Johdanto
PET:stä ja PC:stä koostuvilla seoksilla on huomattavasti paremmat mekaaniset ominaisuudet ja jalostettavuus kuin kummallakin homopolymeerillä erikseen. Kunkin polymeerin osuuden tunteminen PET/PC-sekoituksessa on ratkaisevan tärkeää, koska se vaikuttaa tuotteen ominaisuuksiin. Tässä työssä käytetään moduloitua differentiaalista pyyhkäisykalorimetriaa kunkin polymeerin määrän arvioimiseksi kolmessa PET/PC-sekoituksessa.
DSC-mittaukset (tavanomaiset)
Kokeellinen
Testatut näytteet koostuivat kolmesta polykarbonaatin (PC) ja polyeteenitereftalaatin (PET) sekoituksesta eri suhteissa. Niissä ei ollut lisäaineita tai muita komponentteja. Ne valmistettiin täsmälleen samalla tavalla ja säilytettiin samoissa olosuhteissa ennen mittauksia. Jäljempänä nämä kolme näytettä nimetään PET/PC1, PET/PC2 ja PET/PC3. Mittausolosuhteista on yhteenveto taulukossa 1.
Taulukko 1: Perinteisten DSC-mittausten koeolosuhteet
| Laite | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) ( -Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Ilmakehä | Typpi (virtausnopeus: 40 ml/min) | |
| Näytteiden massat | 11-12 mg | |
| Upokas | Kylmähitsatut alumiiniset upokkaat, joissa on lävistetyt kannet | |
| Lämpötilaohjelma | 0°C ... 280°C lämmitysnopeudella 10 K/min ↓ 280°C ... 0°C lämmitysnopeudella 20 K/min 0°C ... 280°C lämmitysnopeudella 10 K/min | |
Tulokset ja keskustelu
Kuvissa 1, 2 ja 3 esitetään PET/PC1:n, PET/PC2:n ja PET/PC3:n muuntumisenergiat kahden lämmitysjakson aikana. Ensimmäinen lämmitysjakso on kuvattu vihreällä ja toinen punaisella.
Ensimmäisen lämmityksen DSC-käyrässä näkyy polymeerin historia ennen mittausta: Se kuvastaa valmistus-, jäähdytys- ja varastointiolosuhteita jne. Sen sijaan toinen lämmitys auttaa Identify polymeeriä. Polymeerin Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulaminen ensimmäisessä lämmityksessä "pyyhkii" sen historian. Määritellyissä olosuhteissa tapahtuneen hallitun jäähdytyksen jälkeen toinen kuumentaminen antaa tietoa näytteen identiteetistä.
Molemmissa lämmityssykleissä kaikkien näytteiden osalta havaittiin PET:lle tyypillinen EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.endoterminen vaihe (lasittuminen) 70 °C:n ja 85 °C:n välillä sekä sulamispiikki 200 °C:n ja 270 °C:n välillä. Kaikissa näytteissä PET:n ΔOminaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp-askel oli pienempi toisessa lämmityksessä kuin ensimmäisessä lämmityksessä, mikä osoittaa, että amorfista faasia muodostuu vähemmän jäähdytyksen aikana. PET:n kiteytymisen jälkeinen huippu 120,6 °C:ssa (huippulämpötila), joka havaittiin vain ensimmäisessä lämmityksessä, vahvistaa tämän: Tämä vaikutus johtuu amorfisen rakenteen uudelleenorganisoitumisesta kiteiden muodostamiseksi, ja se havaitaan vain matalakiteisen PET:n osalta. Polykarbonaatin lasisiirtymä havaitaan noin 140-145 °C:ssa. Ensimmäisessä lämmityksessä se on päällekkäinen PET:n kiteytymisen jälkeisen piikin kanssa.
Tämän vuoksi polykarbonaatin lasisiirtymän tarkka arviointi ei ole mahdollista tavanomaisen DSC:n avulla.
Kuten edellä on selitetty, toista kuumentamista käytetään tyypillisesti Identify polymeeriaineeseen. Polymeerisuhteet lasketaan kuitenkin arvioimalla lasisiirtymälle ominainen ΔOminaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp. PET:n ΔOminaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp-asteet ovat kaikissa kolmessa tapauksessa suuremmat ensimmäisessä kuin toisessa lämmityksessä, joten on tarkempaa arvioida ne käyttäen ensimmäistä lämmitystä. Lisäksi toimitetuilla näytteillä oli sama lämpöhistoria ja ne valmistettiin täsmälleen samalla tavalla DSC-mittauksia varten. Näistä syistä käytettiin ensimmäistä lämmitystä arvioitaessa kunkin polymeerin määrää seoksissa.
