Caracterizarea și clasificarea poliamidelor reciclate prin intermediul Identify

Introducere

Până în prezent, în domeniul analizei termice, cercetătorii au trebuit să compare propriile date cu colecții tipărite de rezultate ale măsurătorilor, cum ar fi "Atlas of Thermoanalytical Curves" [1] și altele [2, 3, 4].

Recent, a fost introdusă prima bază de date bazată pe software în analiza termică, Identify [5]. Această bază de date permite pentru prima dată compararea datelor termoanalitice măsurate cu datele de bibliotecă stocate în baza de date cu ajutorul unui software. Ca urmare, utilizatorul obține o listă de valori de similitudine, cifra de merit pentru această comparație, care este dată în procente.

În lucrarea de față, Identify este utilizat în diferite moduri. Diferitele poliamide sunt studiate utilizând calorimetria cu scanare diferențială (DSC). Utilizând informațiile despre poliamide stocate în baza de date Identify, se va demonstra că chiar și diferențele small în comportamentul termic al tipurilor de poliamide sunt suficiente pentru a face o distincție semnificativă între acestea. Prin intermediul valorilor evaluate, cum ar fi temperatura de tranziție vitroasă, capacitatea termică specifică, temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire sau entalpia de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire, a fost investigată o serie de eșantioane de poliamide reciclate și apoi clasificate prin comparație cu rezultatele unui material virgin stocat în baza de date. Astfel, va fi demonstrată utilizarea Identify ca instrument de clasificare a poliamidelor reciclate.

Materiale și metode

Probele de poliamidă reciclată au fost măsurate așa cum au fost primite. Acestea au fost denumite Pentamid B GV30 loturile 001 - 009. Probele utilizate ca referință au fost PA6 GF30 (durethan, natur), PA6.6 GF30 (ultramid, natur), PA6.10, PA6.12 (grilamid).

Comportamentul de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire al probelor de poliamidă a fost studiat cu ajutorul DSC 214 Polyma. Pentru încălzirea, răcirea și reîncălzirea probelor au fost utilizate tigăi de aluminiu (NETZSCH Concavus^® ) cu capace perforate, la o viteză de 20 K/min. Fiecare dintre cele două segmente de încălzire a fost dus la 280°C. A doua încălzire pentru fiecare probă de poliamidă a fost utilizată pentru a evalua entalpia de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire. Toate probele au fost preparate cu mase de 4,955 (± 0,05) mg.

Măsurătorile termogravimetrice au fost efectuate folosind termo-microbalanța TG 209 F3 Tarsus^® . Probele cu mase de 11,45 (± 0,35) mg au fost transferate în creuzete din oxid de aluminiu și încălzite la o rată de 20 K/min până la 800°C în azot. Pentru încălzirea consecutivă la 1000°C, atmosfera a fost schimbată cu aer sintetic (azot:oxigen = 90:10) la 800°C. Debitul total de gaz inert și reactiv a fost de 40 ml/min.

Rezultate și discuții

Pentru a dovedi capacitatea bazei de date Identify în ceea ce privește identificarea materialelor, au fost testați polimeri virgini - luați aici ca materiale de referință. Granulele au fost pregătite în vase de aluminiu, așa cum s-a descris mai sus, transferate în aparatul DSC și încălzite într-o atmosferă de azot până la temperaturi de peste Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire. A fost evaluată a doua încălzire și rezultatele obținute au fost comparate cu rezultatele stocate în baza de date Identify.

Figura 1 compară a doua încălzire pentru fiecare dintre cele patru poliamide diferite, PA6 GF30 (1), PA6.10 (2), PA6.12 (3) și PA6.6 GF30 (4). În timp ce temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire a PA6.6 GF30 a fost detectată la o temperatură semnificativ mai ridicată, principalul efect de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire endotermală pentru PA6 GF30, PA6.10 și PA6.12 a fost în același interval de temperatură. Cu toate acestea, baza de date este capabilă să distingă și să identifice aceste probe. Tabelele 1a-1d prezintă valorile de similitudine furnizate de baza de date, atunci când se compară datele măsurate (figura 1) cu datele deja existente în bibliotecă. Dacă, de exemplu, rezultatele pentru PA6 GF30 (curba 1 din figura 1) sunt solicitate pentru a fi comparate cu datele din baza de date, similaritatea cu datele privind poliamida 6 stocate în baza de date este de 97%. Rezultatele stocate în baza de date, care servesc pentru această comparație, nu provin, desigur, din măsurarea identică, ci dintr-o măsurătoare diferită a unui eșantion similar, dar nu identic. Acesta este motivul pentru care similaritatea nu este exact de 100%, dar, prin urmare, dovada de a putea identifica și probe necunoscute prin această procedură este mult mai fiabilă. S-a constatat că alte poliamide, care se topesc în același interval de temperatură, cum ar fi PA6.10 și PA6.12, au similarități semnificativ mai mici, respectiv 87% și 84%. Același lucru este valabil și în cazul în care PA6.10 sau PA6.12 este eșantionul care urmează să fie identificat și comparat cu datele din bibliotecă. Rezultatele sunt rezumate în tabelele 1a, 1b și 1c. Deoarece poliamida 6.6 se topește la o temperatură cu aproximativ 40 K mai mare în comparație cu poliamidele menționate anterior, datele suplimentare din bibliotecă nu sunt poliamide, ci ETFE, PET, PPS și FEP. Această procedură confirmă, împreună cu datele publicate recent [6] [7], capacitatea bazei de date Identify de a distinge între probe cu un comportament termic similar.

