Introduktion
Blandinger bestående af PET og PC udviser betydeligt bedre mekaniske egenskaber og bearbejdelighed end hver homopolymer for sig. Viden om forholdet mellem hver polymer i en PET/PC-blanding er afgørende, fordi det påvirker produktets egenskaber. I dette arbejde anvendes moduleret differentialscanningskalorimetri til at evaluere mængden af hver polymer i tre PET/PC-blandinger.
DSC-målinger (konventionelle)
Eksperimentel
De testede prøver bestod af tre blandinger af polycarbonat (PC) og polyethylenterephthalat (PET) i forskellige forhold. De var fri for tilsætningsstoffer eller andre komponenter. De blev produceret på nøjagtig samme måde og opbevaret under de samme betingelser før målingerne. I det følgende benævnes de tre prøver PET/ PC1, PET/PC2 og PET/PC3. Målebetingelserne er opsummeret i tabel 1.
Tabel 1: Eksperimentelle betingelser for de konventionelle DSC-målinger
| Apparat | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Atmosfære | Kvælstof (strømningshastighed: 40 ml/min) | |
| Prøvens masse | Mellem 11 og 12 mg | |
| Digel | Koldsvejsede aluminiumdigler med gennembrudte låg | |
| Temperaturprogram | 0°C ... 280°C ved en opvarmningshastighed på 10 K/min ↓ 280°C ... 0°C ved en opvarmningshastighed på 20 K/min 0°C ... 280°C ved en opvarmningshastighed på 10 K/min | |
Resultater og diskussion
Figur 1, 2 og 3 viser omdannelsesenergien for PET/PC1, PET/PC2 og PET/PC3 under de to opvarmningskørsler. Den første opvarmning er afbildet med grønt, den anden med rødt.
DSC-kurven for den første opvarmning viser polymerens historie før målingen: Den afspejler forberedelses-, køle- og opbevaringsforholdene osv. I modsætning hertil hjælper den anden opvarmning med at identificere polymeren. Smeltning af polymeren i den første opvarmning "sletter" dens historie. Efter en kontrolleret afkøling under definerede forhold giver den anden opvarmning oplysninger om prøvens identitet.
I begge opvarmningscyklusser for alle prøver blev det typiske endoterme trin (GlasovergangstemperaturGlasovergangen er en af de vigtigste egenskaber ved amorfe og semikrystallinske materialer, f.eks. uorganiske glas, amorfe metaller, polymerer, lægemidler og fødevareingredienser osv. og beskriver det temperaturområde, hvor materialernes mekaniske egenskaber ændres fra hårde og sprøde til mere bløde, deformerbare eller gummiagtige.glasovergang) for PET registreret mellem 70 °C og 85 °C sammen med smeltetoppen mellem 200 °C og 270 °C. For alle prøver var ΔSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp-trinnet for PET mindre i den anden opvarmning end i den første opvarmning, hvilket indikerer dannelsen af en mindre mængde af den amorfe fase under afkøling. PET's post-krystallisationstop ved 120,6 °C (toptemperatur), som kun blev opdaget ved den første opvarmning, bekræfter dette: Denne effekt skyldes reorganiseringen af den amorfe struktur for at opbygge krystallitter og er kun påvist for lavkrystallinsk PET. Glasovergangen for polykarbonat registreres ved ca. 140-145 °C. Ved den første opvarmning overlapper den PET's post-krystallisationstop.
Derfor er det ikke muligt at foretage en nøjagtig evaluering af glasovergangen for polycarbonat ved hjælp af konventionel DSC.
Som forklaret ovenfor bruges den anden opvarmning typisk til at identificere et polymersubstans. Polymerforholdene beregnes imidlertid ved at evaluere ΔSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp, der er forbundet med glasovergangen. ΔSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp-trinnene for PET er i alle tre tilfælde højere ved den første end ved den anden opvarmning, så det er mere nøjagtigt at evaluere dem ved hjælp af den første opvarmning. Desuden havde de leverede prøver den samme termiske historie og blev forberedt på nøjagtig samme måde til DSC-målingerne. Af disse grunde blev den første opvarmning brugt til at evaluere mængden af hver polymer i blandingerne.
