はじめに
高圧キャピラリーレオメーターは、実際の加工条件下における材料の挙動を理解するための定番のソリューションです。また、温度がポリマーの粘度に大きな影響を与えることはよく知られています。 そのため、NETZSCH レオメーターは、DSCやTGAによって決定される転移温度、劣化温度、および劣化速度と関連する、温度に敏感なレオロジー特性を測定します。しかし、キャピラリーレオメーターは試料に温度とせん断の両方を加えるため、完全な加工条件下での劣化を調査し、問題の発生を防ぐことが可能になります。
実験的
PHBH試料の粘度は、170°Cにおいて、100,000 s⁻¹から100 s⁻¹のせん断速度を適用して測定した。この初期分析の直後、試料を交換することなく、低せん断速度から高せん断速度にかけて粘度を測定した。 その後、新たに装填した試料を用いて新たな測定を行った。PHBV試料の粘度は、200°Cで2回の装填時にそれぞれ1回ずつ、計2回測定された。
PHBV 対 PHBH
PHBVおよびPHBHは生分解性バイオポリマーです。共重合体の違いにより、柔軟性、結晶性、および加工特性が異なります。
PHBV = ポリ（3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシバレレート）
PHBH = ポリ（3-ヒドロキシブチレート-co-3-ヒドロキシヘキサノエート）
結果
最初のアプリケーションノート「バイオポリマー – キャピラリーレオメーターによるPHBHの添加」の測定後半（せん断速度の増加）では、せん断粘度の値が低くなっています（図1）。 これは、おそらくバイオポリマーの熱分解によるものである。さらに、測定が進むにつれて、押出物の色が次第に濃くなることも観察された。これも劣化を示す兆候である。 2回目の測定（2回目のロード、青色の曲線）では、170°Cのキャピラリーレオメーターで同様の滞留時間を確保するために、試料調製に同じ手順を用いる限り、結果の再現性が良好であることが示されています。
生データ（すなわち圧力曲線）には、測定中に不安定性は見られなかった（図1）。
PHBVに関する結果は再現性があるようである（図3）。しかし、圧力曲線からは、測定中に分解が生じていることがわかる。すなわち、所定のせん断速度において、圧力はプラトーに達するどころか低下している（図4）。 せん断速度が高いほど、この影響は顕著になる。これはせん断加熱によるものであり、せん断速度が高いほどその影響は強まる。これにより温度が上昇し、結果として分解が加速する。
結論
PHBH試料は170°Cで分解を起こしますが、その分解は高温への曝露の合計時間に依存します。一方、PHBVは200°Cにおいてせん断レベルにも敏感であり、せん断レベルが高いと自己発熱を引き起こします。
加工温度における高いせん断速度がポリマー試料に及ぼす影響を分析できるのは、キャピラリーレオメーターのみです。
謝辞
試料をご提供いただいたフランス・ティエールのリセ・ジャン・ゼイ、および結果に関するご意見をいただいたGBCC（Green Business & Consulting Company）に感謝申し上げます。