Caratterizzazione e classificazione delle poliammidi riciclate mediante identificazione

Introduzione

Nel campo dell'analisi termica, fino ad oggi, la ricercaarcha dovuto confrontare i propri dati con raccolte stampate di risultati di misura, come l'"Atlante delle curve termoanalitiche" [1] e altri [2, 3, 4].

Recentemente è stato introdotto il primo database basato su software per l'analisi termica, Identify [5]. Questo database consente per la prima volta di confrontare i dati termoanalitici misurati con i dati library memorizzati nel database utilizzando un software. L'utente ottiene così un elenco di valori di somiglianza, la cifra di merito del confronto, espressa in percentuale.

Nel presente lavoro, l'identificazione viene utilizzata in modi diversi. Diverse poliammidi vengono analizzate con la calorimetria a scansione differenziale (DSC). Utilizzando le informazioni sulle poliammidi memorizzate nel database di Identify, si dimostrerà che anche small differenze nel comportamento termico dei tipi di poliammide sono sufficienti per distinguerli in modo significativo. Per mezzo di valori valutati come la temperatura di transizione vetrosa, laCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica, laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione o l'entalpia diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione, una serie di campioni di poliammide riciclata è stata analizzata e poi classificata per confronto con i risultati di un materiale vergine memorizzato nel database. Verrà quindi dimostrato l'uso di Identify come strumento per la classificazione delle poliammidi riciclate.

Materiali e metodi

I campioni di poliammide riciclata sono stati misurati come ricevuti. Sono stati denominati Pentamid B GV30 lotto da 001 a 009. I campioni utilizzati come riferimento sono stati PA6 GF30 (duretano, naturale), PA6.6 GF30 (ultramide, naturale), PA6.10, PA6.12 (grilamid).

Il comportamento diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione dei campioni di poliammide è stato studiato utilizzando il DSC 214 Polyma. Le pentole di alluminio (NETZSCH Concavus^® ) con coperchi forati sono state utilizzate per riscaldare, raffreddare e riscaldare nuovamente i campioni a una velocità di 20 K/min. I due segmenti di riscaldamento sono stati portati ciascuno a 280°C. Il secondo riscaldamento per ciascun campione di poliammide è stato utilizzato per valutare l'entalpia diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione. Tutti i campioni sono stati preparati con masse di 4,955 (± 0,05) mg.

Le misure termogravimetriche sono state effettuate utilizzando la termo-microbilancia TG 209 F3 Tarsus^® . I campioni con masse di 11,45 (± 0,35) mg sono stati trasferiti in crogioli di ossido di alluminio e riscaldati alla velocità di 20 K/min a 800°C in azoto. Per il successivo riscaldamento a 1000°C l'atmosfera è stata commutata in aria sintetica (azoto:ossigeno = 90:10) a 800°C. La portata totale del gas inerte e reattivo è stata di 40 ml/min.

Risultati e discussione

Per dimostrare la capacità del database Identify di identificare i materiali, sono stati testati polimeri vergini, qui presi come materiali di riferimento. I granuli sono stati preparati in padelle di alluminio come descritto in precedenza, trasferiti nell'apparecchiatura DSC e riscaldati in atmosfera di azoto a temperature superiori allaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione. È stato valutato il secondo riscaldamento e i risultati ottenuti sono stati confrontati con quelli memorizzati nel database Identify.

La Figura 1 confronta il secondo riscaldamento per ciascuna delle quattro diverse poliammidi, PA6 GF30 (1), PA6.10 (2), PA6.12 (3) e PA6.6 GF30 (4). Mentre laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione della PA6.6 GF30 è stata rilevata a una temperatura significativamente più alta, il principale effetto diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione endotermica per la PA6 GF30, la PA6.10 e la PA6.12 è stato nello stesso intervallo di temperatura. Tuttavia, il database è in grado di distinguere e identificare questi campioni. Le tabelle da 1a a 1d mostrano i valori di somiglianza forniti dal database, quando si confrontano i dati misurati (Figura 1) con i dati già esistenti di library. Se, ad esempio, i risultati per PA6 GF30 (curva 1 nella Figura 1) vengono richiesti per il confronto con i dati del database, la somiglianza con i dati della poliammide 6 memorizzati nel database è del 97%. I risultati memorizzati nel database, che servono per questo confronto, non provengono ovviamente dalla stessa misurazione, ma da una misurazione diversa di un campione simile, ma non identico. Per questo motivo la somiglianza non è esattamente del 100%, ma la prova di poter identificare anche campioni sconosciuti tramite questa procedura è molto più affidabile. Altre poliammidi, che fondono nello stesso intervallo di temperatura, come la PA6.10 e la PA6.12, sono risultate avere somiglianze significativamente inferiori, rispettivamente dell'87% e dell'84%. Lo stesso vale se PA6.10 o PA6.12 è il campione da identificare e confrontare con i dati di library. I risultati sono riassunti nelle tabelle 1a, 1b e 1c. Poiché la poliammide 6.6 fonde a una temperatura superiore di circa 40 K rispetto alle poliammidi sopra citate, gli ulteriori dati presenti nel sito libranon sono poliammidi ma ETFE, PET, PPS e FEP. Questa procedura conferma, insieme ai dati pubblicati di recente [6] [7], la capacità del database Identify di distinguere tra campioni con un comportamento termico simile.

