Pendahuluan
Campuran yang terdiri dari PET dan PC menunjukkan sifat mekanik dan kemampuan proses yang jauh lebih baik daripada masing-masing homopolimer secara individual. Pengetahuan tentang rasio masing-masing polimer dalam campuran PET/PC sangat penting karena hal ini memengaruhi sifat-sifat produk. Dalam penelitian ini, kalorimetri pemindaian diferensial termodulasi digunakan untuk mengevaluasi jumlah masing-masing polimer dalam tiga campuran PET/PC.
Pengukuran DSC (Konvensional)
Eksperimental
Sampel yang diuji terdiri dari tiga campuran polikarbonat (PC) dan polietilena tereftalat (PET) dengan rasio yang berbeda. Sampel-sampel tersebut bebas dari bahan tambahan atau komponen lainnya. Ketiganya diproduksi dengan cara yang persis sama dan disimpan dalam kondisi yang sama sebelum pengukuran. Berikut ini, ketiga sampel tersebut diberi nama PET/PC1, PET/PC2, dan PET/PC3. Kondisi pengukuran dirangkum dalam tabel 1.
Tabel 1: Kondisi eksperimental pengukuran DSC konvensional
| Perangkat | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Atmosfer | Nitrogen (laju alir: 40 ml/menit) | |
| Massa sampel | Antara 11 dan 12 mg | |
| Wadah | Krusibel aluminium yang dilas dingin dengan tutup berlubang | |
| Program suhu | 0°C... 280°C pada laju pemanasan 10 K/menit ↓ 280°C... 0°C pada laju pemanasan 20 K/menit 0°C ... 280°C pada laju pemanasan 10 K/menit | |
Hasil dan Pembahasan
Gambar 1, 2 dan 3 menyajikan energetika transformasi PET/PC1, PET/PC2 dan PET/PC3 selama dua proses pemanasan. Proses pemanasan pertama digambarkan dalam warna hijau; yang kedua dalam warna merah.
Kurva DSC untuk pemanasan pertama menunjukkan riwayat polimer sebelum pengukuran: Ini mencerminkan kondisi persiapan, pendinginan dan penyimpanan, dll. Sebaliknya, pemanasan kedua membantu mengidentifikasi polimer. Melelehnya polimer pada pemanasan pertama "menghapus" riwayatnya. Setelah pendinginan terkendali dalam kondisi yang ditentukan, pemanasan kedua memberikan informasi tentang identitas sampel.
Pada kedua siklus pemanasan untuk semua sampel, langkah EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik khas (transisi gelas) PET terdeteksi antara 70°C dan 85°C, bersama dengan puncak lelehnya antara 200°C dan 270°C. Untuk semua sampel, langkah ΔKapasitas 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.cp PET lebih kecil pada pemanasan kedua dibandingkan pemanasan pertama, yang mengindikasikan pembentukan fase amorf dalam jumlah yang lebih sedikit selama pendinginan. Puncak Pasca Kristalisasi (Kristalisasi Dingin)Pasca kristalisasi plastik semi-kristal terjadi terutama pada suhu tinggi dan peningkatan mobilitas molekul di atas transisi gelas.pasca-kristalisasi PET pada 120,6 ° C (suhu puncak), hanya terdeteksi pada pemanasan pertama, menegaskan hal ini: Efek ini disebabkan oleh penataan ulang struktur amorf untuk membangun kristalit dan hanya terdeteksi untuk PET berkristal rendah. Transisi kaca polikarbonat terdeteksi pada suhu sekitar 140-145°C. Pada pemanasan pertama, ini tumpang tindih dengan puncak Pasca Kristalisasi (Kristalisasi Dingin)Pasca kristalisasi plastik semi-kristal terjadi terutama pada suhu tinggi dan peningkatan mobilitas molekul di atas transisi gelas.pasca-kristalisasi PET.
Oleh karena itu, evaluasi yang akurat dari transisi gelas polikarbonat tidak mungkin dilakukan dengan menggunakan DSC konvensional.
Seperti yang dijelaskan di atas, pemanasan kedua biasanya digunakan untuk mengidentifikasi zat polimer. Namun, rasio polimer dihitung dengan mengevaluasi ΔKapasitas 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.cp yang melekat pada transisi gelas. Langkah-langkah ΔKapasitas 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.cp PET pada ketiga kasus lebih tinggi pada pemanasan pertama daripada pemanasan kedua, sehingga lebih akurat untuk mengevaluasinya dengan menggunakan pemanasan pertama. Selain itu, sampel yang dikirim memiliki riwayat termal yang sama dan dipersiapkan dengan cara yang persis sama untuk pengukuran DSC. Untuk alasan ini, pemanasan pertama digunakan untuk mengevaluasi jumlah masing-masing polimer dalam campuran.
