مقدمة
تُعد أجهزة قياس اللزوجة الشعرية عالية الضغط الحل الأمثل لفهم سلوك المواد في ظل ظروف المعالجة الفعلية. ومن المعروف أيضًا أن درجة الحرارة لها تأثير كبير على لزوجة البوليمرات. لذلك، تقيس أجهزة قياس الريولوجيا ذات الأنبوب الشعري ( NETZSCH ) الخصائص الريولوجية الحساسة لدرجات الحرارة، والتي ترتبط بدرجات حرارة الانتقال ودرجات حرارة التحلل وحركيات التحلل المحددة بواسطة تحليل التباين الحراري (DSC) وتحليل التغير الحراري (TGA). ومع ذلك، فإن أجهزة قياس الريولوجيا ذات الأنبوب الشعري تُطبق كلًا من درجة الحرارة والقص على العينة، مما يتيح دراسة التحلل في ظل ظروف المعالجة الكاملة ومنع حدوث المشكلات.
تجريبي
تم قياس لزوجة عينة من مادة PHBH عند درجة حرارة 170 درجة مئوية من خلال تطبيق معدلات قص تتراوح بين 100,000 ثانية⁻¹ و100 ثانية⁻¹. وفور الانتهاء من هذا التحليل الأولي، تم قياس اللزوجة بدءًا من معدلات القص المنخفضة وصولًا إلى المعدلات العالية دون تغيير العينة. ثم أُجري قياس جديد على عينة تم تحميلها حديثًا. تم قياس لزوجة عينة من مادة PHBV مرتين عند درجة حرارة 200 درجة مئوية بعد تحميلها مرتين.
PHBV مقابل PHBH
يُعد كل من PHBV وPHBH من البوليمرات الحيوية القابلة للتحلل البيولوجي. وتمنحها المكونات المتعددة المختلفة مستويات متفاوتة من المرونة والبلورية وسلوك المعالجة.
PHBV = بولي (3-هيدروكسي بوتيرات-كو-3-هيدروكسي فاليرات)
PHBH = بولي (3-هيدروكسي بوتيرات-كو-3-هيدروكسي هكسانوات)
النتائج
تكون قيم لزوجة القص أقل في الجزء الثاني من القياس (مع زيادة معدلات القص) في «مذكرة التطبيق» الأولى بعنوان «البوليمرات الحيوية – مقياس اللزوجة الشعري – تحميل PHBH» (الشكل 1). ويرجع ذلك على الأرجح إلى التحلل الحراري للبوليمر الحيوي. بالإضافة إلى ذلك، لوحظ أنه كلما تقدم القياس، أصبح لون المادة المبثوقة أغمق. وهذا أيضًا مؤشر على التحلل. يُظهر القياس الثاني الذي أُجري على تحميل ثانٍ (المنحنى الأزرق) قابلية تكرار جيدة للنتائج طالما تم استخدام نفس الإجراء في تحضير العينة من أجل تحقيق أوقات احتجاز مماثلة في مقياس اللزوجة الشعري عند 170 درجة مئوية.
ولم تُظهر البيانات الأولية (أي منحنيات الضغط) أي عدم استقرار أثناء القياس (الشكل 1).
يبدو أن نتائج PHBV قابلة للتكرار (الشكل 3). ومع ذلك، تُظهر منحنيات الضغط أن التحلل يحدث أثناء القياس: فعند معدل قص محدد، ينخفض الضغط بدلاً من أن يصل إلى مستوى ثابت (الشكل 4). وكلما زاد معدل القص، زادت أهمية هذا التأثير. ويرجع ذلك إلى التسخين الناتج عن القص، والذي يكون أكثر وضوحًا مع ارتفاع معدلات القص. ويؤدي ذلك إلى ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي إلى تسارع عملية التحلل.
الخلاصة
تتعرض عينة PHBH للتحلل عند درجة حرارة 170 درجة مئوية، وهو ما يعتمد على مدة التعرض لدرجات الحرارة المرتفعة، في حين أن عينة PHBV عند درجة حرارة 200 درجة مئوية تكون حساسة بشكل إضافي لمستوى القص، مما يؤدي إلى التسخين الذاتي في حالة ارتفاع مستوى القص.
ولا يمكن تحليل تأثير معدل القص المرتفع عند درجة حرارة المعالجة على عينات البوليمر إلا باستخدام مقاييس اللزوجة الشعرية.
شكر وتقدير
نود أن نشكر مدرسة «ليسيه جان زاي» في تيير، بفرنسا، على تزويدنا بالعينات، كما نشكر شركة GBCC (Green Business & Consulting Company) على تعليقاتها على النتائج.