مقدمة
تُظهر الخلطات المكونة من PET والكمبيوتر الشخصي خواص ميكانيكية وقابلية معالجة أفضل بكثير من كل بوليمر متجانس على حدة. تُعد معرفة نسبة كل بوليمر في مزيج PET/PC أمرًا بالغ الأهمية لأنها تؤثر على خصائص المنتج. في هذا العمل، يتم استخدام قياس المسعر بالمسح التفاضلي المعدل لتقييم كمية كل بوليمر في ثلاثة خلطات PET/PC.
قياسات DSC (التقليدية)
تجريبي
تألفت العينات التي تم اختبارها من ثلاثة مزيج من البولي كربونات (PC) والبولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) بنسب مختلفة. كانت خالية من المواد المضافة أو أي مكونات أخرى. تم إنتاجها بنفس الطريقة تمامًا وتخزينها في نفس الظروف قبل إجراء القياسات. في ما يلي، تم تسمية العينات الثلاث PET/PC1 وPET/PC2 وPET/PC3. ويرد ملخص لظروف القياس في الجدول 1.
الجدول 1: الشروط التجريبية لقياسات DSC التقليدية
| الجهاز | DSC 204 F1 فينيكس (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| الغلاف الجوي | النيتروجين (معدل التدفق: 40 مل/دقيقة) | |
| كتل العينة | بين 11 و12 مجم | |
| البوتقة | بوتقات ألومنيوم ملحومة على البارد مع أغطية مثقوبة | |
| برنامج درجة الحرارة | 0 درجة مئوية ... 280 درجة مئوية بمعدل تسخين 10 كلفن/دقيقة ↓ 280 درجة مئوية ... 0 درجة مئوية بمعدل تسخين 20 كلفن/دقيقة 0 درجة مئوية ... 280 درجة مئوية بمعدل تسخين 10 كلفن/دقيقة | |
النتائج والمناقشة
تعرض الأشكال 1 و2 و3 طاقة تحول كل من PET/PC1 وPET/PC2 وPET/PC3 خلال عمليتي التسخين. تم تصوير عملية التسخين الأولى باللون الأخضر، والثانية باللون الأحمر.
يوضح منحنى DSC للتسخين الأول تاريخ البوليمر قبل القياس: ويعكس ظروف التحضير والتبريد والتخزين وما إلى ذلك. وعلى النقيض من ذلك، يساعد التسخين الثاني في تحديد البوليمر. ذوبان البوليمر في التسخين الأول "يمحو" تاريخه. بعد التبريد المتحكم فيه في ظل ظروف محددة، يوفر التسخين الثاني معلومات حول هوية العينة.
في كلتا دورتي التسخين لجميع العينات، تم اكتشاف الخطوة الماصة للحرارة النموذجية (الانتقال الزجاجي) لـ PET بين 70 درجة مئوية و85 درجة مئوية، إلى جانب ذروة الذوبان بين 200 درجة مئوية و270 درجة مئوية. بالنسبة لجميع العينات، كانت خطوة Δcp من PET أصغر في التسخين الثاني مقارنةً بالتسخين الأول، مما يشير إلى تكوين كمية أقل من الطور غير المتبلور أثناء التبريد. يؤكد ذلك ذروة ما بعد التبلور ل PET عند 120.6 درجة مئوية (درجة حرارة الذروة)، والتي تم اكتشافها فقط في التسخين الأول: ويرجع هذا التأثير إلى إعادة تنظيم البنية غير المتبلورة لبناء بلورات ولا يتم اكتشافه إلا في حالة PET منخفض التبلور. يتم اكتشاف الانتقال الزجاجي للبولي كربونات عند درجة حرارة 140-145 درجة مئوية تقريبًا. في التسخين الأول، يتداخل مع ذروة ما بعد التبلور في PET.
ولذلك، لا يمكن إجراء تقييم دقيق للانتقال الزجاجي للبولي كربونات عن طريق DSC التقليدي.
كما هو موضح أعلاه، يُستخدم التسخين الثاني عادةً لتحديد مادة البوليمر. ومع ذلك، يتم حساب نسب البوليمر من خلال تقييم Δcp الملازم للانتقال الزجاجي. تكون خطوات Δcp لـ PET في جميع الحالات الثلاث أعلى في التسخين الأول منها في التسخين الثاني، لذلك يكون تقييمها أكثر دقة باستخدام التسخين الأول. علاوة على ذلك، كان للعينات التي تم تسليمها نفس التاريخ الحراري وتم تحضيرها بنفس الطريقة تمامًا لقياسات DSC. ولهذه الأسباب، استُخدم التسخين الأول لتقييم كمية كل بوليمر في الخلطات.
