مقدمة
تُعد خلائط البولي أوليفين المعاد تدويرها، والتي تتكون أساسًا من البولي إيثيلين والبولي بروبيلين، مواد خام مهمة في عملية إعادة تدوير البلاستيك ميكانيكيًا. وتُستخدم هذه الخلائط لإعادة تصنيعها إلى قطع مقولبة جديدة، ومنتجات البثق، والأغشية، والمكونات المتعلقة بالتغليف، والتطبيقات التقنية للبلاستيك، حيث يؤثر تكوين المادة المعاد تدويرها تأثيرًا كبيرًا على سلوك المعالجة وأداء المادة النهائية. ونظرًا لاختلاف نطاقات انصهار البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP)، وكذلك اختلاف درجة التبلور، ونطاقات المعالجة، والاستقرار الحراري بينهما، فإن التوصيف الحراري لهذه الخلطات يعد أمرًا ضروريًا لتقييم هوية المادة، وجودة المادة المعاد تدويرها، ومدى ملاءمتها للمعالجة اللاحقة.
يوفر القياس الحراري الوزني المتزامن والقياس الحراري التفاضلي المسحي معلومات عن كل من فقدان الكتلة والتحولات الحرارية في قياس واحد، مما يجعل هذه التقنية مفيدة بشكل خاص لمخاليط البوليمرات المعاد تدويرها المعقدة.
شروط القياس
الجدول 1: شروط القياس
| الجهاز | STA Jupiter® |
|---|---|
| نطاق درجة الحرارة | من 30 درجة مئوية إلى 600 درجة مئوية |
| معدل التسخين | 20 كلفن/دقيقة |
| البيئة | النيتروجين |
| معدل تدفق الغاز | 70 مل/دقيقة |
| كتلة العينة | 13.9 ملغ |
| البوتقة | 85 ميكرولتر من البلاتين/البلاتين والروديوم مع غطاء مثقوب |
النتائج والمناقشة
يُظهر القياس المتزامن بتقنيتي TGA وDSC لمزيج البولي إيثيلين والبولي بروبيلين المعاد تدويره (الشكل 1) عدة تأثيرات حرارية مميزة. في نطاق درجات الحرارة المنخفضة، يظهر في إشارة DSC تأثيران متراكبان للذوبان الماص للحرارة. يظهر التأثير الأول للذوبان عند حوالي 123 درجة مئوية ويمكن عزوه إلى جزء البولي إيثيلين، في حين أن التأثير الثاني للذوبان عند حوالي 158 درجة مئوية هو سمة مميزة للبولي بروبيلين. ونظرًا لأن تدفقات البوليمرات المعاد تدويرها غالبًا ما تحتوي على أجزاء من المواد المتداخلة جزئيًا، أو إضافات، أو درجات من البوليمرات ذات سلوك ذوبان واسع النطاق، فإن هذه الإشارات لا تكون معزولة تمامًا في منحنى DSC الخام.
لذلك، يُعد استخدام برنامج تحليل الذروة NETZSCH Peak Separation أمرًا مفيدًا. فهو يتيح الفصل الرياضي بين تأثيرات الذوبان المتداخلة وتقييمها بشكل فردي. في هذا القياس، توفر مساحات الذروة المفصولة إنثالبيات ذوبان فردية تبلغ حوالي 42 جول/جرام للمساهمة المتعلقة بالبولي إيثيلين (PE) و106 جول/جرام للمساهمة المتعلقة بالبولي بروبيلين (PP). ويؤدي ذلك إلى تحسين تفسير تركيبة المزيج ويجعل من السهل مقارنة دفعات مختلفة من المواد المعاد تدويرها أو مراقبة التغيرات في جودة المواد. وبدون استخدام برنامج Peak Separation ، لن تتوفر التأثيرات الامتصاصية المتداخلة إلا كاستجابة حرارية مجمعة، مما يقلل من دقة التقييم الخاص بكل مكون على حدة.
عند درجات حرارة أعلى، يُظهر منحنى DSC تأثيرات حرارية إضافية في المنطقة فوق 400 درجة مئوية، بينما يسجل منحنى TGA فقدان الكتلة المقابل الناتج عن التحلل الحراري لمزيج البوليمر في جو من النيتروجين. يحدث التحلل الرئيسي فوق حوالي 400 درجة مئوية ويؤدي إلى فقدان كامل للكتلة. كما أن الحصول المتزامن على كلا الإشارتين يعزز الثقة في تفسير المواد المعاد تدويرها المعقدة. تحدث قمم الانصهار بينما تظل إشارة TGA مستقرة، مما يؤكد أن هذه التأثيرات هي انتقالات طورية وليست عمليات تحلل. في المقابل، تتوافق تأثيرات التحليل الحراري الديناميكي (DSC) عند درجات الحرارة العالية مع فقدان الكتلة المسجل في تحليل TGA، وبالتالي يمكن ربطها بالتحلل. وتعد هذه المعلومات المجمعة ذات قيمة كبيرة لشركات إعادة التدوير ومعالجي المواد، لأنها توفر نظرة ثاقبة لكل من تحديد البوليمرات والاستقرار الحراري في تجربة واحدة دون تأثير تحضير العينة أو ظروف القياس المختلفة.
ملخص
يوفر التحليل المتزامن باستخدام تقنيتي TGA وDSC توصيفًا موجزًا وغنيًّا بالمعلومات لمزيج البولي إيثيلين (PE) والبولي بروبيلين (PP) المعاد تدويره. ويعزز برنامج NETZSCH Peak Separation عملية التقييم من خلال تمييز قمم الانصهار المتداخلة، مما يتيح إجراء تقييم أكثر دقة لمساهمات كل بوليمر على حدة. وهذا يجعل هذه الطريقة مناسبة تمامًا لمراقبة الجودة، وتحديد المواد، والتوصيف ذي الصلة بالعمليات لمزائج البولي أوليفين المعاد تدويرها.