Karakterisasi dan Klasifikasi Poliamida Daur Ulang dengan Cara Identifikasi

Pendahuluan

Dalam bidang analisis termal hingga saat ini, para peneliti harus membandingkan data mereka sendiri dengan koleksi cetak hasil pengukuran seperti "Atlas Kurva Termal" [1] dan yang lainnya [2, 3, 4].

Baru-baru ini, basis data berbasis perangkat lunak pertama dalam analisis termal, Identify, telah diperkenalkan [5]. Basis data ini memungkinkan untuk pertama kalinya membandingkan data termoanalitik yang terukur dengan data pustaka yang tersimpan dalam basis data menggunakan perangkat lunak. Sebagai hasilnya, pengguna memperoleh daftar nilai kesamaan, angka kelayakan untuk perbandingan ini, yang diberikan dalam persen.

Dalam penelitian ini, Identify digunakan dengan cara yang berbeda. Berbagai poliamida diselidiki dengan menggunakan kalorimetri pemindaian diferensial (DSC). Dengan menggunakan informasi tentang poliamida yang tersimpan dalam database Identify, akan ditunjukkan bahwa small perbedaan dalam perilaku termal dari jenis poliamida sudah cukup untuk membedakannya secara signifikan. Dengan menggunakan nilai-nilai yang dievaluasi seperti suhu transisi gelas, Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik, Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh atau entalpi leleh, serangkaian sampel poliamida daur ulang diselidiki dan kemudian diklasifikasikan dengan membandingkannya dengan hasil bahan murni yang tersimpan dalam database. Dengan demikian, penggunaan Identify sebagai alat untuk klasifikasi poliamida daur ulang akan didemonstrasikan.

Bahan dan Metode

Sampel poliamida daur ulang diukur saat diterima. Sampel-sampel tersebut diberi nama Pentamid B GV30 batch 001 hingga 009. Sampel yang digunakan sebagai referensi adalah PA6 GF30 (duretan, natur), PA6.6 GF30 (ultramid, natur), PA6.10, PA6.12 (grilamid).

Perilaku peleburan sampel poliamida dipelajari dengan menggunakan DSC 214 Polyma. Panci aluminium (NETZSCH Concavus^® ) dengan tutup berlubang digunakan untuk memanaskan, mendinginkan, dan memanaskan kembali sampel dengan kecepatan 20 K/menit. Dua segmen pemanasan masing-masing dijalankan hingga 280°C. Pemanasan kedua untuk setiap sampel poliamida digunakan untuk mengevaluasi entalpi peleburan. Semua sampel disiapkan dengan massa 4,955 (± 0,05) mg.

Pengukuran termogravimetri dilakukan dengan menggunakan termo-mikrobalance TG 209 F3 Tarsus^® . Sampel dengan massa 11,45 (± 0,35) mg dipindahkan ke dalam krus aluminium oksida dan dipanaskan dengan laju 20 K/menit hingga 800°C dalam nitrogen. Untuk pemanasan berturut-turut hingga 1000°C, atmosfer dialihkan ke udara sintetis (nitrogen: oksigen = 90:10) pada suhu 800°C. Laju aliran gas total dari gas inert dan gas reaktif adalah 40 ml/menit.

Hasil dan Pembahasan

Untuk membuktikan kemampuan database Identify dalam hal identifikasi bahan, polimer murni - di sini diambil sebagai bahan referensi - diuji. Butiran disiapkan dalam panci aluminium seperti dijelaskan di atas, dipindahkan ke dalam peralatan DSC dan dipanaskan dalam atmosfer nitrogen hingga suhu di atas Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh. Pemanasan kedua dievaluasi dan hasil yang diperoleh dibandingkan dengan hasil yang tersimpan dalam basis data Identify.

