| Published: 

Campioni difficili: Una soluzione per monitorare la polimerizzazione con i sistemi di piastre monouso Kinexus

Introduzione

Il reometro rotazionale Kinexus di NETZSCH dispone di una gamma di sistemi di piastre monouso (Tabella 1), tutte basate sullo stesso design comune (vedi Figura 1), per i diversi sistemi di controllo della temperatura disponibili. Questi sistemi sono perfetti quando si prevede che il campione polimerizzi o aderisca fortemente al sistema di misura, rendendo praticamente impossibile la pulizia standard. Per questi campioni difficili, l'esclusivo design di Kinexus consente di eseguire misure di routine con un minimo spreco di materiale/impatto ambientale e a basso costo, con tempi rapidi di esecuzione dei test.

Questo sistema comprende un nuovo albero geometrico superiore (non monouso) a connessione rapida (Figura 1, (1)) con riconoscimento/configurazione automatica e una piastra inferiore (2), entrambi utilizzati per contenere saldamente le piastre di rivestimento del campione (4), a basso costo e monouso. Le piastre superiori (3) sono disponibili in diverse dimensioni (in genere da 10 mm a 40 mm, vedere Tabella 1) in varie quantità a seconda delle esigenze di test.

Cappa attiva Kinexus

La cappa attiva Kinexus contiene una tecnologia esclusiva che impedisce la formazione di gradienti termici sul campione. Per le misure in cui la temperatura assoluta è fondamentale, è opportuno prendere in considerazione il sistema di cappa attiva Kinexus.

1) Sistema di piastre monouso Kinexus (KNX2155)

Le Tabelle 1 e 2 mostrano i diversi sistemi di cartucce e piastre monouso disponibili per i reometri rotazionali Kinexus.


Tabella 1: Compatibilità del sistema di piastre monouso
* a seconda del sistema di raffreddamento opzionale

Kinexus Sistema a cartuccia

Intervallo di temperatura

Piastra (Peltier)

-da 40 (-5)* a 200°C

Piastra (Peltier), variante E

-40 (-5)* a 150°C

Cappa attiva (Peltier)

-40 (-5)* a 200°C

Cappa attiva (Peltier), variante E

-40 (-5)* a 150°C

Piastra HTC

da 0 (ambiente)* a 350°C


Tabella 2: Materiali di consumo comuni per piastre monouso
* Per maggiori dettagli, consultare le brochure degli accessori Kinexus

Materiali di consumo per piastre monouso

Materiale

Set di piastre monouso (superiore e inferiore)

set da 40 mm

Alluminio superiore, acciaio inox inferiore

set da 40 mm

Superiore e inferiore in acciaio inox

set da 25 mm

Tomaia in alluminio, parte inferiore in acciaio inox

set da 25 mm

Tomaia e parte inferiore in acciaio inox

Solo piastra inferiore monouso
Piastra inferiore monouso

In acciaio inox

Solo piastre superiori monouso
40 mm

Alluminio

25 mm

Alluminio

12 mm

Alluminio

10 mm

Alluminio

rSpace for Kinexus: Software per la reologia per guidare attraverso le misurazioni

rSpace adotta un approccio guidato unico alle misure reologiche con metodi di prova chiamati sequenze.

2) In dotazione standard, sequenze di piastre monouso per uso guidato

Con rSpace vengono fornite centinaia di sequenze preconfigurate che gli utenti possono utilizzare e modificare in base alle proprie esigenze specifiche. Sono incluse sequenze per la Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione di campioni avviati chimicamente* (ad esempio, sistemi epxoy a due parti) o termicamente** (ad esempio, termoindurenti). È incluso un "Timer evento" personalizzato, in modo che i campioni iniziati da un mezzo esterno (ad esempio la miscelazione di un epossidico in due parti) siano tutti cronometrati (per un confronto accurato di campioni diversi) al momento critico in cui il campione viene miscelato (vedere Figura 3).

Tutte le sequenze di piastre monouso guidano l'utente passo dopo passo su come assemblare, montare, utilizzare e rimuovere i sistemi di piastre monouso (Figura 4). Naturalmente, il tutto con la flessibilità standard di rSpace, che consente di personalizzare le sequenze per ogni specifica esigenza di analisi.

Sono incluse anche sequenze di progettazione, etichettate "Sample_", per caricare (Sample_0026) e scaricare (Sample_0027) separatamente le piastre monouso e il campione da polimerizzare, oppure per essere importate nella propria sequenza di misura personalizzata.

* in Kinexus rSpace software rSolution_0030
** in Kinexus rSpace software rSolution_0301

3) Incluso il controllo del cliente "Tempo dell'evento" per stabilire il momento in cui inizia la reazione

Suggerimento per l'uso

A seconda delle proprietà del campione, a volte è possibile rimuovere (staccare) il sistema flessibile della piastra inferiore insieme al campione per consentire il riutilizzo della piastra superiore monouso.

4) Le sequenze Kinexus guidano all'uso delle piastre monouso

Suggerimento d'uso

Per i campioni che hanno large tendenza a ritirarsi, si consiglia di inserire una goccia di liquido (acqua per le basse temperature, olio per le alte temperature) tra l'adattatore della piastra inferiore e la piastra inferiore monouso. Questo aumenta ulteriormente la rigidità del sistema.

Angolo di fase

L'angolo di fase è una misura relativa delle proprietà viscose ed elastiche di un materiale. Va da 0° per un materiale completamente elastico a 90° per un materiale completamente viscoso. Può essere considerato il "grado di fluidità".

