Introduzione
I reometri capillari ad alta pressione rappresentano la soluzione ideale per comprendere il comportamento dei materiali in condizioni reali di lavorazione. È inoltre risaputo che la temperatura ha un impatto significativo sulla viscosità dei polimeri. Pertanto, i reometri NETZSCH misurano le proprietà reologiche sensibili alle temperature, che sono correlate alle temperature di transizione, alla temperatura di degradazione e alla cinetica determinate mediante DSC e TGA. Tuttavia, i reometri capillari applicano sia la temperatura che lo sforzo di taglio al campione, consentendo di studiare la degradazione in condizioni di processo complete e di prevenire eventuali problemi.
Sperimentale
La viscosità di un campione di PHBH è stata misurata a 170 °C applicando velocità di taglio comprese tra 100.000 s⁻¹ e 100 s⁻¹. Subito dopo questa analisi iniziale, la viscosità è stata misurata passando da basse a elevate velocità di taglio senza sostituire il campione. Successivamente, è stata eseguita una nuova misurazione su un campione appena caricato. La viscosità di un campione di PHBV è stata misurata due volte a 200 °C su due carichi.
PHBV vs. PHBH
Il PHBV e il PHBH sono biopolimeri biodegradabili. I diversi comonomeri conferiscono loro diverse caratteristiche in termini di flessibilità, cristallinità e comportamento durante la lavorazione.
PHBV = poli(3-idrossibutirrato-co-3-idrossivalerato)
PHBH = poli(3-idrossibutirrato-co-3-idrossiesanoato)
Risultati
I valori di viscosità di taglio risultano inferiori nella seconda parte della misurazione (a velocità di taglio crescenti) della prima NOTA APPLICATIVA “Biopolimeri – Reometro capillare con carico di PHBH” (Figura 1). Ciò è molto probabilmente dovuto alla Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione termica del biopolimero. Inoltre, è stato osservato che, man mano che la misurazione procede, l’estruso assume un colore sempre più scuro. Anche questo è un indizio di degradazione. La seconda misurazione, effettuata su un secondo carico (curva blu), mostra la buona ripetibilità dei risultati, a condizione che venga utilizzata la stessa procedura per la preparazione del campione, al fine di ottenere tempi di ritenzione simili nel reometro capillare a 170 °C.
I dati grezzi (ovvero le curve di pressione) non hanno mostrato alcuna instabilità durante la misurazione (Figura 1).
I risultati relativi al PHBV sembrano essere ripetibili (Figura 3). Tuttavia, le curve di pressione mostrano che durante la misurazione si verifica una Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione: a una determinata velocità di taglio, la pressione diminuisce invece di raggiungere un plateau (Figura 4). Maggiore è la velocità di taglio, più significativo diventa questo effetto. Ciò è dovuto al riscaldamento da taglio, che risulta più pronunciato a velocità di taglio più elevate. Ciò comporta un aumento della temperatura e, di conseguenza, una Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione più rapida.
Conclusione
Il campione di PHBH subisce una degradazione a 170 °C, che dipende dalla durata dell’esposizione alle alte temperature, mentre il PHBV a 200 °C è inoltre sensibile al livello di taglio, il che porta all’autoriscaldamento se il livello di taglio è elevato.
Solo i reometri capillari sono in grado di analizzare l’influenza di elevate velocità di taglio alla temperatura di lavorazione sui campioni di polimero.
Ringraziamenti
Desideriamo ringraziare il Liceo Jean Zay di Thiers, in Francia, per averci fornito i campioni, e la GBCC (Green Business & Consulting Company) per i commenti sui risultati.