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.