소개
PET와 PC로 구성된 블렌드는 각각의 단일 중합체보다 훨씬 우수한 기계적 특성과 가공성을 나타냅니다. PET/PC 혼합물에서 각 폴리머의 비율에 대한 지식은 제품의 특성에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다. 이 연구에서는 변조 차등 주사 열량계를 사용하여 세 가지 PET/PC 혼합물에서 각 폴리머의 양을 평가합니다.
DSC 측정(기존)
실험
테스트한 샘플은 폴리카보네이트(PC)와 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 서로 다른 비율로 혼합한 세 가지 혼합물로 구성되었습니다. 이 샘플에는 첨가제나 다른 성분이 포함되지 않았습니다. 측정에 앞서 정확히 동일한 방식으로 생산하고 동일한 조건에서 보관했습니다. 다음에서는 세 가지 샘플을 PET/PC1, PET/PC2, PET/PC3로 지정합니다. 측정 조건은 표 1에 요약되어 있습니다.
표 1: 기존 DSC 측정의 실험 조건
| 장치 | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| 대기 | 질소(유량: 40ml/min) | |
| 시료 질량 | 11~12mg | |
| 도가니 | 뚜껑이 뚫린 냉간 용접 알루미늄 도가니 | |
| 온도 프로그램 | 0°C ... 280°C(10K/min의 가열 속도) 20 K/min의 가열 속도에서 ↓ 280°C ... 0°C 0°C ... 280°C, 10K/min의 가열 속도에서 10°C ... 280°C | |
결과 및 토론
그림 1, 2 및 3은 두 번의 가열 실행 동안 PET/PC1, PET/PC2 및 PET/PC3의 변환 에너지를 나타냅니다. 첫 번째 가열 실행은 녹색으로, 두 번째 가열 실행은 빨간색으로 표시되어 있습니다.
첫 번째 가열에 대한 DSC 곡선은 측정 전 폴리머의 이력을 보여줍니다: 준비, 냉각 및 보관 조건 등을 반영합니다. 이와는 대조적으로 두 번째 가열은 폴리머를 식별하는 데 도움이 됩니다. 첫 번째 가열에서 폴리머가 녹으면 그 이력이 "지워집니다". 정의된 조건에서 제어된 냉각 후, 두 번째 가열은 시료의 신원에 대한 정보를 제공합니다.
모든 샘플에 대한 두 가열 사이클에서 PET의 일반적인 흡열 단계(유리 전이)는 70°C와 85°C 사이에서 감지되었으며, 용융 피크는 200°C와 270°C 사이에서 감지되었습니다. 모든 샘플에서 PET의 Δ비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp 단계는 1차 가열보다 2차 가열에서 더 작았으며, 이는 냉각 중에 더 적은 양의 비정질 상이 형성되었음을 나타냅니다. 첫 번째 가열에서만 검출된 120.6°C(피크 온도)에서의 PET 결정화 후 피크가 이를 확인시켜 줍니다: 이 효과는 비정질 구조가 결정체를 형성하기 위해 재조직되기 때문이며 저결정성 PET에서만 감지됩니다. 폴리카보네이트의 유리 전이는 약 140-145°C에서 감지됩니다. 첫 번째 가열에서는 PET의 결정화 후 피크와 겹칩니다.
따라서 기존 DSC로는 폴리카보네이트의 유리 전이를 정확하게 평가할 수 없습니다.
위에서 설명한 것처럼 두 번째 가열은 일반적으로 폴리머 물질을 식별하는 데 사용됩니다. 그러나 폴리머 비율은 유리 전이에 내재된 Δ비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp를 평가하여 계산합니다. 세 가지 경우 모두 PET의 Δ비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp 단계는 두 번째 가열보다 첫 번째 가열에서 더 높기 때문에 첫 번째 가열을 사용하여 평가하는 것이 더 정확합니다. 또한, 제공된 샘플은 동일한 열 이력을 가지고 있으며 DSC 측정을 위해 정확히 동일한 방식으로 준비되었습니다. 이러한 이유로 블렌드에 포함된 각 폴리머의 양을 평가하기 위해 첫 번째 가열을 사용했습니다.
