Újrahasznosított poliamidok jellemzése és osztályozása a következő módszerekkel Identify

Bevezetés

A termikus analízis területén eddig a kutatóknak a saját adataikat kellett összehasonlítaniuk a mérési eredmények nyomtatott gyűjteményeivel, mint például az "Atlas of Thermoanalytical Curves" [1] és mások [2, 3, 4].

A közelmúltban mutatták be az első szoftveralapú termoanalitikai adatbázist, a Identify-t [5]. Ez az adatbázis először teszi lehetővé, hogy a mért termoanalitikai adatokat egy szoftver segítségével összehasonlítsuk az adatbázisban tárolt könyvtári adatokkal. Ennek eredményeként a felhasználó egy listát kap a hasonlósági értékekről, az összehasonlítás százalékban megadott érdemszámáról.

Jelen munkában a Identify különböző módon kerül felhasználásra. Különböző poliamidokat vizsgálnak differenciál pásztázó kalorimetria (DSC) alkalmazásával. A Identify adatbázisban a poliamidokról tárolt információk felhasználásával bebizonyítjuk, hogy a poliamid-típusok termikus viselkedésében még a small különbségek is elegendőek ahhoz, hogy jelentősen megkülönböztessük őket egymástól. Az értékelt értékek, például az üvegesedési hőmérséklet, a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás, az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadási hőmérséklet vagy az olvadási entalpia segítségével újrahasznosított poliamidminták sorozatát vizsgálták, majd az adatbázisban tárolt szűz anyag eredményeivel összehasonlítva osztályozták. Így a Identify mint az újrahasznosított poliamidok osztályozásának eszköze kerül bemutatásra.

Anyagok és módszerek

Az újrahasznosított poliamidmintákat a kapott állapotban mértük. Ezeket Pentamid B GV30 GV30 001-009-es tételnek nevezték el. A referenciaként használt minták a következők voltak: PA6 GF30 (duretán, natur), PA6.6 GF30 (ultramid, natur), PA6.10, PA6.12 (grilamid).

A poliamid minták olvadási viselkedését a DSC 214 Polyma segítségével vizsgáltuk. A minták melegítésére, hűtésére és újramelegítésére 20 K/perc sebességgel áttört fedelű alumíniumedényeket (NETZSCH Concavus^® ) használtunk. A két fűtési szegmenst egyenként 280 °C-ig futtattuk. Az egyes poliamidminták második melegítését az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás entalpiájának értékelésére használtuk. Minden mintát 4,955 (± 0,05) mg tömegűre készítettünk.

A termogravimetriás méréseket a TG 209 termo-mikromérleggel végeztük F3 Tarsus^® . A 11,45 (± 0,35) mg tömegű mintákat alumínium-oxid tégelyekbe helyeztük, és 20 K/perc sebességgel 800 °C-ra melegítettük nitrogénben. Az ezt követő 1000°C-ra történő hevítéshez a légkört 800°C-on szintetikus levegőre (nitrogén:oxigén = 90:10) váltottuk. Az inert és a reaktív gáz teljes gázáramlási sebessége 40 ml/perc volt.

Eredmények és vita

Annak érdekében, hogy bizonyítani lehessen a Identify adatbázis alkalmasságát az anyagok azonosítása szempontjából, szűz polimereket - itt referenciaanyagnak tekintett - teszteltünk. A granulátumokat a fent leírtak szerint alumínium edényekben készítették el, majd a DSC-készülékbe helyezték, és nitrogén atmoszférában Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás feletti hőmérsékletre hevítették. A második hevítést kiértékelték, és a kapott eredményeket összehasonlították a Identify adatbázisban tárolt eredményekkel.