Temperaturmodulerede DSC-målinger
I en moduleret DSC-måling er temperatursignalet ikke længere lineært, men sinusformet: En oscillerende opvarmningshastighed med defineret amplitude og periode påføres den underliggende opvarmningshastighed. Som følge heraf adskilles DSC-signalet i to dele: den oscillerende del, som er det såkaldte reverserende signal, der giver information om de processer, der svinger med temperaturen, f.eks. ændringer i varmekapaciteten; og den ikke-reverserende varmestrøm, som er relateret til tidsafhængige processer, f.eks. FordampningFordampning af et grundstof eller en forbindelse er en faseovergang fra væskefase til damp. Der findes to typer fordampning: fordampning og kogning.fordampning eller KrystalliseringKrystallisering er den fysiske hærdningsproces under dannelse og vækst af krystaller. Under denne proces frigives krystalliseringsvarme.krystallisering (se også tabel 2).
Her udføres temperaturmodulerede tests for at adskille krystalliseringstoppen for PET fra glasovergangen for PC. Dette giver mulighed for nøjagtig evaluering af glasovergangene.
Eksperimentelt
Tabel 3 opsummerer betingelserne for de modulerede tests.
Resultater og diskussion
Figur 4 til 6 viser resultaterne af de modulerede målinger for de tre PET/PC-blandinger. Som forventet er glasovergangen for begge polymerer synlig i det omvendte signal, mens efterkrystallisering af PET kan ses i det ikke omvendte signal. Desuden er de endoterme effekter efter hver GlasovergangstemperaturGlasovergangen er en af de vigtigste egenskaber ved amorfe og semikrystallinske materialer, f.eks. uorganiske glas, amorfe metaller, polymerer, lægemidler og fødevareingredienser osv. og beskriver det temperaturområde, hvor materialernes mekaniske egenskaber ændres fra hårde og sprøde til mere bløde, deformerbare eller gummiagtige.glasovergang, som skyldes prøvernes afslapningseffekter, også kun synlige i det ikke-reverterende signal.
Det var muligt at evaluere ΔSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp under prøvernes GlasovergangstemperaturGlasovergangen er en af de vigtigste egenskaber ved amorfe og semikrystallinske materialer, f.eks. uorganiske glas, amorfe metaller, polymerer, lægemidler og fødevareingredienser osv. og beskriver det temperaturområde, hvor materialernes mekaniske egenskaber ændres fra hårde og sprøde til mere bløde, deformerbare eller gummiagtige.glasovergang med stor nøjagtighed i de omvendte dele.
Figur 7 viser reverseringssignalerne for alle prøverne.
Tabel 2: Typisk fordeling af de målte effekter på reverserende og ikke-reverserende signaler
| Reverserende signal | Ikke-reverserende signal (tidsafhængig proces) | |
|---|---|---|
| Glasovergang | ||
| Fast/fast overgang | ||
Hærdning | ||
Tabel 3: Eksperimentelle betingelser for de modulerede DSC-målinger
| Apparat | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Atmosfære | Kvælstof (strømningshastighed: 40 ml/min) | |
| Prøvens masse | Mellem 11 og 12 mg | |
| Digel | Aluminiumsdigler med gennembrudt låg | |
| Temperaturprogram | 20°C - 280°C Opvarmningshastighed: 1.5 K/min Amplitude: 0,5 K Periode: 120 s | |
Med denne nøjagtige evaluering af ΔSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp for de tre blandinger kan mængden af PET og PC i hver prøve bestemmes ved hjælp af følgende ligninger:
Hvor PET1, PET2, PET3 er PET-indholdsniveauerne i prøve 1, 2 og 3; og PC1, PC2 og PC3 er PC-indholdsniveauerne i prøve 1, 2 og 3. Disse beregninger kan naturligvis kun udføres nøjagtigt, hvis prøverne ikke indeholder andre komponenter (fyldstof, farvebatch osv.), og den termiske historie er identisk for de tre blandinger.
Følgende beregninger kan derefter bestemmes:
Konklusion
Tre PET/PC-blandinger blev målt ved hjælp af DSC 204 F1 Phoenix® . I standard DSC-målinger (uden modulation) overlappes ΔSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp-trinnet for polycarbonat med PET's efterkrystallisationstop; derfor er en nøjagtig evaluering ikke mulig.
Yderligere målinger blev udført ved hjælp af Temperaturmoduleret DSCTemperaturmoduleret DSC (TM-DSC) bruges til at adskille flere termiske effekter, der forekommer i samme temperaturområde og overlapper hinanden i DSC-kurven.temperaturmoduleret DSC for at adskille de to effekter. ΔSpecifik varmekapacitet (cp)Varmekapacitet er en materialespecifik fysisk størrelse, der bestemmes af den mængde varme, der tilføres prøven, divideret med den resulterende temperaturstigning. Den specifikke varmekapacitet er relateret til en masseenhed af prøven.cp-trinnene giver mulighed for nøjagtig bestemmelse af indholdsniveauerne af PET og PC i hver prøve.