Introduzione
Le poliammidi sono polimeri semicristallini caratterizzati da una buona resistenza meccanica; ciò consente di utilizzarle per diverse applicazioni tecniche, come la protezione dei cavi nell'industria automobilistica e la robotica. La polvere di poliammide è anche un materiale popolare per la SLS (Selective Laser Sintering), un metodo di stampa 3D che consente di creare oggetti di qualsiasi forma.
Tuttavia, le poliammidi sono anche molto sensibili all'acqua. Le catene molecolari delle poliammidi contengono gruppi amidici polari che attraggono liquidi polari come l'acqua, in modo che questo polimero assorba l'umidità presente nell'ambiente. Le molecole d'acqua aumentano il volume libero negli interstizi delle catene poliammidiche, con conseguente rigonfiamento del polimero e maggiore facilità di scorrimento delle catene molecolari sotto carico meccanico. Ciò porta a un abbassamento della transizione vetrosa e viene chiamato effetto plastificante indotto dall'acqua. [1, 2, 3]
Di conseguenza, l'assorbimento di acqua influisce drasticamente sulle proprietà meccaniche, termiche ed elettriche delle poliammidi. In particolare, l'aumento del contenuto di acqua porta a una diminuzione della rigidità e della resistenza, mentre la tenacità aumenta. [3, 4, 5]
Il DSC analizza l'influenza dell'umidità sulla transizione vetrosa della poliammide.Transizione vetrosa della poliammide
Di seguito viene analizzata l'influenza dell'umidità sulla transizione vetrosa della poliammide 6 (PA6). A tal fine, sono state eseguite misure DSC su campioni contenenti diversi livelli di contenuto d'acqua tra lo 0% e il 4,9%.
La Tabella 1 riassume le condizioni di misura. La transizione vetrosa della PA6 è solitamente sovrapposta al picco EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico dovuto all'evaporazione dell'acqua. Ciò rende necessaria l'esecuzione di misure DSC modulate in base alla temperatura, che separano gli effetti di inversione (ad esempio, la transizione vetrosa) da quelli di non inversione (ad esempio, l'evaporazione dei volatili, laPolimerizzazione (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) [6].
Tabella 1: Condizioni di misura
| Dispositivo | DSC 300 Caliris®, modulo H | |||
| Campione | Essiccato (0-% di umidità) | 1.2 % di umidità | 3.3 % di umidità | 4.9-% di umidità |
| Massa del campione | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| Crogiolo | Concavus® (alluminio) con coperchio forato | |||
| Intervallo di temperatura | -da 60°C a 240°C | |||
| Velocità di riscaldamento | 5 K/min | |||
| Periodo | 60 s | |||
| Ampiezza | 0.8 K | |||
Temperatura di transizione vetrosa di PA6
La Figura 1 illustra il flusso di calore totale del campione con l'1,2% di umidità, che corrisponde a una curva DSC convenzionale senza modulazione. La fase endotermica a 38,8°C (punto medio) indica la transizione vetrosa della poliammide 6. Tuttavia, questa valutazione non è accurata perché la transizione vetrosa si sovrappone a un'altra fase endotermica. Tuttavia, questa valutazione non è accurata perché la transizione vetrosa si sovrappone a un picco EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico, molto probabilmente dovuto al rilascio di acqua iniziale contenuta nel campione e a effetti di RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento. Prima che avvenga 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). fusione a 224,2°C (temperatura di picco), la parte amorfa della PA6 cristallizza parzialmente, spiegando il picco EsotermicoUna transizione campionaria o una reazione è esotermica se viene generato calore.esotermico a 193,3°C (temperatura di picco) nella curva DSC.
La Figura 2 mostra il flusso di calore totale insieme al segnale DSC grezzo ottenuto durante la misura a modulazione di temperatura. Il flusso di calore totale (linea continua) è equivalente a una misura DSC standard, come descritto in precedenza. Il segnale grezzo (linea tratteggiata) mostra come il materiale risponde effettivamente alla modulazione della temperatura.
Nella figura 3, il flusso di calore totale è separato in una parte inversa e in una non inversa. Ciò consente di separare la transizione vetrosa dal picco di evaporazione. La transizione vetrosa viene rilevata nella parte inversa del segnale DSC e l'effetto di evaporazione nella parte non inversa.
Successivamente, la transizione vetrosa viene valutata con precisione (punto medio a 40,4°C). Il segnale di non inversione, tuttavia, evidenzia che il picco EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico è molto più ampio di quanto inizialmente ipotizzato. Questo effetto dovuto al RilassamentoQuando si applica una deformazione costante a una mescola di gomma, la forza necessaria per mantenere tale deformazione non è costante, ma diminuisce nel tempo; questo comportamento è noto come rilassamento delle sollecitazioni. Il processo responsabile del rilassamento delle tensioni può essere fisico o chimico e, in condizioni normali, si verificano entrambi contemporaneamente. rilassamento e all'evaporazione è correlato a un'entalpia di 21,2 J/g.
Influenza dell'umidità sulla temperatura di transizione vetrosa della PA6
La Figura 4 mostra il segnale di inversione dei diversi campioni. Più alto è il contenuto di umidità, più bassa è la temperatura di transizione vetrosa. C'è una differenza di oltre 70°C tra la transizione vetrosa del campione secco e quella del PA6 contenente il 4,9% di acqua.
Conclusione
Grazie alla loro natura igroscopica, le poliammidi assorbono l'umidità dall'ambiente circostante. Questo, a sua volta, influenza le proprietà e quindi la lavorazione del materiale. Anche una small quantità di acqua nella PA6 diminuisce drasticamente la sua transizione vetrosa. Per questo motivo, il contenuto di umidità del campione è un parametro essenziale da verificare e controllare.
Un modo affidabile e veloce per procedere è quello di eseguire misure DSC a modulazione di temperatura con il DSC 300 Caliris®.