produits. La méthode traditionnelle
de mesure est une méthode gravimétrique longue et laborieuse
comportant plusieurs étapes comme l’illustre la Figure 3.
Figure 3 : comparaison de la méthode gravimétrique
et de la méthode FIPA
L’analyse par FIPA remplace la dernièreétape de la méthode
gravimétrique : les résultats sont obtenus en 10 fois moins
de temps et avec plus d’exactitude. En outre, FIPA peut aussi fournir
les valeurs moyennes de masse et de viscosité intrinsèque de
la fraction soluble. FIPA permet de réduire largement la manipulation
et la consommation de solvant, ainsi que le temps d’analyse : 40 analyses
peuvent être réalisées par jour. Une note d’application
complète présente les études de corrélation réalisées
sur des mesures par méthode gravimétrique et des mesures par
FIPA.
En résumé, la technique FIPA est un outil analytique rapide,
précis et exact pour l’analyse de routine en contrôle qualité
et en suivi de process. Le matériel peut être installé
sur site de production ou en laboratoire.