قياسات DSC المعدلة بالحرارة المعدلة بالحرارة
في قياس DSC المعدل، لم تعد إشارة درجة الحرارة خطية بل جيبية: يتم تطبيق معدل تسخين متذبذب بسعة وفترة محددة على معدل التسخين الأساسي. ونتيجة لذلك، يتم فصل إشارة DSC إلى جزأين: الجزء المتذبذب، وهو ما يسمى بالإشارة العكسية التي تعطي معلومات حول العمليات التي تتأرجح مع درجة الحرارة، على سبيل المثال، تغيرات السعة الحرارية؛ وتدفق الحرارة غير العكسي، والذي يرتبط بالعمليات المعتمدة على الوقت، على سبيل المثال، التبخر أو التبلور (انظر أيضًا الجدول 2).
هنا، يتم إجراء الاختبارات المعدلة لدرجة الحرارة لفصل ذروة تبلور PET عن الانتقال الزجاجي للكمبيوتر الشخصي. وهذا يسمح بإجراء تقييم دقيق للتحولات الزجاجية.
تجريبي
يلخص الجدول 3 شروط الاختبارات المعدلة.
النتائج والمناقشة
تعرض الأشكال من 4 إلى 6 نتائج القياسات المعدلة لمخاليط PET/PC الثلاثة. كما هو متوقع، يظهر الانتقال الزجاجي لكلا البوليمرين في الإشارة المعكوسة، في حين يمكن رؤية ما بعد التبلور في PET في الإشارة غير المعكوسة. وعلاوة على ذلك، فإن التأثيرات الماصة للحرارة بعد كل انتقال زجاجي، والتي ترجع إلى تأثيرات استرخاء العينات، تظهر أيضًا في الإشارة غير العكسية فقط.
كان من الممكن تقييم Δcp أثناء الانتقال الزجاجي للعينات بدقة عالية في الأجزاء العكسية.
يوضح الشكل 7 إشارات الانعكاس لجميع العينات.
الجدول 2: التوزيع النموذجي للتأثيرات المقيسة إلى إشارات عكسية وغير عكسية
| إشارة عكسية | إشارة غير عاكسة (عملية تعتمد على الوقت) | |
|---|---|---|
| الانتقال الزجاجي | الاسترخاء | |
| الانتقال الصلب/الصلب | التبلور، ما بعد التبلور، ما بعد التبلور | |
التبخر | ||
المعالجة | ||
الجدول 3: الشروط التجريبية لقياسات DSC المعدلة
| الجهاز | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| الغلاف الجوي | النيتروجين (معدل التدفق: 40 مل/دقيقة) | |
| كتل العينة | بين 11 و12 مجم | |
| بوتقة | بوتقات ألومنيوم بغطاء مثقوب | |
| برنامج درجة الحرارة | 20 درجة مئوية - 280 درجة مئوية معدل التسخين 1.5 كلفن/دقيقة السعة: 0.5 كلفن الفترة 120 s | |
باستخدام هذا التقييم الدقيق ل Δcp للمخاليط الثلاثة، يمكن تحديد كمية PET وPC في كل عينة باستخدام المعادلات التالية:
حيث PET1 وPET2 وPET3 هي مستويات محتوى PET في العينات 1 و2 و3؛ وPC1 وPC2 وPC3 هي مستويات محتوى PC في العينات 1 و2 و3. وبطبيعة الحال، لا يمكن إجراء هذه الحسابات بدقة إلا إذا كانت العينات لا تتضمن أي مكون آخر (حشو، دفعة ألوان، إلخ) وكان التاريخ الحراري متطابقًا للمخاليط الثلاثة.
يمكن عندئذٍ تحديد الحسابات التالية:
الخاتمة
تم قياس ثلاثة مخاليط PET/PC باستخدام DSC 204 F1 Phoenix®. في قياسات DSC القياسية (بدون تعديل)، تتداخل خطوة Δcp للبولي كربونات مع ذروة ما بعد التبلور ل PET؛ ولذلك، لا يمكن إجراء تقييم دقيق.
تم إجراء قياسات إضافية عن طريق استخدام DSC المعدل لدرجة الحرارة من أجل فصل التأثيرين. تسمح خطوات Δcp بتحديد دقيق لمستويات محتوى PET وال PC في كل عينة.