Inledning
Blandningar bestående av PET och PC uppvisar betydligt bättre mekaniska egenskaper och processbarhet än varje enskild homopolymer. Kunskap om förhållandet mellan varje polymer i en PET/PC-blandning är avgörande eftersom det påverkar produktens egenskaper. I detta arbete används modulerad differentiell scanningkalorimetri för att utvärdera mängden av varje polymer i tre PET/PC-blandningar.
DSC-mätningar (konventionella)
Experimentellt
De prov som testades bestod av tre blandningar av polykarbonat (PC) och polyetylentereftalat (PET) i olika proportioner. De var fria från tillsatser eller andra komponenter. De tillverkades på exakt samma sätt och förvarades under samma förhållanden före mätningarna. I det följande benämns de tre proverna PET/ PC1, PET/PC2 och PET/PC3. Mätförhållandena sammanfattas i tabell 1.
Tabell 1: Experimentella förhållanden för konventionella DSC-mätningar
| Anordning | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Atmosfär | Kväve (flödeshastighet: 40 ml/min) | |
| Provets massa | Mellan 11 och 12 mg | |
| Degel | Kallsvetsade aluminiumdeglar med genomborrade lock | |
| Temperaturprogram | 0°C ... 280°C med en uppvärmningshastighet på 10 K/min ↓ 280°C ... 0°C vid en uppvärmningshastighet på 20 K/min 0°C ... 280°C vid en uppvärmningshastighet på 10 K/min | |
Resultat och diskussion
Figurerna 1, 2 och 3 visar omvandlingsenergin för PET/PC1, PET/PC2 och PET/PC3 under de två uppvärmningskörningarna. Den första värmekörningen visas i grönt och den andra i rött.
DSC-kurvan för den första uppvärmningen visar polymerens historia före mätningen: Den återspeglar berednings-, kylnings- och lagringsförhållanden etc. I motsats till detta bidrar den andra uppvärmningen till Identify polymeren. Smältningen av polymeren under den första uppvärmningen "raderar" dess historia. Efter en kontrollerad kylning under definierade förhållanden ger den andra uppvärmningen information om provets identitet.
I båda uppvärmningscyklerna för alla prover detekterades det typiska endotermiska steget (glasövergången) för PET mellan 70°C och 85°C, tillsammans med dess smälttopp mellan 200°C och 270°C. För alla prover var ΔSpecifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp-steget för PET mindre i den andra uppvärmningen än i den första uppvärmningen, vilket indikerar att en mindre mängd av den amorfa fasen bildas under kylningen. PET:s efterkristallisationstopp vid 120,6°C (topptemperatur), som endast upptäcktes vid den första uppvärmningen, bekräftar detta: Denna effekt beror på omorganiseringen av den amorfa strukturen för att bygga kristalliter och detekteras endast för lågkristallin PET. Glasövergången för polykarbonat detekteras vid ca 140-145°C. Vid den första uppvärmningen överlappar den PET:s postkristallisationstopp.
Därför är en noggrann utvärdering av glasövergången för polykarbonat inte möjlig med hjälp av konventionell DSC.
Som förklarats ovan används den andra uppvärmningen vanligtvis för att Identify ett polymerämne. Polymerförhållandena beräknas dock genom att utvärdera ΔSpecifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp som är förknippat med glasövergången. ΔSpecifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp-stegen för PET är i alla tre fallen högre vid den första än vid den andra uppvärmningen, så det är mer korrekt att utvärdera dem med hjälp av den första uppvärmningen. Dessutom hade de levererade proverna samma termiska historia och förbereddes på exakt samma sätt för DSC-mätningarna. Av dessa skäl användes den första uppvärmningen för att utvärdera mängden av varje polymer i blandningarna.
Temperaturmodulerade DSC-mätningar
I en modulerad DSC-mätning är temperatursignalen inte längre linjär, utan sinusformad: En oscillerande uppvärmningshastighet med definierad amplitud och period appliceras på den underliggande uppvärmningshastigheten. Som ett resultat separeras DSC-signalen i två delar: den oscillerande delen, som är den så kallade reverseringssignalen som ger information om de processer som oscillerar med temperaturen, t.ex. förändringar i värmekapacitet; och det icke-reverterande värmeflödet, som är relaterat till tidsberoende processer, t.ex. avdunstning eller kristallisation (se även tabell 2).
Här utförs temperaturmodulerade tester för att separera kristallisationstoppen för PET från glasövergången för PC. Detta möjliggör en noggrann utvärdering av glasövergångarna.
Experimentella
I tabell 3 sammanfattas villkoren för de modulerade testerna.
Resultat och diskussion
Figurerna 4 till 6 visar resultaten av de modulerade mätningarna för de tre PET/PC-blandningarna. Som väntat är glasövergången för båda polymererna synlig i den omvända signalen, medan efterkristallisering av PET kan ses i den icke omvända signalen. Dessutom är de endoterma effekterna efter varje glasövergång, som beror på provernas relaxationseffekter, också endast synliga i den icke-reversibla signalen.
Det var möjligt att utvärdera ΔSpecifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp under provernas glasövergång med hög noggrannhet i de reverserande delarna.
Figur 7 visar reverseringssignalerna för alla prover.
Tabell 2: Typisk fördelning av de uppmätta effekterna mellan reverserande och icke reverserande signaler
| Reverserande signal | Icke-reverserande signal (tidsberoende process) | |
|---|---|---|
| Glasövergång | Relaxation | |
| Solid/solid-övergång | Kristallisation, efterkristallisation | |
Avdunstning | ||
Härdning | ||
Tabell 3: Experimentella förhållanden för de modulerade DSC-mätningarna
| Anordning | DSC 204 F1 Phoenix® (NETZSCH-Gerätebau GmbH) | |
|---|---|---|
| Atmosfär | Kväve (flödeshastighet: 40 ml/min) | |
| Provets massa | Mellan 11 och 12 mg | |
| Degel | Aluminiumdeglar med genomborrat lock | |
| Temperaturprogram | 20°C - 280°C Uppvärmningshastighet: 1.5 K/min Amplitud: 0,5 K Period: 120 s | |
Med denna exakta utvärdering av ΔSpecifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp för de tre blandningarna kan mängden PET och PC i varje prov bestämmas med hjälp av följande ekvationer:
Där PET1, PET2, PET3 är PET-innehållsnivåerna i prov 1, 2 och 3; och PC1, PC2 och PC3 är PC-innehållsnivåerna i prov 1, 2 och 3. Dessa beräkningar kan naturligtvis endast utföras korrekt om proverna inte innehåller någon annan komponent (fyllmedel, färgbatch etc.) och om värmeförloppet är identiskt för de tre blandningarna.
Följande beräkningar kan då göras:
Slutsats
Tre PET/PC-blandningar mättes med DSC 204 F1 Phoenix® . Vid standard DSC-mätningar (utan modulering) överlappas ΔSpecifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp-steget för polykarbonat med PET:s topp efter kristallisation, vilket gör att en noggrann utvärdering inte är möjlig.
Ytterligare mätningar utfördes genom att använda Temperaturmodulerad DSCTemperaturmodulerad DSC (TM-DSC) används för att separera flera termiska effekter som uppstår inom samma temperaturområde och överlappar varandra i DSC-kurvan.temperaturmodulerad DSC för att separera de två effekterna. ΔSpecifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.cp-stegen möjliggör en noggrann bestämning av innehållsnivåerna av PET och PC i varje prov.