튜토리얼

튜토리얼 2: 내 샘플에 적합한 온도 제한을 선택하는 방법

올바른 온도 범위를 선택하는 것은 DSC 측정을 설정할 때 가장 중요한 단계 중 하나입니다. 한계가 너무 좁으면 중요한 전환을 놓칠 수 있습니다. 너무 넓으면 시료가 분해되거나 DSC 셀이 오염될 수 있습니다.

이 가이드에서는 특히 알 수 없는 재활용품의 경우 신뢰할 수 있는 결과를 보장하는 시작 및 종료 온도를 정의하는 방법을 설명합니다.

1. 온도 제한 설정에 대한 일반 규칙

시작 온도

첫 번째 예상 전환 온도보다 최소 50°C 낮게(또는 가열 속도의 5배) 설정합니다.

가열 램프를 시작하기 전에 5분의 등온 유지 시간을 포함하세요.

유리 전이 온도가 매우 낮은 폴리머(예: EVA, LDPE)의 경우 냉각 온도를 0°C 이하로 낮춰야 할 수 있습니다.

최종 온도

마지막 예상 전이 온도보다 최소 30°C 이상 높아야 합니다.

분해 방지. 연기, 잔여물 또는 비정상적인 기준선 드리프트와 같은 눈에 보이는 열화가 발생하기 전에 중단하세요.

팁: 성분을 알 수 없는 경우(일반적으로 재활용품의 경우) TGA를 사용하여 열 안정성을 확인합니다. TGA를 사용할 수 없는 경우, 더 넓은 범위에서 시작하여 나중에 측정할 때 세분화하세요.

ISO 11357-2:2020에 따르면 시작 온도는 첫 번째 전이보다 최소 50°C(또는 5배 가열 속도) 낮아야 하고, 종료 온도는 마지막 전이보다 약 30°C(또는 5배 가열 속도) 높아야 합니다.

2. 재활용품에 대한 특별 고려 사항

알 수 없는 혼합물은 넓은 시작 온도(예: -40°C)와 혼합물에서 예상되는 가장 높은 폴리머보다 높은 종료 온도가 필요할 수 있습니다.

분해 위험은 특히 PVC, PVDC 또는 오염된 샘플과 관련이 있습니다. 이러한 경우, 분해 없이 유리 전이를 관찰하는 것이 목표라면 조기(예: 약 120°C)에 중단하세요.

특히 알 수 없는 재활용품으로 작업할 때는 용광로가 오염될 정도로 최종 온도가 너무 높지 않은지 확인하세요.

분해 온도보다 훨씬 높게 작동하면 센서 오염과 기준선 드리프트가 발생할 수 있으며 청소 및 재보정이 필요할 수 있습니다. 항상 획득한 정보와 기기 보호의 균형을 유지하세요.

3. 양호한 온도 한계와 불량한 온도 한계 예시

좋은 예: PET 재활용

Start: 0 °C
종료: 290 °C

결과: 투명한 Tg(~70°C), 저온 결정화 및 용융 피크(~250-260°C).

불량 예 1: 최종 온도가 너무 낮음

PET가 240°C까지만 가열되었습니다. 용융 피크가 차단되어 Quantify가 데이터를 제대로 분석할 수 없습니다.

불량 예 2: 최종 온도가 너무 높음

PET가 350°C까지 가열되었습니다. 분해가 시작되고 기준선 드리프트가 발생하며 잔류물이 도가니를 오염시킵니다.

튜토리얼 4: 재활용을 위한 특별 고려 사항

재활용 폴리머는 버진 폴리머만큼 깨끗하고 잘 정의된 경우가 드뭅니다. 여기에는 혼합물, 무기 충전제, 불순물 또는 Quantify 교육 데이터 세트에서 아직 다루지 않은 폴리머가 포함될 수 있습니다. 이러한 요소는 DSC 측정과 결과 해석을 복잡하게 만들 수 있습니다.

이 튜토리얼에서는 재활용품으로 작업할 때 주요 제한 사항, 위험 요소 및 Quantify 결과를 올바르게 해석하는 방법에 대해 설명합니다.

1. 혼합물 및 지원되지 않는 폴리머

재활용품에는 종종 PE/PP 혼합물 또는 다층 재료와 같은 여러 폴리머의 혼합물이 포함되어 있습니다.

Quantify는 정의된 버진 폴리머와 선택된 혼합물 세트에 대해 학습됩니다. 이 데이터 세트 이외의 폴리머 유형은 인식하거나 정량화할 수 없습니다.

이러한 혼합물이 의심되는 경우에도 DSC 측정을 수행해야 합니다. Quantify는 지원되는 모든 구성 요소를 분석하고 추가 조사를 위해 설명되지 않은 피크를 표시합니다 Proteus^® Identify .

전문가 정보: 가장 까다로운 경우 - HDPE 및 LLDPE

Quantify는 많은 시스템에서 약 1%까지 오염을 감지할 수 있습니다. 그러나 폴리머가 구조적으로 매우 유사한 경우 분리가 매우 어려워집니다.

예: HDPE 내 1% LLDPE

두 재료 모두 결정화 거동이 매우 유사한 선형 폴리에틸렌입니다. 이들은 별도의 용융 도메인을 형성하지 않고 공통 결정상으로 공동 결정화됩니다.

결과적으로 DSC 곡선은 두 개의 용융 피크가 아닌 단일 용융 피크를 보여줍니다. 부성분은 뚜렷한 열 지문이 없어 안정적으로 분리할 수 없습니다.