Ca o etapă consecutivă, a fost studiată o serie de probe de poliamidă 6 reciclată. Toate probele erau de aceeași origine, dar prelevate din loturi diferite, având aceeași compoziție PA6 GF30. Pentru a dovedi compoziția și pentru a obține o imagine clară asupra marjei de abatere în ceea ce privește compoziția probelor, precum și asupra repetabilității eșantionării, au fost efectuate măsurători termogravimetrice. Tab. 2 rezumă compoziția probelor în ceea ce privește conținutul de substanțe volatile, conținutul de polimeri, conținutul de negru de fum și masa reziduală. Atât timp cât probele nu conțin alte ingrediente inerte din punct de vedere chimic, aceasta din urmă ar trebui să fie echivalentă cu cantitatea de fibre de sticlă adăugate. Probele PA6.10 și PA6.12 nu prezintă reziduuri în interiorul creuzetului după măsurători. Toate celelalte probe prezintă un reziduu topit alb spre galben deschis.

Tabelul 2: Compararea rezultatelor termogravimetrice (pierderea de masă în %) pentru toate poliamidele reciclate și materialele de referință testate

* În intervalul de temperatură de la 250 la 800°C, această probă prezintă o etapă suplimentară de pierdere de masă de 1,54%, care se datorează cel mai probabil eliberării de dioxid de carbon provenit din descompunerea cretei. Aceasta s-ar referi la un conținut de cretă de 3,5%.

Conform conținutului detectat de fibre de sticlă de 30,0% (±0,7), rezultatele TGA au putut confirma cantitatea așteptată cu o incertitudine de 2,5%. Comportamentul termic al tuturor loturilor de probe de polimaidă 6 (001 - 009) a fost apoi studiat utilizând calorimetria cu scanare diferențială (DSC). A doua încălzire a fiecărei probe a fost comparată cu baza de date și, de asemenea, cu probele PA6 GF30.

Valorile de similitudine sunt rezumate în tabelul 3. Figura 2 prezintă comparația vizuală a acestor rezultate împreună cu proba PA6 GF30 utilizată ca referință (linia punctată). Curbele sunt afișate în funcție de valorile de similaritate indicate în tabelul 3, cu valori de similaritate descrescătoare de jos în sus.

Tabelul 3: Rezultatele căutării în baza de date pentru nouă probe diferite de PA6 GF30 reciclate în comparație cu un PA6 GF30 virgin

Pe lângă variația temperaturii de vârf, a entalpiei de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire, a modificării capacității termice specifice și a temperaturii de tranziție vitroasă, este evident că materialele reciclate prezintă, de asemenea, efecte suplimentare care nu erau așteptate și detectabile pentru proba virgină. Efecte EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice suplimentare au fost detectate pentru unele probe în intervalul de temperatură în jurul valorii de 22, 105 și 245°C. Acestea se datorează probabil impurităților. Acestea se datorează cel mai probabil impurităților sau sunt cauzate de substanțe străine, în principal aditivi sau alți polimeri. Aceste efecte suplimentare - neașteptate - reduc desigur valorile de similitudine, deoarece nu sunt tipice pentru materialele virgine și, prin urmare, nu fac parte din datele stocate în baza de date a bibliotecii. Pe de altă parte, aceasta înseamnă că compararea bazei de date ia în considerare dacă lipsesc efectele așteptate sau dacă sunt detectate efecte suplimentare care nu sunt stocate în baza de date pentru acest tip de material.

În figura 3 este prezentată o comparație a rezultatelor obținute pentru materialul care servește drept referință (PA6 GF30, linie neagră punctată, mijloc) cu eșantionul cel mai similar (albastru) și cu eșantionul cel mai diferit (verde) în funcție de rezultatele similarității obținute din baza de date. Eșantionul care prezintă cea mai slabă similitudine nu numai că prezintă efecte EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice suplimentare la aproximativ 22 și, respectiv, 105 °C, dar, de asemenea, valorile evaluate pentru temperatura de Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire și temperatura de tranziție vitroasă sunt mai deplasate către valori mai mici în comparație cu materialul de referință decât pentru eșantionul care prezintă cel mai similar comportament termic.

Concluzie

Baza de date Identify, recent introdusă, este primul software termoanalitic care oferă o comparare pe bază de software a datelor DSC măsurate cu măsurătorile DSC sau cu valorile din literatura de specialitate stocate în bibliotecă.

O serie de probe de poliamidă reciclată au fost măsurate cu ajutorul calorimetrului cu scanare diferențială (DSC 214 Polyma). Valorile evaluate pentru tranziția vitroasă și Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire au fost utilizate ca criterii de identificare. Baza de date Identfiy oferă capacitatea nu numai de a distinge între diferite tipuri de poliamide, cum ar fi PA6, PA6.6, PA6.10 și PA6.12, dar permite, în plus, detectarea și cuantificarea diferențelor de temperatură sau entalpie pentru efectele calorice menționate anterior. În funcție de calitatea dorită sau de cerințele de prelucrare, valorile de similitudine pot servi pentru clasificarea materialului și pot fi utilizate ca instrument de control al calității.