Profili di polimerizzazione misurati con la reometria

La Figura 5 mostra i profili di Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione tipici di due diversi campioni misurati con il sistema a piastra monouso utilizzando un'oscillazione a frequenza singola. Le proprietà tipiche sono che l'angolo di fase (curva verde) inizia alto (cioè viscoso/liquido) e poi si abbassa (cioè più elastico/ simile) man mano che la Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione procede. Contemporaneamente, il modulo (complesso) dei materiali (indicato dalla combinazione di Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico e viscoso) aumenta man mano che il campione diventa più "rigido".

Questo può essere monitorato anche con il Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico (G', simboli rossi) e viscoso (G'', simboli blu), dove entrambi tendono ad aumentare con il progredire della Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione, con un'iniziale predominanza del Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo viscoso (in quanto più simile a un liquido, angolo di fase >45°), poi un "punto di cross-over" in cui il Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo viscoso = Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico (a causa dell'angolo di fase = 45°), che può anche essere indicato come "punto di gel "1, fino a quando, infine, il Modulo elasticoIl modulo complesso (componente elastica), modulo di conservazione o G', è la parte "reale" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente elastica indica la risposta del campione in fase di misurazione. modulo elastico domina sul Modulo viscosoIl modulo complesso (componente viscosa), modulo di perdita o G'', è la parte "immaginaria" del modulo complesso complessivo del campione. Questa componente viscosa indica la risposta liquida, o fuori fase, del campione da misurare. modulo viscoso. A seconda del materiale, un plateau nella curva dell'angolo di fase e/o dei moduli può indicare la Polimerizzazione (reazioni di reticolazione)Tradotto letteralmente, il termine "crosslinking" significa "reticolo incrociato". Nel contesto chimico, viene utilizzato per le reazioni in cui le molecole vengono collegate tra loro introducendo legami covalenti e formando reti tridimensionali. polimerizzazione finale. A questo punto, sarebbe più adatta una caratterizzazione alternativa (come il DMA, con NETZSCH DMA 242 Artemis); il sistema di piastre monouso è progettato per monitorare la progressione della polimerizzazione.

5) Esempio di dati di polimerizzazione per due diversi campioni

1 Esistono diverse definizioni del punto di gelificazione. Una definizione semplice e comoda (come specificato nella norma ASTM 4473) è quella in cui G' = G'' (cioè, angolo di fase = 45°), ma questo cambia a seconda della frequenza di oscillazione applicata. Una definizione più dettagliata della transizione sol-gel è riportata da Winter & Chambon (Chambon, 1987) come il punto in cui l'angolo di fase è indipendente dalla frequenza (anziché 45°).

Durante i processi di polimerizzazione, alcuni materiali possono subire variazioni di volume, sia in termini di espansione che di contrazione, che possono essere monitorate anche su Kinexus durante lo stesso test di polimerizzazione. Spesso questi cambiamenti sono indesiderati. Tuttavia, a volte (a seconda dell'uso finale) possono fornire informazioni utili sul processo, come ad esempio l'espansione del campione in una cavità che l'adesivo deve riempire, o evitare la contrazione che può sottoporre l'adesivo a sollecitazioni immediate e indesiderate. Per ognuno di questi scenari, Kinexus è disponibile per quantificare questo cambiamento. Fissando la fessura e monitorando le variazioni della "Forza normale" (forza assiale; il valore positivo è in aumento, quello negativo in diminuzione) per indicare la "tendenza" di un materiale a cambiare volume o a mantenersi.

Controllo avanzato dei test: trigger rSpace

Il software Kinexus rSpace offre un controllo avanzato sulle normali misure di forza grazie al sistema "Trigger". Ciò significa che, anche durante una misura, il controllo della sequenza può cambiare se la condizione di trigger è soddisfatta, "innescando" così un'azione diversa, ad esempio. La Figura 6 mostra un tipico esempio di funzionamento del sistema di trigger per un materiale da polimerizzare che inizialmente è "a dominanza viscosa" (cioè un liquido viscoelastico, quindi con tendenza a fluire). Per questo motivo, una forza normale applicata inizialmente spingerebbe (farebbe fluire) il campione fuori dalla fessura di misurazione. In questo stato viscoso, il campione fluirà perché non è possibile applicare una forza verso l'esterno, in quanto il campione si deformerà (si rilasserà) (quindi nessuna variazione netta della forza normale). Per questo motivo, la sequenza inizia con una misura a gap fisso, "innescando" il controllo della forza normale (cioè a gap variabile) quando il campione ha un modulo troppo elevato e quindi non è più probabile che sia dominato dalla viscosità, consentendo al campione di espandersi o contrarsi.

Un ulteriore controllo su misura e flessibile è disponibile con il sistema di trigger unico e flessibile fornito con rSpace; la maggior parte delle variabili dello strumento può essere attivata.

Il sistema di piastre monouso Kinexus mantiene la compatibilità con i sistemi di trappole a solvente Kinexus:

  • Kinexus coperchio passivo della trappola per solventi solo per cartucce standard per piastre e cilindri, in acciaio inox
  • Coperchio della trappola per solventi attivi Kinexus solo per cartucce per cappe attive, in acciaio inox
6) Controllo del trigger per modificare le condizioni di misura durante una sequenza

Literature

  1. [1]
    Chambon, F. A. (1987). Viscoelasticità lineare alpunto di geldi un PDMS reticolato con stechiometria sbilanciata.Journal of Rheology 31.8, 683-697.