Introducere
Amestecurile formate din PET și PC prezintă proprietăți mecanice și procesabilitate semnificativ mai bune decât fiecare homopolimer în parte. Cunoașterea raportului dintre fiecare polimer dintr-un amestec PET/PC este esențială deoarece influențează proprietățile produsului. În această lucrare, calorimetria diferențială de scanare modulată este utilizată pentru a evalua cantitatea fiecărui polimer în trei amestecuri PET/PC.
Măsurători DSC (convenționale)
Experimental
Probele testate au constat din trei amestecuri de policarbonat (PC) și polietilen tereftalat (PET) în diferite proporții. Acestea erau lipsite de aditivi sau de orice altă componentă. Acestea au fost produse exact în același mod și depozitate în aceleași condiții înainte de efectuarea măsurătorilor. În continuare, cele trei probe sunt denumite PET/ PC1, PET/PC2 și PET/PC3. Condițiile de măsurare sunt rezumate în tabelul 1.
Tabelul 1: Condițiile experimentale ale măsurătorilor DSC convenționale
| Dispozitiv | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Atmosferă | Azot (debit: 40 ml/min) | |
| Masa probelor | Între 11 și 12 mg | |
| Creuzet | Creuzete din aluminiu sudate la rece cu capace perforate | |
| Program de temperatură | 0°C ... 280°C la o rată de încălzire de 10 K/min ↓ 280°C ... 0°C la o rată de încălzire de 20 K/min 0°C ... 280°C la o rată de încălzire de 10 K/min | |
Rezultate și discuții
Figurile 1, 2 și 3 prezintă energia de transformare a PET/PC1, PET/PC2 și PET/PC3 în timpul celor două cicluri de încălzire. Primul ciclu de încălzire este reprezentat în verde, iar al doilea în roșu.
Curba DSC pentru prima încălzire arată istoricul polimerului înainte de măsurare: Aceasta reflectă condițiile de preparare, răcire și depozitare etc. În contrast cu aceasta, a doua încălzire ajută la identificarea polimerului. Topirea polimerului în prima încălzire "șterge" istoricul acestuia. După o răcire controlată în condiții definite, a doua încălzire furnizează informații despre identitatea probei.
În ambele cicluri de încălzire pentru toate probele, pasul EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermic tipic (tranziția vitroasă) al PET a fost detectat între 70°C și 85°C, împreună cu vârful său 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 între 200°C și 270°C. Pentru toate probele, pasul ΔCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp al PET a fost mai mic în a doua încălzire decât în prima încălzire, ceea ce indică formarea unei cantități mai mici de fază amorfă în timpul răcirii. Picul Post-cristalizare (cristalizare la rece)Post-cristalizarea materialelor plastice semicristaline are loc în principal la temperaturi ridicate și mobilitate moleculară crescută deasupra tranziției vitroase.post-cristalizare al PET la 120,6°C (temperatura de vârf), detectat numai la prima încălzire, confirmă acest lucru: Acest efect se datorează reorganizării structurii amorfe pentru a construi cristalite și este detectat numai pentru PET cu Cristalinitate / grad de cristalinitateCristalinitatea se referă la gradul de ordine structurală a unui solid. Într-un cristal, dispunerea atomilor sau a moleculelor este consecventă și repetitivă. Multe materiale, cum ar fi vitroceramica și unii polimeri, pot fi preparate astfel încât să producă un amestec de regiuni cristaline și amorfe. cristalinitate scăzută. Tranziția vitroasă a policarbonatului este detectată la aproximativ 140-145°C. La prima încălzire, aceasta se suprapune peste vârful Post-cristalizare (cristalizare la rece)Post-cristalizarea materialelor plastice semicristaline are loc în principal la temperaturi ridicate și mobilitate moleculară crescută deasupra tranziției vitroase.post-cristalizare al PET.
Prin urmare, evaluarea precisă a tranziției vitroase a policarbonatului nu este posibilă cu ajutorul DSC convențional.
După cum s-a explicat mai sus, a doua încălzire este utilizată de obicei pentru a identifica o substanță polimerică. Cu toate acestea, ratele de polimer sunt calculate prin evaluarea ΔCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp inerentă tranziției vitroase. Etapele ΔCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp ale PET în toate cele trei cazuri sunt mai mari la prima decât la a doua încălzire, astfel încât este mai precis să le evaluăm folosind prima încălzire. În plus, probele furnizate au avut același istoric termic și au fost pregătite exact în același mod pentru măsurătorile DSC. Din aceste motive, prima încălzire a fost utilizată pentru evaluarea cantității de fiecare polimer din amestecuri.
