18.05.2023 by Claire Strasser, Aileen Sammler
سريع ودقيق: DSC وفصل الذروة لتحديد البوليمرات في أفلام التغليف
أغشية صلبة شفافة لحفظ شرائح النقانق والجبن طازجة.
أكواب الزبادي المستقرة.
عبوات قهوة ملونة ومرنة. عبوات قهوة ملونة ومرنة.
واعتمادًا على التطبيق، قد تحتاج هذه المنتجات المتطورة للغاية إلى أن تكون محكمة الإغلاق أو شفافة أو قابلة للطباعة وتتمتع بمرونة و/أو ثبات معين. ولا يمكن تحقيق هذه الخصائص إلا من خلال استخدام مجموعة متنوعة من المكونات، مثل طبقات البوليمر المتعددة. وتحقيقًا لهذه الغاية، يتم اختيار البوليمرات بدورها وفقًا لخصائصها الخاصة.
تعرّف على كيفية فحص أغشية التغليف متعددة الطبقات فيما يتعلق بتركيبها عن طريق قياس المسح الحراري التفاضلي (DSC)وحزمة البرامج المتقدمة لفصل الذروة (PeakSeparation ) من NETZSCH.
ولتحديد البوليمرات الفردية في فيلم متعدد الطبقات، أثبت قياس المسح الضوئي التفاضلي الحراري نفسه في صناعة التعبئة والتغليف كطريقة سريعة وسهلة الوصول إليها. في المثال التالي، تم فحص فيلم مركب متاح تجاريًا عن طريق جهاز المسح الضوئي التفاضلي التفاضلي DSC من NETZSCH.
تم تحضير العينة في بوتقة كونكافوس® المصنوعة من الألومنيوم وضغطها بالتساوي على قاع البوتقة عن طريق غطاء منزلق، والذي تم تطويره خصيصًا لإجراء القياسات على العينات الرقيقة جدًا مثل الأغشية.
يوضح الشكل 2 نتائج قياس DSC من عمليتي التسخينالأولىوالثانية. في كلتا عمليتي التسخين، تم اكتشاف عدة قمم متداخلة بين 108 درجة مئوية و121 درجة مئوية. ويشير ذلك إلى وجود بوليمرات مختلفة؛ حيث إن نطاق درجات الحرارة هنا نموذجي لمختلف أنواع البولي إيثيلين منخفض الكثافة.
في التسخينالأول، تم الكشف عن ذروة عند 176 درجة مئوية بالإضافة إلى ذلك، مما يشير إلى وجود EVOH (كحول فينيل البولي إيثيلين). يُعرف EVOH أيضًا بالبلاستيك العازل ويستخدم على نطاق واسع في صناعة التعبئة والتغليف نظرًا لعدم نفاذيته الجيدة لمواد مثل الأكسجين. وتعتمد درجة حرارة انصهاره على محتواه من الإيثيلين؛ حيث تتوافق درجة حرارة الانصهار البالغة 176 درجة مئوية مع محتوى الإيثيلين الذي يتراوح بين 35 مول-% و38 مول-% [1]. في التسخين الثاني، تنتقل الذروة عند 176 درجة مئوية إلى درجة حرارة أقل (159 درجة مئوية). ويرجع هذا التحول على الأرجح إلى ذوبان المرحلة المختلطة المتكونة بين البولي إيثيلين و EVOH. سيتم دراسة التأثير الواسع بين 230 درجة مئوية و280 درجة مئوية بمزيد من التفصيل فيما يلي.
لهذا الغرض، تم فصل الفيلم المركب إلى طبقتين: طبقة مرنة بلون الألومنيوم وطبقة ثانية أرق ومطبوعة. وبين الطبقتين طبقة ورقية إضافية.
تم قياس الفيلمين على جانبي الطبقة الورقية بشكل منفصل عن بعضهما البعض. وترد منحنيات DSC في الشكل 3.
يُظهر الفيلم المطبوع (المنحنى الأزرق، الشكل 3) - باستثناء الذروة عند 253.9 درجة مئوية الموضحة في الشكل 2- نفس تأثيرات المادة المركبة ككل. على النقيض من ذلك، يُنتج الفيلم الملون بالألومنيوم (المنحنى الأسود) ذروة واحدة فقط، عند 255 درجة مئوية (التسخينالأول ) و248 درجة مئوية (التسخينالثاني )، على التوالي. ويعد نطاق درجة الحرارة هذا نموذجيًا لذوبان PET.
من خلال هذه النتائج، يمكن استنتاج ما يلي حول تكوين الفيلم المركب: يتكون الفيلم الرقيق والمطبوع من أنواع مختلفة من البولي إيثيلين وكذلك EVOH؛ أما الطبقة الملونة بالألومنيوم فهي PET. يشير مظهر طبقة PET من حيث اللون إلى طلاء الألومنيوم الذي يمكن استخدامه، على سبيل المثال، كدرع ضوئي في التغليف [2]. تقع ذروة انصهار الألومنيوم (660.4 درجة مئوية) خارج نطاق درجة الحرارة المقاسة وبالتالي لم يتم اكتشافها.
