Úvod
Vysokotlaké kapilární reometry představují ideální řešení pro pochopení chování materiálů za reálných podmínek zpracování. Je také dobře známo, že teplota má zásadní vliv na viskozitu polymerů. Proto reometry NETZSCH měří reologické vlastnosti, které jsou citlivé na teplotu a souvisejí s teplotami přechodu, teplotou degradace a kinetikou stanovenými pomocí DSC a TGA. Kapilární reometry však na vzorek působí jak teplotou, tak smykovým namáháním, což umožňuje studovat degradaci za kompletních procesních podmínek a předcházet tak problémům.
Experimentální
Viskozita vzorku PHBH byla měřena při teplotě 170 °C při použití smykových rychlostí v rozmezí od 100 000 s⁻¹ do 100 s⁻¹. Bezprostředně po této počáteční analýze byla viskozita měřena v rozsahu od nízkých po vysoké smykové rychlosti, aniž by došlo ke změně vzorku. Poté bylo provedeno nové měření na čerstvě připraveném vzorku. Viskozita vzorku PHBV byla měřena dvakrát při teplotě 200 °C na dvou vzorcích.
PHBV vs. PHBH
PHBV a PHBH jsou biologicky rozložitelné biopolymery. Různé komonomery jim propůjčují odlišnou pružnost, krystalinitu a zpracovatelské vlastnosti.
PHBV = poly(3-hydroxybutyrát-ko-3-hydroxyvalerát)
PHBH = poly(3-hydroxybutyrát-ko-3-hydroxyhexanoát)
Výsledky
Hodnoty smykové viskozity jsou nižší ve druhé části měření (při rostoucích smykových rychlostech) první APLIKAČNÍ POZNÁMKY „Biopolymery – Kapilární reometr – zatížení PHBH“ (obrázek 1). To je s největší pravděpodobností způsobeno tepelným rozkladem biopolymeru. Dále bylo pozorováno, že čím déle měření trvá, tím tmavší barvu extrudát nabývá. To je rovněž známkou degradace. Druhé měření provedené na druhém vzorku (modrá křivka) ukazuje dobrou opakovatelnost výsledků, pokud se pro přípravu vzorku použije stejný postup, aby se dosáhlo podobných retenčních časů v kapilárním reometru při 170 °C.
Surová data (tj. tlakové křivky) nevykazovala během měření žádnou nestabilitu (obrázek 1).
Výsledky pro PHBV se zdají být opakovatelné (obrázek 3). Tlakové křivky však ukazují, že během měření dochází k rozkladu: při dané smykové rychlosti tlak klesá, místo aby dosáhl plató (obrázek 4). Čím vyšší je smyková rychlost, tím významnější je tento jev. Důvodem je smykové zahřívání, které je při vyšších smykových rychlostech výraznější. To vede ke zvýšení teploty a následně k rychlejšímu rozkladu.
Závěr
Vzorek PHBH podléhá degradaci při teplotě 170 °C, přičemž tento jev závisí na délce vystavení vysokým teplotám, zatímco PHBV při teplotě 200 °C je navíc citlivý na úroveň smykového namáhání, což při vysoké úrovni smykového namáhání vede k samovolnému zahřívání.
Pouze kapilární reometry jsou schopny analyzovat vliv vysoké smykové rychlosti při zpracovatelské teplotě na polymerní vzorky.
Poděkování
Rádi bychom poděkovali gymnáziu Lycée Jean Zay ve francouzském městě Thiers za poskytnutí vzorků a společnosti GBCC (Green Business & Consulting Company) za připomínky k výsledkům.