Εισαγωγή
Τα τριχοειδή ρεόμετρα υψηλής πίεσης αποτελούν την ιδανική λύση για την κατανόηση της συμπεριφοράς των υλικών υπό πραγματικές συνθήκες επεξεργασίας. Είναι επίσης γνωστό ότι η θερμοκρασία ασκεί σημαντική επίδραση στο ιξώδες των πολυμερών. Ως εκ τούτου, τα ρεόμετρα τύπου « NETZSCH » μετρούν τις ρεολογικές ιδιότητες που είναι ευαίσθητες στη θερμοκρασία, οι οποίες συνδέονται με τις θερμοκρασίες μετάβασης, καθώς και με τη θερμοκρασία αποικοδόμησης και την κινητική που προσδιορίζονται μέσω DSC και TGA. Ωστόσο, τα τριχοειδή ρεόμετρα ασκούν τόσο θερμοκρασία όσο και διάτμηση στο δείγμα, επιτρέποντας τη μελέτη της αποικοδόμησης υπό πλήρεις συνθήκες επεξεργασίας και την πρόληψη προβλημάτων.
Πειραματικό
Το ιξώδες ενός δείγματος PHBH μετρήθηκε στους 170 °C εφαρμόζοντας ρυθμούς διάτμησης μεταξύ 100.000 s⁻¹ και 100 s⁻¹. Αμέσως μετά από αυτή την αρχική ανάλυση, το ιξώδες μετρήθηκε από χαμηλούς έως υψηλούς ρυθμούς διάτμησης χωρίς αλλαγή του δείγματος. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε νέα μέτρηση σε ένα δείγμα που είχε υποβληθεί σε νέα φόρτιση. Το ιξώδες ενός δείγματος PHBV μετρήθηκε δύο φορές στους 200 °C σε δύο φορτίσεις.
PHBV έναντι PHBH
Το PHBV και το PHBH είναι βιοαποικοδομήσιμα βιοπολυμερή. Τα διαφορετικά συμονομερή τους προσδίδουν διαφορετική ευκαμψία, κρυσταλλικότητα και συμπεριφορά κατά την επεξεργασία.
PHBV = πολυ(3-υδροξυβουτυρικό-κο-3-υδροξυβαλερικό)
PHBH = πολυ(3-υδροξυβουτυρικό-κο-3-υδροξυεξανοϊκό)
Αποτελέσματα
Οι τιμές του ιξώδους διάτμησης είναι χαμηλότερες στο δεύτερο μέρος της μέτρησης (αυξανόμενοι ρυθμοί διάτμησης) της πρώτης ΣΗΜΕΙΩΣΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ «Βιοπολυμερή – Τριχοειδές ρεόμετρο – Φόρτωση με PHBH» (Σχήμα 1). Αυτό οφείλεται κατά πάσα πιθανότητα στη θερμική αποσύνθεση του βιοπολυμερούς. Επιπλέον, παρατηρήθηκε ότι όσο προχωρά η μέτρηση, τόσο πιο σκούρο χρώμα αποκτά το εξωθημένο υλικό. Αυτό αποτελεί επίσης ένδειξη αποικοδόμησης. Η δεύτερη μέτρηση που πραγματοποιήθηκε σε δεύτερη φόρτωση (μπλε καμπύλη) δείχνει την καλή επαναληψιμότητα των αποτελεσμάτων, εφόσον χρησιμοποιείται η ίδια διαδικασία για την προετοιμασία του δείγματος, προκειμένου να επιτευχθούν παρόμοιοι χρόνοι κατακράτησης στο τριχοειδές ρεόμετρο στους 170°C.
Τα ακατέργαστα δεδομένα (δηλ. οι καμπύλες πίεσης) δεν παρουσίασαν καμία αστάθεια κατά τη διάρκεια της μέτρησης (Σχήμα 1).
Τα αποτελέσματα για το PHBV φαίνεται να είναι επαναλήψιμα (Σχήμα 3). Ωστόσο, οι καμπύλες πίεσης δείχνουν ότι κατά τη διάρκεια της μέτρησης λαμβάνει χώρα αποσύνθεση: Σε έναν καθορισμένο ρυθμό διάτμησης, η πίεση μειώνεται αντί να σταθεροποιηθεί (Σχήμα 4). Όσο υψηλότερο είναι το ρυθμό διάτμησης, τόσο πιο σημαντική γίνεται αυτή η επίδραση. Αυτό οφείλεται στη θέρμανση λόγω διάτμησης, η οποία είναι πιο έντονη σε υψηλότερους ρυθμούς διάτμησης. Αυτό οδηγεί σε αύξηση της θερμοκρασίας και, κατά συνέπεια, σε ταχύτερη αποσύνθεση.
Συμπέρασμα
Το δείγμα PHBH υφίσταται αποικοδόμηση στους 170 °C, η οποία εξαρτάται από τη διάρκεια της έκθεσης σε υψηλές θερμοκρασίες, ενώ το PHBV στους 200 °C είναι επιπλέον ευαίσθητο στο επίπεδο διάτμησης, το οποίο οδηγεί σε αυτοθέρμανση εάν το επίπεδο διάτμησης είναι υψηλό.
Μόνο τα τριχοειδή ρεόμετρα είναι ικανά να αναλύσουν την επίδραση του υψηλού ρυθμού διάτμησης στη θερμοκρασία επεξεργασίας στα δείγματα πολυμερών.
Ευχαριστίες
Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε το Λύκειο Jean Zay στο Thiers της Γαλλίας για την παροχή των δειγμάτων, καθώς και την GBCC (Green Business & Consulting Company) για τα σχόλιά της σχετικά με τα αποτελέσματα.