온도 변조 DSC 측정
변조된 DSC 측정에서 온도 신호는 더 이상 선형이 아닌 정현파 신호가 됩니다: 진폭과 주기가 정의된 진동 가열 속도가 기본 가열 속도에 적용됩니다. 결과적으로 DSC 신호는 열용량 변화와 같이 온도에 따라 진동하는 프로세스에 대한 정보를 제공하는 소위 반전 신호인 진동 부분과 증발 또는 결정화와 같이 시간 의존적 프로세스와 관련된 비반전 열 흐름의 두 부분으로 분리됩니다(표 2 참조).
여기서 온도 변조 테스트는 PET의 결정화 피크와 PC의 유리 전이를 분리하기 위해 수행됩니다. 이를 통해 유리 전이를 정확하게 평가할 수 있습니다.
실험
표 3에는 변조 테스트의 조건이 요약되어 있습니다.
결과 및 토론
그림 4~6은 세 가지 PET/PC 혼합물에 대한 변조 측정 결과를 보여줍니다. 예상대로, 두 폴리머의 유리 전이는 반전 신호에서 볼 수 있는 반면, 비반전 신호에서는 PET의 결정화 후를 볼 수 있습니다. 또한 시료의 이완 효과로 인한 각 유리 전이 후 흡열 효과도 비반전 신호에서만 볼 수 있습니다.
시료의 유리 전이 중 Δ비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp를 반전 부분에서 높은 정확도로 평가할 수 있었습니다.
그림 7은 모든 샘플의 반전 신호를 보여줍니다.
표 2: 측정된 효과를 반전 신호와 비반전 신호로 구분한 일반적인 분포도
| 반전 신호 | 비반전 신호(시간에 따라 달라지는 프로세스) | |
|---|---|---|
| 유리 전환 | 이완 | |
| 고체/고체 전이 | 결정화, 결정화 후 전이 | |
증발 | ||
경화 | ||
표 3: 변조된 DSC 측정을 위한 실험 조건
| 장치 | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| 대기 | 질소(유량: 40ml/min) | |
| 시료 질량 | 11~12mg | |
| 도가니 | 뚜껑이 뚫린 알루미늄 도가니 | |
| 온도 프로그램 | 20°C - 280°C 가열 속도 1.5 K/min 진폭: 0.5 K 기간 120 s | |
세 가지 혼합물에 대한 Δ비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp를 정확하게 평가하면 다음 공식을 사용하여 각 샘플의 PET 및 PC의 양을 결정할 수 있습니다:
여기서 PET1, PET2, PET3은 샘플 1, 2, 3의 PET 함량 수준이고, PC1, PC2, PC3은 샘플 1, 2, 3의 PC 함량 수준입니다. 물론 이러한 계산은 샘플에 다른 성분(필러, 색상 배치 등)이 포함되지 않고 세 가지 혼합물에 대한 열 이력이 동일한 경우에만 정확하게 수행할 수 있습니다.
그런 다음 다음 계산을 결정할 수 있습니다:
결론
세 가지 PET/PC 혼합물을 DSC 204 F1 Phoenix® 를 사용하여 측정했습니다. 표준 DSC 측정(변조 없이)에서는 폴리카보네이트의 Δ비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp 단계가 PET의 결정화 후 피크와 겹치기 때문에 정확한 평가가 불가능합니다.
두 효과를 분리하기 위해 온도 변조 DSC를 사용하여 추가 측정을 수행했습니다. Δ비열 용량(cp)열용량은 시료에 공급된 열량을 결과 온도 상승으로 나눈 물질별 물리량으로, 시료에 공급된 열량에 의해 결정됩니다. 비열 용량은 시료의 단위 질량과 관련이 있습니다.cp 단계를 통해 각 샘플에서 PET와 PC의 함량 수준을 정확하게 측정할 수 있습니다.