Dari Laju Pendinginan hingga Kristalinitas
Polimer semi-kristal mengandung fase kristal dan amorf. Tingkat kristalinitasnya tergantung pada strukturnya: Rantai polimer linier akan lebih mudah mengkristal daripada polimer bercabang. Bahkan pada polimer linier yang terbuat dari monomer identik, terdapat perbedaan dalam kemampuan mengkristal, tergantung pada taktisitas dan berat molekul material. Sementara polimer ataktik (di mana gugus samping diatur secara acak di sepanjang tulang punggung karbon) tidak akan mengkristal dan dengan demikian hanya ada sebagai bahan amorf, mitra syndiotactic (di mana posisi gugus samping bergantian) mampu mengkristal setidaknya sebagian dan biasanya merupakan bahan semi-kristal. [1, 2]
Tingkat KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi tidak hanya bergantung pada sifat polimer, tetapi juga pada kondisi pemrosesan, misalnya suhu KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dan laju pendinginan. Sementara laju pendinginan yang sangat rendah menyisakan waktu yang cukup bagi rantai polimer untuk mengatur ulang untuk membangun kristal yang disebut spherulites, polimer yang dipadamkan biasanya bersifat amorf, yaitu, rantainya tidak teratur.
Dari Kristalinitas hingga Sifat Polimer
Apakah tingkat Kristalinitas / Derajat KristalinitasKristalinitas mengacu ke tingkat keteraturan struktural suatu benda padat. Dalam kristal, susunan atom atau molekulnya konsisten dan berulang-ulang. Banyak bahan seperti keramik kaca dan beberapa polimer dapat dipersiapkan sedemikian rupa untuk menghasilkan campuran daerah kristal dan amorf. kristalinitas, dan dengan demikian, kondisi pemrosesan, penting? Jawabannya adalah ya, karena derajat Kristalinitas / Derajat KristalinitasKristalinitas mengacu ke tingkat keteraturan struktural suatu benda padat. Dalam kristal, susunan atom atau molekulnya konsisten dan berulang-ulang. Banyak bahan seperti keramik kaca dan beberapa polimer dapat dipersiapkan sedemikian rupa untuk menghasilkan campuran daerah kristal dan amorf. kristalinitas dan sifat-sifatnya sangat berkaitan erat. Semakin tinggi derajat Kristalinitas / Derajat KristalinitasKristalinitas mengacu ke tingkat keteraturan struktural suatu benda padat. Dalam kristal, susunan atom atau molekulnya konsisten dan berulang-ulang. Banyak bahan seperti keramik kaca dan beberapa polimer dapat dipersiapkan sedemikian rupa untuk menghasilkan campuran daerah kristal dan amorf. kristalinitas suatu bahan semikristalin, semakin kaku dan semakin tidak higroskopis bahan tersebut, hanya untuk menyebutkan satu sifat mekanis dan satu sifat kimiawi.
Fase Amorf dan Kristal: Pengaruh Laju Pendinginan
Berikut ini, pengaruh laju pendinginan pada sifat termal polimer semi-kristal diselidiki.
Untuk itu, delapan sampel disiapkan dari bahan butiran PET dan diukur dengan Differential Scanning Calorimeter 300 Caliris®. Semuanya diuji dengan cara yang persis sama, kecuali laju pendinginan.
- Pemanasan pertama hingga di atas suhu puncak leleh dilakukan untuk menghapus riwayat termal sampel.
- Selama pendinginan pada laju pendinginan nominal yang berbeda, riwayat termal baru dibuat, hanya bergantung pada kondisi pendinginan.
- Pemanasan kedua polimer yang dibuat selama pendinginan dibandingkan. Hal ini menghasilkan informasi tentang bagian kristal dan amorf dari material.
Tabel 1 merangkum kondisi pengukuran.