Come passo successivo, è stata studiata una serie di campioni di poliammide 6 riciclata. Tutti i campioni avevano la stessa origine, ma provenivano da lotti diversi, cioè avevano la stessa composizione PA6 GF30. Per verificare la composizione e ottenere un quadro chiaro del margine di deviazione rispetto alla composizione dei campioni e della ripetibilità del campionamento, sono state effettuate misure termogravimetriche. La Tab. 2 riassume le composizioni dei campioni rispetto al contenuto di volatili, al contenuto di polimeri, al contenuto di nerofumo e alla massa residua. Finché i campioni non contengono altri ingredienti chimicamente inerti, quest'ultima dovrebbe essere equivalente alla quantità di fibre di vetro aggiunte. I campioni PA6.10 e PA6.12 non mostrano alcun residuo all'interno del crogiolo dopo le misurazioni. Tutti gli altri campioni mostrano un residuo fuso di colore bianco o giallo chiaro.

Tabella 2: Confronto dei risultati termogravimetrici (perdita di massa in %) per tutte le poliammidi riciclate e i materiali di riferimento testati

* Nell'intervallo di temperatura compreso tra 250 e 800°C, questo campione mostra un'ulteriore perdita di massa dell'1,54%, molto probabilmente dovuta al rilascio di anidride carbonica derivante dalla Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione del gesso. Ciò si riferisce a un contenuto di gesso del 3,5%.

In base al contenuto di fibra di vetro rilevato, pari al 30,0% (±0,7), i risultati della TGA hanno confermato la quantità prevista con un'incertezza del 2,5%. Il comportamento termico di tutti i lotti di polymaide 6 campioni (da 001 a 009) è stato quindi studiato utilizzando la calorimetria a scansione differenziale (DSC). Il secondo ciclo di riscaldamento è stato confrontato con il database e con i campioni di PA6 GF30. I valori di somiglianza sono riassunti nella tabella che segue.

I valori di somiglianza sono riassunti nella Tabella 3. La Figura 2 mostra il confronto visivo di questi risultati con il campione PA6 GF30 usato come riferimento (linea tratteggiata). Le curve sono visualizzate in base ai valori di somiglianza indicati nella tabella 3, con valori di somiglianza decrescenti dal basso verso l'alto.

Tabella 3: Risultati della banca dati search per nove diversi campioni di PA6 G riciclataF30 rispetto a una PA6 G vergineF30

Oltre alla variazione della temperatura di picco, dell'entalpia di fusione, della variazione dellaCapacità termica specifica (cp)La capacità termica è una grandezza fisica specifica del materiale, determinata dalla quantità di calore fornita al campione, divisa per l'aumento di temperatura risultante. La capacità termica specifica è correlata all'unità di massa del campione. capacità termica specifica e della temperatura di transizione vetrosa, è evidente che i materiali riciclati mostrano anche effetti aggiuntivi che non erano attesi né rilevabili per il campione vergine. Per alcuni campioni sono stati rilevati effetti endotermici aggiuntivi nell'intervallo di temperatura intorno ai 22, 105 e 245°C. Molto probabilmente sono dovuti a impurità o a sostanze estranee, soprattutto additivi o altri polimeri. Questi effetti aggiuntivi - inaspettati - riducono ovviamente i valori di somiglianza, poiché non sono tipici dei materiali vergini e quindi non fanno parte dei dati memorizzati nel database di library. Ciò significa, d'altra parte, che il confronto tra i database tiene conto dell'eventuale mancanza di effetti attesi o del rilevamento di effetti aggiuntivi non memorizzati nel database per questo tipo di materiale.

La figura 3 mostra un confronto dei risultati ottenuti per il materiale di riferimento (PA6 GF30, linea nera tratteggiata, al centro) con il campione più simile (blu) e il campione più diverso (verde) in base ai risultati di somiglianza ottenuti dal database. Il campione che mostra la somiglianza più debole non solo mostra effetti endotermici aggiuntivi a circa 22 e 105°C, rispettivamente, ma anche i valori valutati per laTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione e la temperatura di transizione vetrosa sono più spostati verso valori inferiori rispetto al materiale di riferimento rispetto al campione che mostra il comportamento termico più simile.

Conclusione

Il database Identify, introdotto di recente, è il primo software termoanalitico che offre un confronto via software dei dati DSC misurati con le misure DSC o i valori di letteratura memorizzati nel sito libra.

Una serie di campioni di poliammide riciclata è stata misurata con il calorimetro a scansione differenziale (DSC 214 Polyma). I valori valutati per la transizione vetrosa e la fusione sono stati utilizzati come criteri di identificazione. Il database Identfiy offre la possibilità non solo di distinguere tra diversi tipi di poliammidi come PA6, PA6.6, PA6.10 e PA6.12, ma anche di rilevare e quantificare le differenze di temperatura o entalpia per i suddetti effetti calorici. A seconda della qualità desiderata o delle esigenze di lavorazione, i valori di somiglianza possono servire per la classificazione del materiale e possono essere utilizzati come strumento di controllo della qualità.