Lämpötilamoduloidut DSC-mittaukset
Moduloidussa DSC-mittauksessa lämpötilasignaali ei ole enää lineaarinen vaan sinimuotoinen: Peruslämmitysnopeuteen lisätään värähtelevä lämmitysnopeus, jonka amplitudi ja jakso on määritelty. Tämän seurauksena DSC-signaali erotetaan kahteen osaan: värähtelevään osaan, joka on niin sanottu kääntyvä signaali, joka antaa tietoa lämpötilan mukana värähtelevistä prosesseista, esim. lämpökapasiteetin muutoksista, ja ei-kääntyvään lämpövirtaan, joka liittyy ajasta riippuviin prosesseihin, esim. haihtumiseen tai kiteytymiseen (ks. myös taulukko 2).
Tässä tehdään lämpötilamoduloituja testejä PET:n kiteytymishuipun erottamiseksi PC:n lasisiirtymästä. Tämä mahdollistaa lasisiirtymien tarkan arvioinnin.
Kokeellinen
Taulukossa 3 esitetään yhteenveto moduloitujen testien olosuhteista.
Tulokset ja keskustelu
Kuvissa 4-6 esitetään moduloitujen mittausten tulokset kolmelle PET/PC-sekoitukselle. Odotetusti molempien polymeerien lasisiirtymä näkyy kääntyvässä signaalissa, kun taas PET:n jälkikiteytyminen näkyy ei-kääntyvässä signaalissa. Lisäksi kunkin lasisiirtymän jälkeiset endotermiset vaikutukset, jotka johtuvat näytteiden relaksaatiovaikutuksista, näkyvät myös vain ei-käänteisessä signaalissa.
Näytteiden lasisiirtymän aikainen ΔOminaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp pystyttiin arvioimaan suurella tarkkuudella käänteisissä osissa.
Kuvassa 7 esitetään kaikkien näytteiden kääntyvät signaalit.
Taulukko 2: Mitattujen vaikutusten tyypillinen jakautuminen kääntyviin ja ei-kääntyviin signaaleihin
| Käänteinen signaali | Ei-kääntyvä signaali (ajasta riippuvainen prosessi) | |
|---|---|---|
| Lasimuutos | Relaksaatio | |
| Kiinteän ja kiinteän aineen välinen siirtymä | ||
Haihtuminen | ||
Kovettuminen | ||
Taulukko 3: Moduloitujen DSC-mittausten koeolosuhteet
| Laite | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) ( -Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Ilmakehä | Typpi (virtausnopeus: 40 ml/min) | |
| Näytteiden massat | 11-12 mg | |
| Upokas | Alumiiniset upokkaat, joissa on lävistetty kansi | |
| Lämpötilaohjelma | 20°C - 280°C Lämmitysnopeus: 1.k/min Amplitudi: 0,5 K Jakso: 120 s | |
Tämän tarkan ΔOminaislämpökapasiteetti (cp)Lämpökapasiteetti on materiaalikohtainen fysikaalinen suure, joka määräytyy näytteeseen syötetyn lämmön määrän ja siitä aiheutuvan lämpötilan nousun perusteella. Ominaislämpökapasiteetti suhteutetaan näytteen massayksikköön.cp:n arvioinnin perusteella voidaan kunkin näytteen PET:n ja PC:n määrä määrittää seuraavien yhtälöiden avulla:
Jossa PET1, PET2 ja PET3 ovat näytteiden 1, 2 ja 3 PET-pitoisuudet ja PC1, PC2 ja PC3 ovat näytteiden 1, 2 ja 3 PC-pitoisuudet. Nämä laskelmat voidaan luonnollisesti suorittaa tarkasti vain, jos näytteet eivät sisällä muita komponentteja (täyteainetta, väriaine-erää jne.) ja jos lämpöhistoria on identtinen kolmessa sekoituksessa.
Tällöin voidaan määrittää seuraavat laskelmat:
Päätelmä
Kolme PET/PC-sekoitusta mitattiin DSC 204 -laitteella F1 Phoenix® . Tavanomaisissa DSC-mittauksissa (ilman modulaatiota) polykarbonaatin Δcp-askel on päällekkäinen PET:n kiteytymisen jälkeisen piikin kanssa, joten tarkka arviointi ei ole mahdollista.
Lisämittaukset tehtiin käyttämällä lämpötilamoduloitua DSC:tä näiden kahden vaikutuksen erottamiseksi toisistaan. Δcp-vaiheiden avulla voidaan määrittää tarkasti PET:n ja PC:n pitoisuudet kussakin näytteessä.