Gambar 1 membandingkan proses pemanasan kedua untuk masing-masing dari empat poliamida yang berbeda, PA6 GF30 (1), PA6.10 (2), PA6.12 (3) dan PA6.6 GF30 (4). Sedangkan Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh PA6.6 GF30 terdeteksi pada suhu yang jauh lebih tinggi, efek peleburan endotermal utama untuk PA6 GF30, PA6.10 dan PA6.12 berada pada kisaran suhu yang sama. Namun demikian, database mampu membedakan dan mengidentifikasi sampel-sampel ini. Tabel 1a hingga 1d menunjukkan nilai kemiripan yang diberikan oleh database, ketika membandingkan data yang diukur (Gambar 1) dengan data yang sudah ada di perpustakaan. Jika, misalnya, hasil untuk PA6 GF30 (kurva 1 pada Gambar 1) diminta untuk dibandingkan dengan data basis data, kemiripannya dengan data poliamida 6 yang tersimpan dalam basis data adalah 97%. Hasil yang disimpan dalam database, yang berfungsi untuk perbandingan ini, tentu saja tidak diambil dari pengukuran yang identik, tetapi dari pengukuran yang berbeda dari sampel yang serupa, tetapi tidak identik. Inilah sebabnya mengapa kemiripannya tidak persis 100%, tetapi oleh karena itu bukti untuk dapat mengidentifikasi sampel yang tidak dikenal melalui prosedur ini jauh lebih dapat diandalkan. Poliamida lain, yang meleleh dalam kisaran suhu yang sama seperti PA6.10 dan PA6.12, ditemukan memiliki kemiripan yang jauh lebih rendah, yaitu masing-masing 87% dan 84%. Hal yang sama berlaku jika PA6.10 atau PA6.12 adalah sampel yang akan diidentifikasi dan dibandingkan dengan data pustaka. Hasilnya dirangkum dalam tabel 1a, 1b dan 1c. Karena poliamida 6.6 meleleh pada suhu sekitar 40 K lebih tinggi dibandingkan dengan poliamida yang disebutkan di atas, maka data lebih lanjut di perpustakaan tidak ada poliamida tetapi ETFE, PET, PPS, dan FEP. Prosedur ini menegaskan, bersama dengan data yang baru-baru ini dipublikasikan [6] [7], kemampuan database Identify untuk membedakan antara sampel dengan perilaku termal yang serupa.

Sebagai langkah berurutan, serangkaian sampel poliamida 6 daur ulang dipelajari. Semua sampel berasal dari sumber yang sama, tetapi diambil dari batch yang berbeda, yaitu memiliki komposisi yang sama PA6 GF30. Untuk membuktikan komposisi dan mendapatkan gambaran yang jelas tentang margin deviasi terkait komposisi sampel serta pengulangan pengambilan sampel, pengukuran termogravimetri dilakukan. Tab. 2 merangkum komposisi sampel sehubungan dengan kandungan volatil, kandungan polimer, kandungan Karbon HitamSuhu dan atmosfer (gas pembersih) memengaruhi hasil perubahan massa. Dengan mengubah atmosfer dari, misalnya, nitrogen ke udara selama pengukuran TGA, pemisahan dan kuantifikasi aditif, misalnya, karbon hitam, dan polimer curah dapat dilakukan. karbon hitam, dan massa residu. Selama sampel tidak mengandung bahan kimia inert lainnya, sampel harus setara dengan jumlah serat kaca yang ditambahkan. Sampel PA6.10 dan PA6.12 tidak menunjukkan adanya residu di dalam wadah setelah pengukuran. Semua sampel lainnya menunjukkan residu lelehan berwarna putih hingga kuning muda.

Tabel 2: Perbandingan hasil termogravimetri (kehilangan massa dalam %) untuk semua poliamida daur ulang dan bahan referensi yang diuji

* Dalam kisaran suhu 250 hingga 800°C, sampel ini menunjukkan langkah kehilangan massa tambahan sebesar 1,54% yang kemungkinan besar disebabkan oleh pelepasan karbon dioksida yang berasal dari Reaksi penguraianReaksi penguraian adalah reaksi yang diinduksi secara termal dari senyawa kimia yang membentuk produk padat dan/atau gas. penguraian kapur. Hal ini mengacu pada kandungan kapur sebesar 3,5%.

