Introduzione
Le miscele composte da PET e PC presentano proprietà meccaniche e processabilità significativamente migliori rispetto a ciascun omopolimero singolarmente. La conoscenza del rapporto di ciascun polimero in una miscela PET/PC è fondamentale perché influenza le proprietà del prodotto. In questo lavoro, la calorimetria a scansione differenziale modulata viene utilizzata per valutare la quantità di ciascun polimero in tre miscele PET/PC.
Misure DSC (convenzionali)
Sperimentale
I campioni testati consistevano in tre miscele di policarbonato (PC) e polietilene tereftalato (PET) in diversi rapporti. Erano privi di additivi o di qualsiasi altro componente. Sono stati prodotti esattamente nello stesso modo e conservati nelle stesse condizioni prima delle misurazioni. Di seguito, i tre campioni sono denominati PET/PC1, PET/PC2 e PET/PC3. Le condizioni di misurazione sono riassunte nella Tabella 1.
Tabella 1: Condizioni sperimentali delle misurazioni DSC convenzionali
Dispositivo | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
---|---|---|
Atmosfera | Azoto (portata: 40 ml/min) | |
Masse dei campioni | Tra 11 e 12 mg | |
Crogiolo | Crogioli di alluminio saldati a freddo con coperchi forati | |
Programma di temperatura | 0°C ... 280°C con una velocità di riscaldamento di 10 K/min ↓ 280°C ... 0°C con una velocità di riscaldamento di 20 K/min 0°C ... 280°C con una velocità di riscaldamento di 10 K/min |
Risultati e discussione
Le figure 1, 2 e 3 presentano l'energia di trasformazione di PET/PC1, PET/PC2 e PET/PC3 durante i due riscaldamenti. Il primo riscaldamento è rappresentato in verde, il secondo in rosso.
La curva DSC per il primo riscaldamento mostra la storia del polimero prima della misurazione: Riflette le condizioni di preparazione, raffreddamento e stoccaggio, ecc. Al contrario, il secondo riscaldamento aiuta a identificare il polimero. 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 del polimero nel primo riscaldamento "cancella" la sua storia. Dopo un raffreddamento controllato in condizioni definite, il secondo riscaldamento fornisce informazioni sull'identità del campione.
In entrambi i cicli di riscaldamento per tutti i campioni, la tipica fase endotermica (transizione vetrosa) del PET è stata rilevata tra i 70°C e gli 85°C, insieme al suo picco 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 tra i 200°C e i 270°C. Per tutti i campioni, il passaggio ΔCapacità 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.cp del PET è stato smaller nel secondo riscaldamento rispetto al primo, il che indica la formazione di una minore quantità di fase amorfa durante il raffreddamento. Il picco di post-CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione del PET a 120,6°C (temperatura di picco), rilevato solo nel primo riscaldamento, lo conferma: Questo effetto è dovuto alla riorganizzazione della struttura amorfa per costruire cristalliti e viene rilevato solo per il PET a bassa cristallinità. La transizione vetrosa del policarbonato è rilevata a circa 140-145°C. Nel primo riscaldamento, si sovrappone al picco di post-CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione del PET.
Pertanto, una valutazione accurata della transizione vetrosa del policarbonato non è possibile con la DSC convenzionale.
Come spiegato in precedenza, il secondo riscaldamento è tipicamente utilizzato per identificare una sostanza polimerica. Tuttavia, i rapporti polimerici sono calcolati valutando il ΔCapacità 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.cp relativo alla transizione vetrosa. I ΔCapacità 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.cp del PET in tutti e tre i casi sono più alti nel primo che nel secondo riscaldamento, quindi è più preciso valutarli usando il primo riscaldamento. Inoltre, i campioni consegnati avevano la stessa storia termica ed erano stati preparati esattamente nello stesso modo per le misure DSC. Per questi motivi, è stato utilizzato il primo riscaldamento per valutare la quantità di ciascun polimero nelle miscele.
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![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/b/0/d/2/b0d251d1abe9758dba7d5e42cb73ebc77570ce94/NETZSCH_AN_234_Abb_3-600x296.webp)
Misure DSC modulate in base alla temperatura
In una misura DSC modulata, il segnale di temperatura non è più lineare, ma sinusoidale: Una frequenza di riscaldamento oscillante di ampiezza e periodo definiti viene applicata alla frequenza di riscaldamento sottostante. Di conseguenza, il segnale DSC viene separato in due parti: la parte oscillante, che è il cosiddetto segnale di inversione, che fornisce informazioni sui processi che oscillano con la temperatura, ad esempio le variazioni di capacità termica; e il flusso di calore non di inversione, che è legato ai processi dipendenti dal tempo, ad esempio l'evaporazione o la CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione (vedere anche la tabella 2).