Az 1. ábra a négy különböző poliamid, PA6 GF30 (1), PA6.10 (2), PA6.12 (3) és PA6.6 GF30 (4) második fűtési futtatását hasonlítja össze. Míg a PA6.6 GF30 olvadási hőmérséklete lényegesen magasabb hőmérsékleten volt kimutatható, addig a PA6 GF30, PA6.10 és PA6.12 esetében a fő EndotermikusEgy mintaátalakulás vagy reakció endoterm, ha az átalakuláshoz hőre van szükség.endotermikus olvadási hatás ugyanabban a hőmérséklettartományban volt. Az adatbázis azonban képes megkülönböztetni és Identify ezeket a mintákat. Az 1a-1d. táblázat mutatja az adatbázis által szolgáltatott hasonlósági értékeket, amikor a mért adatokat (1. ábra) összehasonlítjuk a könyvtár már meglévő adataival. Ha például a PA6 GF30-ra vonatkozó eredményeket (1. ábra 1. görbéje) kérik összehasonlításra az adatbázis adataival, a hasonlóság az adatbázisban tárolt poliamid 6 adatokkal 97%-os. Az adatbázisban tárolt, az összehasonlításra szolgáló eredmények természetesen nem az azonos mérésből származnak, hanem egy hasonló, de nem azonos minta egy másik méréséből. Ezért a hasonlóság nem pontosan 100%-os, de ezért sokkal megbízhatóbb a bizonyíték arra, hogy ezzel az eljárással ismeretlen mintákat is tudunk a Identify címen bemutatni. Más, ugyanabban a hőmérséklettartományban olvadó poliamidok, mint például a PA6.10 és PA6.12, lényegesen kisebb hasonlóságot mutattak, nevezetesen 87%-ot, illetve 84%-ot. Ugyanez vonatkozik arra az esetre is, ha a PA6.10 vagy a PA6.12 az azonosítandó minta, és összehasonlítjuk a könyvtári adatokkal. Az eredményeket az 1a., 1b. és 1c. táblázat foglalja össze. Mivel a 6.6.6 poliamid a fent említett poliamidokhoz képest kb. 40 K-kal magasabb hőmérsékleten olvad, a könyvtár további adatai nem poliamidok, hanem ETFE, PET, PPS és FEP. Ez az eljárás a közelmúltban közzétett adatokkal [6] [7] együtt megerősíti a Identify adatbázis azon képességét, hogy különbséget tud tenni a hasonló termikus viselkedésű minták között.

Ezt követő lépésként egy sor újrahasznosított poliamid 6 mintát vizsgáltak. Valamennyi minta azonos eredetű volt, de különböző tételekből származott, azaz azonos összetételű PA6 GF30 volt. Az összetétel bizonyítása és a minták összetételére vonatkozó eltérések mértékének, valamint a mintavétel megismételhetőségének megállapítása érdekében termogravimetriás méréseket végeztek. Tab. 2. táblázat foglalja össze a minták összetételét az illékony anyagok, a polimertartalom, a koromtartalom és a maradék tömeg tekintetében. Amennyiben a minták nem tartalmaznak egyéb kémiailag inert összetevőket, ez utóbbiaknak meg kell egyezniük a hozzáadott üvegszálak mennyiségével. A PA6.10 és PA6.12 minták a mérések után nem mutatnak maradékot a tégely belsejében. Az összes többi minta fehér vagy világossárga színű olvadékmaradványt mutat.

Táblázat: A termogravimetriás eredmények összehasonlítása (tömegveszteség %-ban) az összes vizsgált újrahasznosított poliamid és referenciaanyag esetében

* A 250 és 800 °C közötti hőmérséklet-tartományban ez a minta további 1,54%-os tömegveszteséget mutat, ami valószínűleg a kréta Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlásából származó szén-dioxid felszabadulásának köszönhető. Ez 3,5%-os krétatartalomra utal.

Az észlelt 30,0%-os (±0,7) üvegszál-tartalom alapján a TGA-eredmények 2,5%-os bizonytalanságon belül megerősítették a várt mennyiséget. Ezt követően a poliamid 6 minták (001-től 009-ig) összes tételének termikus viselkedését vizsgáltuk differenciál pásztázó kalorimetriával (DSC). A második melegítési futtatás mindegyikét összehasonlítottuk az adatbázissal és a PA6 GF30 mintákéval is.

