Введение
Капиллярные реометры высокого давления являются оптимальным решением для изучения поведения материалов в реальных условиях переработки. Также хорошо известно, что температура оказывает существенное влияние на вязкость полимеров. Поэтому реометры NETZSCH измеряют реологические свойства, чувствительные к температуре, которые связаны с температурами перехода, а также с температурой и кинетикой деградации, определяемыми методами ДСК и ТГА. При этом капиллярные реометры воздействуют на образец как температурой, так и сдвиговым усилием, что позволяет изучать деградацию в полных технологических условиях и предотвращать возникновение проблем.
Экспериментальный
Вязкость образца PHBH измерялась при температуре 170 °C с применением скоростей сдвига в диапазоне от 100 000 с⁻¹ до 100 с⁻¹. Сразу после этого первоначального анализа вязкость измерялась в диапазоне скоростей сдвига от низких до высоких без смены образца. Затем было проведено новое измерение на свежезагруженном образце. Вязкость образца PHBV измерялась дважды при температуре 200 °C на двух циклах нагружения.
PHBV против PHBH
PHBV и PHBH — биоразлагаемые биополимеры. Различные сомономеры придают им разные показатели гибкости, кристалличности и технологических характеристик.
PHBV = поли(3-гидроксибутират-ко-3-гидроксивалерат)
PHBH = поли(3-гидроксибутират-ко-3-гидроксигексаноат)
Результаты
Значения сдвиговой вязкости ниже во второй части измерения (при увеличении скорости сдвига) в первом примере из «Прикладной записки: Биополимеры — Капиллярный реометр с загрузкой PHBH» (рис. 1). Скорее всего, это связано с термическим разложением биополимера. Кроме того, было отмечено, что по мере продолжения измерения цвет экструдата становится темнее. Это также свидетельствует о деградации. Второе измерение, проведенное на второй загрузке (синяя кривая), демонстрирует хорошую повторяемость результатов при условии, что для подготовки образца используется одна и та же процедура, позволяющая достичь схожих времен удержания в капиллярном реометре при 170 °C.
Исходные данные (т. е. кривые давления) не показали никакой нестабильности в ходе измерения (рис. 1).
Результаты для PHBV, по-видимому, являются воспроизводимыми (рис. 3). Однако кривые давления показывают, что в ходе измерения происходит разложение: при заданной скорости сдвига давление снижается, а не достигает плато (рис. 4). Чем выше скорость сдвига, тем более заметным становится этот эффект. Это объясняется сдвиговым нагревом, который становится более выраженным при более высоких скоростях сдвига. Это приводит к повышению температуры и, как следствие, к более быстрому разложению.
Заключение
Образец PHBH подвергается деградации при 170 °C, причем этот процесс зависит от продолжительности воздействия высоких температур, тогда как PHBV при 200 °C дополнительно чувствителен к уровню сдвига, что приводит к самонагреванию при высоком уровне сдвига.
Только капиллярные реометры способны анализировать влияние высокой скорости сдвига при температуре переработки на образцы полимеров.
Благодарность
Мы хотели бы поблагодарить лицей имени Жана Зая в Тиере (Франция) за предоставление образцов, а также компанию GBCC (Green Business & Consulting Company) за комментарии по результатам исследования.