Wprowadzenie
Reometry kapilarne wysokociśnieniowe stanowią najlepsze rozwiązanie pozwalające zrozumieć zachowanie materiałów w rzeczywistych warunkach przetwarzania. Powszechnie wiadomo również, że temperatura ma znaczący wpływ na lepkość polimerów. Dlatego reometry typu „ NETZSCH ” mierzą właściwości reologiczne wrażliwe na temperaturę, które są powiązane z temperaturami przemiany oraz temperaturą i kinetyką degradacji określanymi za pomocą DSC i TGA. Reometry kapilarne poddają próbkę zarówno działaniu temperatury, jak i ścinania, co pozwala badać proces degradacji w pełnych warunkach przetwórczych i zapobiegać problemom.
Eksperymentalny
Lepkość próbki PHBH zmierzono w temperaturze 170°C przy zastosowaniu prędkości ścinania w zakresie od 100 000 s⁻¹ do 100 s⁻¹. Bezpośrednio po tej wstępnej analizie zmierzono lepkość w zakresie od niskich do wysokich prędkości ścinania bez zmiany próbki. Następnie przeprowadzono nowy pomiar na świeżo obciążonej próbce. Lepkość próbki PHBV zmierzono dwukrotnie w temperaturze 200°C przy dwóch obciążeniach.
PHBV a PHBH
PHBV i PHBH to biodegradowalne biopolimery. Różne komonomery nadają im odmienną elastyczność, krystaliczność oraz właściwości przetwórcze.
PHBV = poli(3-hydroksybutyrat-ko-3-hydroksywalerianian)
PHBH = poli(3-hydroksybutyrat-ko-3-hydroksyheksanoat)
Wyniki
Wartości lepkości ścinającej są niższe w drugiej części pomiaru (przy rosnących prędkościach ścinania) przedstawionego w pierwszej notatce aplikacyjnej „Biopolimery – reometr kapilarny z próbką PHBH” (rys. 1). Najprawdopodobniej wynika to z termicznego rozkładu biopolimeru. Ponadto zaobserwowano, że im dalej postępuje pomiar, tym ciemniejszy staje się kolor wytłoczki. Jest to również oznaka degradacji. Drugi pomiar przeprowadzony na drugiej partii próbki (niebieska krzywa) wykazuje dobrą powtarzalność wyników, o ile stosowana jest ta sama procedura przygotowania próbki w celu uzyskania podobnych czasów retencji w reometrze kapilarnym w temperaturze 170°C.
Dane surowe (tj. krzywe ciśnienia) nie wykazały żadnej niestabilności podczas pomiaru (rysunek 1).
Wyniki dla PHBV wydają się być powtarzalne (rys. 3). Krzywe ciśnienia wskazują jednak, że podczas pomiaru zachodzi Reakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład: przy określonej szybkości ścinania ciśnienie spada, zamiast osiągnąć plateau (rys. 4). Im wyższa szybkość ścinania, tym bardziej widoczny staje się ten efekt. Wynika to z ogrzewania ścinającego, które jest bardziej wyraźne przy wyższych szybkościach ścinania. Prowadzi to do wzrostu temperatury, a w konsekwencji do szybszego rozkładu.
Wnioski
Próbka PHBH ulega degradacji w temperaturze 170°C, co zależy od czasu trwania ekspozycji na wysokie temperatury, natomiast PHBV w temperaturze 200°C jest dodatkowo wrażliwe na poziom ścinania, co prowadzi do samonagrzewania się w przypadku wysokiego poziomu ścinania.
Jedynie reometry kapilarne są w stanie analizować wpływ wysokiej szybkości ścinania w temperaturze przetwarzania na próbki polimerowe.
Podziękowania
Chcielibyśmy podziękować liceum Jean Zay w Thiers we Francji za dostarczenie próbek oraz firmie GBCC (Green Business & Consulting Company) za uwagi dotyczące wyników.