Tabel 1: Kondisi pengukuran DSC yang dilakukan pada butiran PET
| Perangkat | DSC 300 Caliris®Select , P-Modul | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Massa sampel [mg] | 2.88 | 2.88 | 2.87 | 2.86 | 2.85 | 2.83 | 2.80 | 2.78 |
| Wadah | Concavus® (aluminium) dengan tutup berlubang | |||||||
| Atmosfer | Nitrogen (40 ml/menit) | |||||||
| Kisaran suhu | 0°C... 275°C | |||||||
| laju pemanasanpertama [K/menit] | 10 | |||||||
| Laju pendinginan nominal sebelum pemanasanke-2 [K/menit] | 0.5 | 1 | 5 | 10 | 20 | 50 | 100 | 200 |
| laju pemanasanke-2 [K/menit] | 10 | |||||||
Pengukuran DSC Khas pada PET
Gambar 1 menampilkan hasil pengukuran yang dilakukan pada laju pendinginan 10 K/menit.
pemanasanpertama (kurva biru): Langkah dalam kurva DSC yang terdeteksi pada 78°C (titik tengah) merupakan hasil dari transisi gelas PET. Ini tumpang tindih dengan puncak 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 pada 81°C (suhu puncak) yang berasal dari pelepasan ketegangan mekanis. Puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal dengan minimum pada suhu 133°C dan bahu pada suhu 147°C (suhu permulaan) disebabkan oleh KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dingin material. Pada suhu di atas transisi gelas, rantai polimer dapat bergerak bebas dan mampu mengkristal selama pemanasan lebih lanjut. Perilaku ini khas untuk PET dengan kandungan amorf yang tinggi. Puncak yang terdeteksi pada suhu 250°C disebabkan oleh melelehnya fase kristal.
Pendinginan (kurva merah muda): Sampel mengkristal, seperti yang dapat dilihat dari puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas. eksotermal pada suhu 173°C (suhu puncak). Langkah dalam kurva DSC dengan titik tengah yang diukur pada suhu 78°C adalah tipikal untuk transisi kaca, di mana PET berubah dari keadaan kenyal ke keadaan seperti kaca.
pemanasankedua (kurva hijau): Pemanasan di atas suhu transisi kaca menyebabkan perubahan panas spesifik pada suhu 81°C. 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.cp lebih rendah daripada pemanasan pertama (0,12 vs 0,38 J/(g-K)). Ini berarti bahwa polimer yang dibuat selama pendinginan pada 10 K/menit kurang amorf daripada bahan aslinya. Pemanasan lebih lanjut menghasilkan peleburan fase kristal, yang ditandai dengan puncak endotermal pada suhu 248°C (suhu puncak).
Dari Tingkat Pendinginan Rendah hingga Tinggi
Gambar 2 menggambarkan pemanasan kedua dari semua pengukuran. Agar lebih mudah dibaca, hanya dua kurva yang dievaluasi dalam plot. Tabel 2 merinci semua hasil evaluasi.
Pengaruh laju pendinginan pada transisi kaca: Semakin tinggi laju pendinginan, semakin tinggi langkah transisi gelas pada pemanasan berikutnya, yaitu, semakin tinggi fase amorf yang terbentuk. Hal ini dijelaskan secara sederhana oleh fakta bahwa rantai polimer tidak memiliki cukup waktu untuk mengkristal selama pendinginan yang cepat.
Pengaruh laju pendinginan pada KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dingin: Tidak ada puncak KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi dingin yang terdeteksi untuk sampel yang didinginkan secara perlahan (0,5, 1, 5 dan 10 K/menit) karena KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi telah terjadi selama pendinginan. Untuk kurva yang sesuai dengan pemanasan antara 0,5 dan 200 K/menit 250, 100 dan 200 K/menit, entalpi puncak KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dingin meningkat seiring dengan meningkatnya laju pendinginan dari pendinginan sebelumnya.
Pengaruh laju pendinginan terhadap peleburan: Akhirnya, semua sampel meleleh pada suhu 247-248°C (suhu puncak), kecuali PET yang didinginkan pada 0,5 dan 1 K/menit. Di sini, suhu puncak leleh lebih rendah. Hal ini bisa jadi merupakan hasil dari proses degradasi yang mungkin terjadi pada laju pendinginan yang rendah karena polimer tetap berada pada suhu tinggi lebih lama. Penjelasan lain adalah bahwa PET mengkristal dengan dua distribusi ketebalan lamella yang berbeda, masing-masing distribusi memiliki suhu lelehnya sendiri [3]. Untuk pengukuran yang dilakukan setelah pendinginan dengan kecepatan 5 K/menit, puncak leleh PET terdeteksi pada suhu 247°C, tetapi juga menunjukkan bahu pada suhu 233°C yang mungkin terkait dengan KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi distribusi kedua ini.