A hasonlósági értékeket a 3. táblázatban foglaltuk össze. A 2. ábra ezen eredmények vizuális összehasonlítását mutatja be a referenciaként használt PA6 GF30 mintával együtt (szaggatott vonal). A görbéket a 3. táblázatban megadott hasonlósági értékek szerint ábrázoljuk, alulról felfelé csökkenő hasonlósági értékekkel.

3. táblázat: Az adatbázis-keresés eredményei kilenc különböző újrahasznosított PA6 GF30 minta és egy szűz PA6 GF30 összehasonlításában

A csúcshőmérséklet, az olvadási entalpia, a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás változása és az üvegesedési hőmérséklet változása mellett nyilvánvaló, hogy az újrahasznosított anyagok további hatásokat is mutatnak, amelyek nem vártak és nem voltak kimutathatók a szűz minta esetében. Néhány minta esetében a 22, 105 és 245 °C körüli hőmérséklet-tartományban további endoterm hatásokat észleltünk. Ezek valószínűleg szennyeződésekből adódnak, vagy idegen anyagok, főként adalékanyagok vagy más polimerek okozzák őket. Ezek a további - váratlan - hatások természetesen csökkentik a hasonlósági értékeket, mivel nem jellemzőek a szűz anyagokra, és ezért nem részei a könyvtári adatbázisban tárolt adatoknak. Ez - másrészt - azt jelenti, hogy az adatbázis-összehasonlítás figyelembe veszi, ha a várt hatások hiányoznak, vagy ha olyan további hatásokat észlelnek, amelyek az ilyen típusú anyagokra vonatkozóan nem szerepelnek az adatbázisban.

A 3. ábra a referenciaként szolgáló anyagra (PA6 GF30, szaggatott fekete vonal, középen) kapott eredmények összehasonlítását mutatja az adatbázisból kapott hasonlósági eredmények alapján a leghasonlóbb (kék) és a legkülönbözőbb (zöld) mintával. A leggyengébb hasonlóságot mutató minta nem csak további endoterm hatásokat mutat 22, illetve 105 °C körül, hanem az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadási hőmérséklet és az üvegesedési átmeneti hőmérséklet értékelt értékei is jobban eltolódnak alacsonyabb értékek felé a referenciaanyaghoz képest, mint a leghasonlóbb termikus viselkedést mutató minta esetében.

Következtetés

A nemrégiben bevezetett Identify adatbázis az első olyan termoanalitikai szoftver, amely a mért DSC-adatok szoftveralapú összehasonlítását kínálja a könyvtárban tárolt DSC-mérési vagy irodalmi értékekkel.

Egy sor újrahasznosított poliamidmintát mértünk differenciál pásztázó kaloriméterrel (DSC 214 Polyma). Az üvegesedési átmenet és az Olvadási hőmérsékletek és EnthalpiákEgy anyag fúziós entalpiája, más néven látens hő, annak az energiabevitelnek, jellemzően hőnek a mértéke, amely ahhoz szükséges, hogy egy anyag szilárd állapotból folyékony állapotba kerüljön. Egy anyag olvadáspontja az a hőmérséklet, amelyen szilárd (kristályos) állapotból folyékony (izotróp olvadék) állapotot vált.olvadás kiértékelt értékeit használták azonosítási kritériumként. Az Identfiy adatbázis nem csak a különböző poliamidok, például a PA6, PA6.6, PA6.10 és PA6.12 típusok megkülönböztetésére nyújt lehetőséget, hanem lehetővé teszi továbbá a hőmérséklet- vagy entalpiakülönbség kimutatását és számszerűsítését a fent említett kalorikus hatások tekintetében. A kívánt minőségtől vagy a feldolgozási követelményektől függően a hasonlósági értékek az anyag osztályozására szolgálhatnak, és minőségellenőrzési eszközként is használhatók.