Inledning
Högtryckskapillärreometrar är den självklara lösningen för att förstå materialets beteende under verkliga bearbetningsförhållanden. Det är också välkänt att temperaturen har en stor inverkan på polymerens viskositet. Därför mäter NETZSCH reometrar de reologiska egenskaper som är temperaturkänsliga och som är kopplade till övergångstemperaturer samt nedbrytningstemperatur och kinetik, vilka bestäms med DSC och TGA. Kapillärreometrar utsätter dock provet för både temperatur och skjuvning, vilket gör det möjligt att studera nedbrytningen under fullständiga processförhållanden och förebygga problem.
Experimentell
Viskositeten hos ett PHBH-prov mättes vid 170 °C genom att tillämpa skjuvhastigheter mellan 100 000 s⁻¹ och 100 s⁻¹. Omedelbart efter denna inledande analys mättes viskositeten från låga till höga skjuvhastigheter utan att provet byttes ut. Därefter utfördes en ny mätning på ett nyligen belastat prov. Viskositeten hos ett PHBV-prov mättes två gånger vid 200 °C vid två olika belastningar.
PHBV jämfört med PHBH
PHBV och PHBH är biologiskt nedbrytbara biopolymerer. De olika komonomerna ger dem olika flexibilitet, Kristallinitet / Grad av kristallinitetMed kristallinitet avses graden av strukturell ordning i ett fast ämne. I en kristall är arrangemanget av atomer eller molekyler konsekvent och repetitivt. Många material, t.ex. glaskeramik och vissa polymerer, kan framställas på ett sådant sätt att en blandning av kristallina och amorfa områden uppstår.kristallinitet och bearbetningsegenskaper.
PHBV = poly(3-hydroxibutyrat-ko-3-hydroxivalerat)
PHBH = poly(3-hydroxibutyrat-co-3-hydroxihexanoat)
Resultat
Värdena för skjuvviskositeten är lägre under den andra delen av mätningen (vid ökande skjuvhastigheter) i den första APPLICATIONNOTE:n ”Biopolymerer – Kapillärreometer med PHBH-tillsats” (figur 1). Detta beror troligen på den termiska nedbrytningen av biopolymeren. Dessutom observerades att extrudatet blir mörkare ju längre mätningen fortskrider. Detta är också ett tecken på nedbrytning. Den andra mätningen, som utfördes på en andra provsats (blå kurva), visar att resultaten har god repeterbarhet så länge samma procedur används för provberedningen för att uppnå liknande retentionstider i kapillärreometern vid 170 °C.
Rådata (dvs. tryckkurvorna) visade ingen instabilitet under mätningen (figur 1).
Resultaten för PHBV verkar vara reproducerbara (figur 3). Tryckkurvorna visar dock att nedbrytning sker under mätningen: Vid en given skjuvhastighet sjunker trycket istället för att nå en platå (figur 4). Ju högre skjuvhastighet, desto större blir denna effekt. Detta beror på skjuvuppvärmning, som är mer uttalad vid högre skjuvhastigheter. Detta leder till en temperaturökning och därmed till en snabbare nedbrytning.
Slutsats
PHBH-provet bryts ned vid 170 °C, vilket beror på hur länge det utsätts för höga temperaturer, medan PHBV vid 200 °C dessutom är känsligt för skjuvhastigheten, vilket leder till självuppvärmning om skjuvhastigheten är hög.
Endast kapillärreometrar kan analysera hur höga skjuvhastigheter vid bearbetningstemperatur påverkar polymerproverna.
Tack
Vi vill tacka Lycée Jean Zay i Thiers, Frankrike, för att de tillhandahållit proverna samt GBCC (Green Business & Consulting Company) för deras synpunkter på resultaten.