Berdasarkan kandungan serat kaca yang terdeteksi sebesar 30,0% (±0,7), hasil TGA dapat mengkonfirmasi jumlah yang diharapkan dengan ketidakpastian sebesar 2,5%. Perilaku termal dari semua batch sampel polimaida 6 (001 hingga 009) kemudian dipelajari menggunakan kalorimetri pemindaian diferensial (DSC). Masing-masing proses pemanasan kedua dibandingkan dengan basis data dan juga dengan sampel PA6 GF30.

Nilai kemiripan dirangkum dalam tabel 3. Gambar 2 menggambarkan perbandingan visual dari hasil ini bersama dengan sampel PA6 GF30 yang digunakan sebagai referensi (garis putus-putus). Kurva ditampilkan sesuai dengan nilai kemiripan yang diberikan pada tabel 3 dengan nilai kemiripan yang menurun dari bawah ke atas.

Tabel 3: Hasil pencarian basis data untuk sembilan sampel PA6 GF30 daur ulang yang berbeda dibandingkan dengan PA6 GF30 asli

Selain variasi suhu puncak, entalpi peleburan, perubahan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik dan suhu transisi gelas, jelas bahwa bahan daur ulang juga menunjukkan efek tambahan yang tidak diharapkan dan tidak terdeteksi pada sampel murni. Efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik tambahan terdeteksi untuk beberapa sampel pada kisaran suhu sekitar 22, 105 dan 245°C. Efek tersebut kemungkinan besar disebabkan oleh kotoran atau disebabkan oleh zat asing, terutama zat aditif atau polimer lainnya. Efek tambahan - yang tidak terduga - tersebut tentu saja mengurangi nilai kemiripan karena tidak khas untuk bahan murni dan oleh karena itu bukan bagian dari data yang disimpan dalam basis data perpustakaan. Ini - di sisi lain - berarti perbandingan basis data memperhitungkan jika efek yang diharapkan hilang atau jika efek tambahan terdeteksi yang tidak disimpan dalam basis data untuk jenis bahan ini.

Perbandingan hasil yang diperoleh untuk bahan yang berfungsi sebagai referensi (PA6 GF30, garis hitam putus-putus, tengah) dengan sampel yang paling mirip (biru) dan sampel yang paling berbeda (hijau) menurut hasil kemiripan yang diperoleh dari basis data ditunjukkan pada gambar 3. Sampel yang menunjukkan kemiripan paling lemah tidak hanya menunjukkan efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik tambahan masing-masing sekitar 22 dan 105°C, tetapi juga nilai yang dievaluasi untuk Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh dan suhu transisi gelas lebih bergeser ke nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan bahan referensi dibandingkan dengan sampel yang menunjukkan perilaku termal yang paling mirip.

Kesimpulan

Basis data Identify yang baru-baru ini diperkenalkan adalah perangkat lunak termoanalitik pertama yang menawarkan perbandingan berbasis perangkat lunak dari data DSC terukur dengan pengukuran DSC atau nilai literatur yang tersimpan di perpustakaan.

Serangkaian sampel poliamida daur ulang diukur menggunakan kalorimeter pemindaian diferensial (DSC 214 Polyma). Nilai-nilai yang dievaluasi untuk transisi gelas dan peleburan digunakan sebagai kriteria identifikasi. Basis data Identfiy menawarkan kemampuan untuk tidak hanya membedakan antara berbagai jenis poliamida seperti PA6, PA6.6, PA6.10 dan PA6.12, tetapi lebih jauh lagi memungkinkan untuk mendeteksi dan mengukur perbedaan suhu atau entalpi untuk efek kalori yang disebutkan di atas. Tergantung pada kualitas yang diinginkan atau tuntutan pemrosesan, nilai kemiripan dapat digunakan untuk klasifikasi bahan dan dapat digunakan sebagai alat kontrol kualitas.