تحديد القمم المتداخلة عن طريق برنامج PeakSeparation في Proteus®
من أجل تحديد القمم الثلاث المتداخلة بوضوح بين 108 درجة مئوية و121 درجة مئوية المكتشفة أثناء قياس الفيلم المطبوع، تم تقييم منحنى DSC من التسخينالثاني (الخط المنقط الأزرق، الشكل 3) باستخدام برنامج PeakSeparation في برنامج برنامج بروتيوس. يسمح PeakSeparation بعرض البيانات التجريبية في شكل تداخل إضافي للقمم. يقدم هذا البرنامج أنواعًا مختلفة من المنحنيات مثل منحنيات بيرسون، وغاوس، وكوشي، إلخ. هنا، تم اختيار تدرج منحنى فريزر-سوزوكي إلى جانب مزيج من تدرج منحنى فريزر-سوزوكي ومنحنى كاوتشي غير المتماثل. وبتطبيق هذه الملامح على منحنى DSC المقاس، يصبح من الممكن رياضيًا فصل القمم المتراكبة.
يوضح الشكل 4 نتائج فصل الذروة. يمكن ربط أربع قمم محسوبة بمنحنى DSC للتجربة (الخط المنقط الأزرق). تعتبر القمم عند 108 درجة مئوية و118 درجة مئوية و120 درجة مئوية نموذجية لأنواع مختلفة من البولي إيثيلين منخفض الكثافة (PE-LD، PE-LLD).
يمكن أن تُعزى القمة الإضافية عند 92 درجة مئوية (المنحنى البرتقالي) إلى ذوبان البلورات الصغيرة.
تم تحديد معامل الارتباط بين مجموع المنحنيات الأربعة المحسوبة والمنحنى المقاس ليكون 0.999، وبالتالي يؤكد على التوافق الجيد بين القمم الحرارية الداخلية المحسوبة والبيانات المقاسة.
ملخص
توفر قياسات DSC معلومات قيمة عن تركيب أغشية التغليف. تتكون هذه المواد المعقدة من طبقات مختلفة، والتي يمكن تحديدها في بعض الأحيان بقياس واحد فقط للتغليف باستخدام DSC. تتكون العبوة الموضحة في مثالنا على الأقل من البولي إيثيلين تيرفثالات البولي إيثيلين والبولي إيثيلين المنفصل وعدة أنواع من البولي إيثيلين بكثافات مختلفة.
وغالبًا ما تكون نطاقات انصهار البوليمرات المختلفة قريبة من بعضها البعض. ومع ذلك، يمكن تحقيق الفصل الكامل بين القمم و/أو التوصيف الدقيق للمواد عن طريق التحضير الدقيق للعينة وتطبيق أداة PeakSeparationpeakSeparation.
يسمح هذا البرنامج بفصل القمم المتداخلة باستخدام ملفات تعريف من أنواع القمم التالية: الغاوسي، والكاوتشي والكاوتشي الزائف (مزيج خطي من الغاوسي والكاوتشي)، وفريزر-سوزوكي (الغاوسي غير المتماثل)، ولابلاس المعدل (مدور على الوجهين) وبيرسون. باستخدامه، يتم تركيب البيانات التجريبية كتراكب إضافي للقمم. يمكن تطبيقه على المنحنيات التي تم الحصول عليها بطرق تحليلية مختلفة مثل قياس المسعر بالمسح التفاضلي (DSC)، وقياس الثقل الحراري (TGA ) وقياس التمدد (DIL)، بالنسبة لمنحنيات FTIR-Traces و MS.
تخفيض سعر وظيفة PeakSeparation Function ( فصل الذروة )
استفد من هذه الميزة! لقد تم الآن تخفيض سعر وظيفة PeakSeparation في الإصدارين 8 و9 من Proteus® بشكل كبير! اسأل جهة الاتصال الإقليمية للحصول على عرض!
ترقبوا! تشكل تطبيقات التعبئة والتغليف حوالي 50% من إنتاج البلاستيك. ونظرًا لأن البلاستيك له قابلية ضعيفة للتحلل الحيوي ولكنه مورد ثمين حتى بعد انتهاء عمره الافتراضي، فإن التركيز على مسارات إعادة التدوير أصبح الآن أكثر أهمية من أي وقت مضى. سنتحدث في الأسبوع القادم عن أدوات NETZSCH لتحديد وقياس التراكيب البلاستيكية المختلفة في مجرى إعادة التدوير!
المؤلفات:
[1] راتنجات الحاجز | خصائص ومعالجة ومناولة EVOH، الجزء الأول، جين ميدلوك، 02 فبراير 2015 http://bit.ly/17Ous83
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Verbundfolie