Tabel 2: Evaluasi pemanasan (butiran PET)
| Laju pendinginan nominal | Transisi kaca | Puncak leleh | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Suhu | 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 | Suhu | Entalpi | Suhu | Entalpi | |
| K / mnt | °C | J / (g-K) | °C | J / g | °C | J / g |
| 0.5 | 80 | 0.12 | - | - | 239 | 49 |
| 1 | 78 | 0.12 | - | - | 241 | 50 |
| 5 | 82 | 0.12 | - | - | 247 (233*) | 44 |
| 10 | 81 | 0.12 | - | - | 248 | 42 |
| 20 | 79 | 0.19 | 145 | 11 | 248 | 38 |
| 50 | 78 | 0.29 | 148 | 30 | 248 | 38 |
| 100 | 78 | 0.31 | 150 | 33 | 248 | 38 |
| 200 | 78 | 0.30 | 148 | 35 | 247 | 38 |
* Angka kedua (dalam tanda kurung) mengacu ke suhu bahu yang ada untuk pengukuran yang diperoleh setelah laju pendinginan 5 K/menit
Catatan: Percobaan yang sama dilakukan pada bahan PET yang berbeda, diambil dari botol PET. Tabel 3 merangkum kondisi pengukuran.
Gambar 3 menampilkan kurva pengukuran. Ini menunjukkan bahwa pengaruh laju pendinginan pada Kristalinitas / Derajat KristalinitasKristalinitas mengacu ke tingkat keteraturan struktural suatu benda padat. Dalam kristal, susunan atom atau molekulnya konsisten dan berulang-ulang. Banyak bahan seperti keramik kaca dan beberapa polimer dapat dipersiapkan sedemikian rupa untuk menghasilkan campuran daerah kristal dan amorf. kristalinitas bahan mirip dengan butiran PET. Semakin tinggi laju pendinginan, semakin tinggi langkah transisi gelas dan 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, yaitu semakin tinggi fase amorf. Selain itu, puncak leleh bergeser ke suhu yang lebih rendah untuk pengukuran setelah pendinginan lambat, yang berarti juga ada distribusi ketebalan lamella yang berbeda atau proses degradasi.
Namun demikian, perbandingan dengan pengukuran sebelumnya secara jelas menunjukkan bahwa tidak hanya ada satu bahan PET, tetapi PET dengan sumber yang berbeda dapat menunjukkan perilaku termal yang berbeda. Sebagai contoh, suhu 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 terdeteksi pada suhu yang lebih tinggi untuk semua pengukuran yang dilakukan pada botol PET dibandingkan dengan pengukuran yang dilakukan pada butiran PET.
Tabel 3: Kondisi pengukuran untuk sampel dari botol PET
| Perangkat | DSC 300 Caliris®Select , P-Modul | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Massa sampel [mg] | 2.65 | 2.63 | 2.60 | 2.53 | 2.53 | 2.52 | 2.52 | 2.52 |
| Wadah | Concavus® (aluminium) dengan tutup berlubang | |||||||
| Atmosfer | Nitrogen (40 ml/menit) | |||||||
| Kisaran suhu | 0°C... 275°C | |||||||
| laju pemanasanpertama [K/menit] | 10 | |||||||
| Laju pendinginan nominal sebelum pemanasanke-2 [K/menit] | 0.5 | 1 | 5 | 10 | 20 | 50 | 100 | 200 |
| laju pemanasanke-2 [K/menit] | 10 | |||||||
Kesimpulan
Pengaruh laju pendinginan pada sifat termal bahan PET ditentukan melalui pengukuran DSC. Semakin tinggi laju pendinginan, semakin sedikit waktu yang dibutuhkan rantai polimer untuk mengkristal, dan semakin tinggi fase amorfnya. Hal ini menghasilkan langkah transisi gelas yang lebih tinggi pada pemanasan berikutnya. Dengan melanjutkan pemanasan di atas transisi gelas, rantai yang ada dalam fase amorf mampu bergerak dan menata ulang untuk membangun sferulit. Hal ini menghasilkan puncak KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan. kristalisasi dingin, yang memiliki entalpi yang lebih besar karena kecepatan pendinginan yang tinggi. Akhirnya, puncak leleh dari fase KristalisasiKristalisasi adalah proses fisik pengerasan selama pembentukan dan pertumbuhan kristal. Selama proses ini, panas kristalisasi dilepaskan.kristalisasi bergeser ke suhu yang lebih rendah untuk laju pendinginan yang paling lambat. Penjelasan awal untuk hal ini adalah adanya fase kristal yang berbeda, yang pembentukannya bergantung pada laju pendinginan sebelumnya. Penjelasan kedua terkait dengan proses degradasi.