요점: 매우 유사한 폴리머는 Quantify를 사용하더라도 DSC에서 구별되지 않을 수 있습니다. 이러한 경우 보완적인 기술(예: FTIR 또는 HPLC)을 사용하는 것이 좋습니다.

전문가 정보: 높은 변동성 - PP-H 및 PP-C

폴리프로필렌 모노폴리머(PP-H)에 비해 폴리프로필렌 코폴리머(PP-C)는 더 광범위하고 복잡한 열 거동을 보입니다. 공단량체는 결정성을 방해하고 용융 및 결정화 피크를 이동시키며 종종 덜 뚜렷한 전이를 생성합니다.

또한 PP-C 등급은 매우 다양하기 때문에(랜덤, 블록, 충격, 혼합) 단일 예측 모델로 표현하기 어려운 매우 가변적인 열화상을 생성합니다.

요점 Quantify는 PP-C에 대한 의미 있는 인사이트를 제공할 수 있지만, 정확한 예측을 위해서는 PP-H보다 더 크고 대표적인 학습 데이터 세트가 필요합니다. 정확도는 PP-C 데이터가 추가로 통합됨에 따라 계속 향상될 것입니다.

2. 필러가 포함된 샘플

CaCO₃, 탈크 또는 유리 섬유와 같은 무기 충전제는 DSC 지문을 생성하지 않습니다. 이러한 충전제의 존재는 시료의 폴리머 분율을 감소시키고 정량화 결과를 왜곡할 수 있습니다.

의미 있는 결과를 얻으려면 필러 함량을 별도로 결정하고 분석 전에 시료 무게에서 빼세요.

일반적인 방법

• TGA(열 중량 분석)
• 머플 퍼니스 재 테스트

전문가 정보: 모델 제한

Quantify는 아직 필러를 예측에 통합하지 않습니다. 따라서 폴리머 질량을 보정하는 것이 필수적입니다. 완전한 필러 지원은 제품 로드맵의 일부입니다.

3. 불순물 및 분해

재활용 제품에는 첨가제, 안정제 또는 분해 생성물이 포함될 수 있습니다. 이로 인해 추가 피크, 더 넓은 전환 또는 노이즈 기준선이 발생할 수 있습니다.

항상 두 번째 가열 곡선을 신중하게 평가하세요.

전문가 정보: 품질 저하 메커니즘

열화는 다양한 방식으로 용융 동작에 영향을 미칠 수 있습니다:

• 연쇄 절단 (열 또는 산화):
  → 낮은 분자량 → 낮은 용융 온도 및 엔탈피
• 중축합또는 라디칼 후축합 (예: PET, PA):
  → 더 높은 분자량 → 더 높은 용융 온도 및 때때로 더 높은 엔탈피

실제로 재처리 연구에 따르면 이러한 효과는 폴리머 등급 간의 자연적인 변동성보다 작은 경우가 많습니다. Quantify의 훈련 데이터는 이러한 변동을 설명하므로 보통 중간 정도의 성능 저하는 모델 오차 범위 내에 유지됩니다.

팁: 강한 열화가 발생하면 최종 온도를 낮추어( 튜토리얼: 내 샘플에 적합한 온도 제한을 선택하는 방법 참조) 도가니와 퍼니스를 보호하세요.

4. 재활용품을 위한 실용적인 워크플로

재활용 시료로 작업할 때는 표준 Quantify 워크플로우가 적용되며, 다음 사항에 추가로 주의해야 합니다:

• 샘플 균질성(펠릿과 플레이크)
• 필러의 존재 여부
• 두 번째 가열의 곡선 품질
• 설명할 수 없는 피크 또는 이상 현상

지원되지 않는 구성 요소 또는 의심스러운 특징은 다음을 사용하여 추가로 분석해야 합니다 Proteus^® Identify.

(측정 실행 및 업로드 단계는 튜토리얼에 설명되어 있습니다: 분석을 정량화하기 위해 DSC 측정을 실행하는 방법)에 설명되어 있습니다

5. 지원되지 않는 폴리머

DSC 곡선에 Quantify 데이터 세트에 포함되지 않은 폴리머의 전이가 포함된 경우 정량화 결과가 손상되고 부정확해집니다.

Proteus^® Identify 를 사용하여 지원되지 않는 폴리머가 있는지 확인할 수 있습니다. 해당 폴리머 유형이 향후 Quantify 업데이트에 포함된 경우에만 정량화가 가능합니다.

전문가 정보 Proteus^® Identify

Proteus^® Identify 는 열 전이를 참조 라이브러리와 비교합니다. 이 도구는 다음과 같은 경우에 권장됩니다:

• 지원되지 않는 폴리머 식별, 그리고
• 이상 및 편차를 감지하기 위한 내부 참조 데이터베이스를 구축하는 데 권장되는 도구입니다.

⚠️ 위험 점검: 재활용품으로 작업할 때

• 샘플이 균질(펠릿) 또는 가변(플레이크)인가요?
• 필러가 식별되고 보정되었는가?
• 표준 정량화 방법이 적용되었나요?
• 두 번째 가열 곡선이 깨끗하고 해석 가능한가요?
• 열화 효과가 보이는가?
• 지원되지 않는 폴리머가 존재하고 Proteus^® Identify 에서 후속 조치를 위해 플래그가 지정되어 있습니까?