In questo caso, vengono eseguiti test a temperatura modulata per separare il picco di CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione del PET dalla transizione vetrosa del PC. Ciò consente una valutazione accurata delle transizioni vetrose.
Sperimentazione
La tabella 3 riassume le condizioni per i test modulati.
Risultati e discussione
Le figure da 4 a 6 presentano i risultati delle misure modulate per le tre miscele PET/PC. Come previsto, la transizione vetrosa di entrambi i polimeri è visibile nel segnale di inversione, mentre la post-CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.cristallizzazione del PET è visibile nel segnale di non inversione. Inoltre, gli effetti endotermici dopo ogni transizione vetrosa, dovuti agli 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 dei campioni, sono visibili solo nel segnale di non inversione.
È stato possibile valutare il ΔCapacità 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.cp durante la transizione vetrosa dei campioni con un'elevata precisione nelle parti invertite.
La Figura 7 mostra i segnali di inversione per tutti i campioni.
Tabella 2: Distribuzione tipica degli effetti misurati in segnali invertiti e non invertiti
Segnale di inversione | Segnale non invertente (processo dipendente dal tempo) | |
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Transizione vetrosa | ||
Transizione solido/solido | CristallizzazioneLa cristallizzazione è il processo fisico di indurimento durante la formazione e la crescita dei cristalli. Durante questo processo viene rilasciato il calore di cristallizzazione.Cristallizzazione, Post-cristallizzazione (cristallizzazione a freddo)La post-cristallizzazione delle plastiche semicristalline avviene principalmente a temperature elevate e con una maggiore mobilità molecolare al di sopra della transizione vetrosa.post-cristallizzazione | |
Evaporazione | ||
Polimerizzazione |
Tabella 3: condizioni sperimentali per le misure DSC modulate
Dispositivo | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
---|---|---|
Atmosfera | Azoto (portata: 40 ml/min) | |
Masse dei campioni | Tra 11 e 12 mg | |
Crogiolo | Crogioli in alluminio con coperchio forato | |
Programma di temperatura | 20°C - 280°C Velocità di riscaldamento: 1.5 K/min Ampiezza: 0,5 K Periodo: 120 s |
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![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/8/0/5/c/805cf4ae01b1f561d14fe5dd67f449e7759cf61a/NETZSCH_AN_234_Abb_5-600x290.webp)
![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/9/1/2/9/91298cbd9cdf4c831891a354f4513e868d0e0656/NETZSCH_AN_234_Abb_6-600x289.webp)
![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/9/2/b/f/92bf10a7cdaf45392bdf7a5bde5c5087a36b5192/NETZSCH_AN_234_Abb_7-600x287.webp)
Con questa valutazione accurata di ΔCapacità 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.cp per le tre miscele, è possibile determinare la quantità di PET e PC in ciascun campione utilizzando le seguenti equazioni:
![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/b/2/6/2/b26239c6dea011fe2acc58db623f5de77dd1ea3c/NETZSCH_AN_234_Abb_0-510x608.webp)
In cui PET1, PET2, PET3 sono i livelli di contenuto di PET nei campioni 1, 2 e 3; e PC1, PC2 e PC3 sono i livelli di contenuto di PC nei campioni 1, 2 e 3. Naturalmente, questi calcoli possono essere eseguiti con precisione solo se i campioni non includono altri componenti (carica, lotto di colore, ecc.) e se la storia termica è identica per le tre miscele.
Si possono quindi determinare i seguenti calcoli:
![](https://analyzing-testing.netzsch.com/_Resources/Persistent/a/8/d/f/a8dff37112b80bf0400b73c145d62df110d01536/NETZSCH_AN_234_Abb_00-555x565.webp)
Conclusione
Tre miscele PET/PC sono state misurate utilizzando il DSC 204 F1 Phoenix® . Nelle misurazioni DSC standard (senza modulazione), il gradino Δcp del policarbonato si sovrappone al picco di Post-cristallizzazione (cristallizzazione a freddo)La post-cristallizzazione delle plastiche semicristalline avviene principalmente a temperature elevate e con una maggiore mobilità molecolare al di sopra della transizione vetrosa.post-cristallizzazione del PET; pertanto, non è possibile una valutazione accurata.
Per separare i due effetti, sono state effettuate ulteriori misurazioni utilizzando la DSC a modulazione di temperatura. I passaggi Δcp consentono di determinare con precisione i livelli di contenuto di PET e PC in ciascun campione.