Măsurători DSC modulate în funcție de temperatură
Într-o măsurare DSC modulată, semnalul de temperatură nu mai este liniar, ci sinusoidal: O rată de încălzire oscilantă cu amplitudine și perioadă definite este aplicată asupra ratei de încălzire de bază. Ca urmare, semnalul DSC este separat în două părți: partea oscilantă, care este așa-numitul semnal de inversare care oferă informații despre procesele care oscilează în funcție de temperatură, de exemplu, modificările capacității termice; și fluxul de căldură care nu se inversează, care este legat de procesele dependente de timp, de exemplu, evaporarea sau cristalizarea (a se vedea și tabelul 2).
Aici, se efectuează teste modulate în funcție de temperatură pentru a separa vârful de CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată.cristalizare al PET de tranziția vitroasă a PC. Acest lucru permite o evaluare precisă a tranzițiilor vitroase.
Experimenal
Tabelul 3 rezumă condițiile pentru testele modulate.
Rezultate și discuții
Figurile 4-6 prezintă rezultatele măsurătorilor modulate pentru cele trei amestecuri PET/PC. După cum era de așteptat, tranziția vitroasă a ambilor polimeri este vizibilă în semnalul de inversare, în timp ce postcristalizarea PET poate fi observată în semnalul de nereversare. În plus, efectele EndotermiceO tranziție de probă sau o reacție este endotermă dacă este nevoie de căldură pentru conversie.endotermice de după fiecare tranziție vitroasă, care se datorează efectelor de RelaxareAtunci când se aplică o deformație constantă unui compus din cauciuc, forța necesară pentru a menține acea deformație nu este constantă, ci scade în timp; acest comportament este cunoscut sub numele de relaxare a tensiunii. Procesul responsabil pentru relaxarea tensiunilor poate fi fizic sau chimic și, în condiții normale, ambele se vor produce în același timp. relaxare ale probelor, sunt, de asemenea, vizibile numai în semnalul de neinversie.
A fost posibil să se evalueze ΔCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp în timpul tranziției vitroase a probelor cu o precizie ridicată în părțile de inversare.
Figura 7 prezintă semnalele de inversare pentru toate probele.
Tabelul 2: Distribuția tipică a efectelor măsurate în semnale de inversare și neinversare
| Semnal de inversare | Semnal nereversibil (proces dependent de timp) | |
|---|---|---|
| Tranziția sticlei | ||
| Tranziția solid/solid | CristalizareCristalizarea este procesul fizic de întărire în timpul formării și creșterii cristalelor. În timpul acestui proces, căldura de cristalizare este eliberată.Cristalizare, Post-cristalizare (cristalizare la rece)Post-cristalizarea materialelor plastice semicristaline are loc în principal la temperaturi ridicate și mobilitate moleculară crescută deasupra tranziției vitroase.post-cristalizare | |
Evaporarea | ||
Vindecare | ||
Tabelul 3: Condiții experimentale pentru măsurătorile DSC modulate
| Dispozitiv | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Atmosferă | Azot (debit: 40 ml/min) | |
| Masa probelor | Între 11 și 12 mg | |
| Creuzet | Creuzete din aluminiu cu capac perforat | |
| Program de temperatură | 20°C - 280°C Viteza de încălzire: 1.5 K/min Amplitudine: 0,5 K Perioadă: 120 s | |
Cu această evaluare precisă a ΔCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp pentru cele trei amestecuri, cantitatea de PET și PC din fiecare probă poate fi determinată utilizând ecuațiile următoare:
În care PET1, PET2, PET3 sunt nivelurile conținutului de PET în probele 1, 2 și 3; iar PC1, PC2 și PC3 sunt nivelurile conținutului de PC în probele 1, 2 și 3. Desigur, aceste calcule pot fi efectuate cu exactitate numai în cazul în care probele nu includ nicio altă componentă (material de umplutură, lot de culoare etc.) și istoricul termic este identic pentru cele trei amestecuri.
Următoarele calcule pot fi apoi determinate:
Concluzie
Trei amestecuri PET/PC au fost măsurate utilizând DSC 204 F1 Phoenix® . În măsurătorile DSC standard (fără modulare), pasul ΔCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp al policarbonatului este suprapus cu vârful Post-cristalizare (cristalizare la rece)Post-cristalizarea materialelor plastice semicristaline are loc în principal la temperaturi ridicate și mobilitate moleculară crescută deasupra tranziției vitroase.post-cristalizare al PET; prin urmare, nu este posibilă o evaluare precisă.
S-au efectuat măsurători suplimentare prin utilizarea DSC modulată în funcție de temperatură pentru a separa cele două efecte. Etapele ΔCapacitate termică specifică (cp)Capacitatea termică este o mărime fizică specifică materialului, determinată de cantitatea de căldură furnizată specimenului, împărțită la creșterea de temperatură rezultată. Capacitatea termică specifică este raportată la o unitate de masă a specimenului.cp permit determinarea precisă a nivelurilor de conținut de PET și PC în fiecare probă.