Pengukuran DSC Termodulasi Suhu
Dalam pengukuran DSC termodulasi, sinyal suhu tidak lagi linier, tetapi sinusoidal: Laju pemanasan yang berosilasi dengan amplitudo dan periode tertentu diterapkan pada laju pemanasan yang mendasarinya. Hasilnya, sinyal DSC dipisahkan menjadi dua bagian: bagian yang berosilasi, yang disebut sinyal pembalikan yang memberikan informasi tentang proses yang berosilasi dengan suhu, misalnya, perubahan kapasitas panas; dan aliran panas yang tidak berbalik, yang terkait dengan proses yang bergantung pada waktu, misalnya, PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan atau KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi (lihat juga tabel 2).
Di sini, pengujian termodulasi suhu dilakukan untuk memisahkan puncak KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi PET dari Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca PC. Hal ini memungkinkan evaluasi yang akurat dari Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca.
Eksperimen
Tabel 3 merangkum kondisi untuk pengujian termodulasi.
Hasil dan Pembahasan
Gambar 4 hingga 6 menyajikan hasil pengukuran termodulasi untuk tiga campuran PET/PC. Seperti yang diharapkan, transisi gelas dari kedua polimer terlihat pada sinyal pembalikan, sedangkan PET Pasca Kristalisasi (Kristalisasi Dingin)Pasca kristalisasi plastik semi-kristal terjadi terutama pada suhu tinggi dan peningkatan mobilitas molekul di atas transisi gelas.pasca-kristalisasi dapat dilihat pada sinyal non-reversal. Selain itu, efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik setelah setiap transisi gelas, yang disebabkan oleh efek RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi sampel, juga hanya terlihat pada sinyal non-reversing.
Hal ini memungkinkan untuk mengevaluasi ΔKapasitas 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.cp selama transisi gelas sampel dengan akurasi tinggi pada bagian pembalikan.
Gambar 7 menunjukkan sinyal pembalikan untuk semua sampel.
Tabel 2: Distribusi tipikal efek yang diukur ke dalam sinyal pembalikan dan non-perbalikan
| Sinyal pembalikan | Sinyal yang tidak membalik (proses yang bergantung pada waktu) | |
|---|---|---|
| Transisi kaca | ||
| Transisi padat/padat | KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.Kristalisasi, Pasca Kristalisasi (Kristalisasi Dingin)Pasca kristalisasi plastik semi-kristal terjadi terutama pada suhu tinggi dan peningkatan mobilitas molekul di atas transisi gelas.pasca-kristalisasi | |
Menyembuhkan | ||
Tabel 3: Kondisi eksperimental untuk pengukuran DSC termodulasi
| Perangkat | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Atmosfer | Nitrogen (laju aliran: 40 ml/menit) | |
| Massa sampel | Antara 11 dan 12 mg | |
| Wadah | Cawan lebur aluminium dengan tutup berlubang | |
| Program suhu | 20°C - 280°C Laju pemanasan: 1.5 K / menit Amplitudo: 0,5 K Periode 120 s | |
Dengan evaluasi ΔKapasitas 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.cp yang akurat untuk ketiga campuran ini, jumlah PET dan PC dalam setiap sampel dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
Di mana PET1, PET2, PET3 adalah tingkat kandungan PET dalam sampel 1, 2 dan 3; dan PC1, PC2 dan PC3 adalah tingkat kandungan PC dalam sampel 1, 2 dan 3. Perhitungan ini, tentu saja, hanya dapat dilakukan secara akurat jika sampel tidak menyertakan komponen lain (pengisi, batch warna, dll.) dan riwayat termal identik untuk ketiga campuran tersebut.
Perhitungan berikut ini kemudian dapat ditentukan:
Kesimpulan
Tiga campuran PET/PC diukur menggunakan DSC 204 F1 Phoenix® . Dalam pengukuran DSC standar (tanpa modulasi), langkah Δcp polikarbonat tumpang tindih dengan puncak Pasca Kristalisasi (Kristalisasi Dingin)Pasca kristalisasi plastik semi-kristal terjadi terutama pada suhu tinggi dan peningkatan mobilitas molekul di atas transisi gelas.pasca-kristalisasi PET; oleh karena itu, evaluasi yang akurat tidak mungkin dilakukan.
Pengukuran tambahan dilakukan dengan menggunakan DSC termodulasi suhu untuk memisahkan kedua efek tersebut. Langkah-langkah Δcp memungkinkan penentuan yang akurat dari tingkat kandungan PET dan PC dalam setiap sampel.