Johdanto
Korkeapaineiset kapillaarireometrit ovat ensisijainen ratkaisu materiaalien käyttäytymisen ymmärtämiseen todellisissa prosessointiolosuhteissa. On myös hyvin tiedossa, että lämpötila vaikuttaa merkittävästi polymeerin viskositeettiin. Siksi NETZSCH reometrit mittaavat reologisia ominaisuuksia, jotka ovat herkkiä lämpötiloille ja liittyvät siirtymälämpötiloihin sekä hajoamislämpötilaan ja -kinetiikkaan, jotka määritetään DSC- ja TGA-menetelmillä. Kapillaarireometrit altistavat näytteen sekä lämpötilan että leikkausvoiman vaikutuksille, mikä mahdollistaa hajoamisen tutkimisen täydellisissä prosessiolosuhteissa ja ongelmien ennaltaehkäisyn.
Kokeellinen
PHBH-näytteen viskositeetti mitattiin 170 °C:ssa käyttämällä leikkausnopeuksia välillä 100 000 s⁻¹ – 100 s⁻¹. Heti tämän alkuperäisen analyysin jälkeen viskositeetti mitattiin alhaisista korkeisiin leikkausnopeuksiin vaihtamatta näytettä. Sen jälkeen suoritettiin uusi mittaus juuri ladatulle näytteelle. PHBV-näytteen viskositeetti mitattiin kahdesti 200 °C:ssa kahdella eri kuormituksella.
PHBV vs. PHBH
PHBV ja PHBH ovat biologisesti hajoavia biopolymeerejä. Erilaiset komonomeerit antavat niille erilaisen joustavuuden, kiteisyyden ja prosessointikäyttäytymisen.
PHBV = poly(3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksivaleraatti)
PHBH = poly(3-hydroksibutyraatti-ko-3-hydroksiheksanoaatti)
Tulokset
Leikkausviskositeettiarvot ovat alhaisemmat ensimmäisen APPLICATIONNOTE Biopolymers – Capillary Rheometer -mittauksen toisessa osassa (kasvavat leikkausnopeudet), kun PHBH:ta lisätään (kuva 1). Tämä johtuu todennäköisesti biopolymeerin lämpöhajoamisesta. Lisäksi havaittiin, että mitä pidemmälle mittaus etenee, sitä tummemmaksi suulakepuristettu materiaali muuttuu. Tämäkin on merkki hajoamisesta. Toisella näytteellä suoritettu toinen mittaus (sininen käyrä) osoittaa tulosten hyvän toistettavuuden, kunhan näytteen valmistuksessa käytetään samaa menettelyä, jotta kapillaarireometrissä saavutetaan samanlaiset retentioajat 170 °C:ssa.
Raakadata (eli painekäyrät) ei osoittanut mittauksen aikana minkäänlaista epävakautta (kuva 1).
PHBV:n tulokset näyttävät olevan toistettavissa (kuva 3). Paine-käyrät osoittavat kuitenkin, että hajoamista tapahtuu mittauksen aikana: tietyllä leikkausnopeudella paine laskee sen sijaan, että se saavuttaisi tasaisen tason (kuva 4). Mitä suurempi leikkausnopeus on, sitä merkittävämpi tämä vaikutus on. Tämä johtuu leikkauslämmön muodostumisesta, joka on voimakkaampaa suuremmilla leikkausnopeuksilla. Tämä johtaa lämpötilan nousuun ja sitä kautta nopeampaan hajoamiseen.
Johtopäätös
PHBH-näyte hajoaa 170 °C:ssa, mikä riippuu korkeille lämpötiloille altistumisen kestosta, kun taas PHBV 200 °C:ssa on lisäksi herkkä leikkausvoimalle, mikä johtaa itselämpenemiseen, jos leikkausvoima on suuri.
Ainoastaan kapillaarireometrit pystyvät analysoimaan korkean leikkausnopeuden vaikutusta polymeerinäytteisiin prosessilämpötilassa.
Kiitokset
Haluamme kiittää Lycée Jean Zay -lukioa Thiersissä, Ranskassa, näytteiden toimittamisesta sekä GBCC:tä (Green Business & Consulting Company) tuloksia koskevista kommenteista.