Yaşlanma Davranışını Karakterize Etme Yöntemi - Zamana Bağlı Değerlendirmeye Yönelik Karşılaştırmalı Bir ÇalışmaOda ve Yüksek Sıcaklıklarda Saklandığında Sıvı Renklerinde Meydana Gelen Değişiklikler
Arka Plan ve Motivasyon
Tüketim mallarının pek çok alanında renk ve tasarım, bir bileşenin işlevi kadar önemlidir. Örneğin renk ve üründeki işlenişi bir kalite ve değer hissi yaratır. Tanımlama amaçlarına hizmet eder ve tehlikeye, saygıya veya saflığa işaret eder. Renk çeşitliliğine yönelik artan talep nedeniyle, plastik üreticileri enjeksiyon kalıplama işlemi sırasında genellikle (renk) masterbatchler kullanarak parçaları doğrudan renklendirmektedir.
Sıvı renkler, plastik bileşenleri renklendirmek için masterbatchlere göre uygun maliyetli ve esnek bir alternatiftir. Masterbatchlere kıyasla, pigmentlerin plastikte daha iyi dağılması önemli bir avantajdır ve masterbatchlerle aynı renk kalitesini elde etmek için daha düşük dozaj miktarına yol açar. Buna ek olarak, örneğin doymamış yağ asidi esteri veya doğal yağlara dayanan sıvı taşıyıcı malzeme, enjeksiyon kalıplama makinesinde bir temizleme etkisi sağlar. Bu, hurda oranını önemli ölçüde azaltan daha hızlı renk değişimleri sağlar. İşleme (örn. yapışma-kayma) ve bitmiş parçanın malzeme özellikleri (polimer üzerinde yumuşatma etkisi) üzerindeki olası etkilerin yanı sıra, sıvı renklerin depolama davranışı da uygulama için büyük ilgi çekicidir.
Bu uygulama notu, artan depolama sıcaklığı nedeniyle sıvı renklerin hızlandırılmış yaşlanmasının mümkün olup olmadığını ve bunun değişen reolojik özelliklerden anlaşılıp anlaşılmadığını araştırmaktadır.
Özellikle aşağıdaki sorular basit bir model sistem kullanılarak cevaplanmalıdır:
- Depolama sırasında sıvı renklerdeki değişiklikleri reoloji ile gözlemlemek mümkün müdür?
- Meydana gelen değişiklikler depolama sıcaklığının arttırılmasıyla hızlandırılabilir mi ve sıvı renklerin davranışı tahmin edilebilir mi?
Materyal ve Yöntemler
Sıvı boyalar, sıvı bir taşıyıcı ve bağlayıcı, renklendiriciler ve katkı maddelerinden oluşan madde karışımlarıdır. Tipik taşıyıcılar bitkisel yağlar, parafin yağları ve yağ asidi esterleridir. Renklendirici olarak inorganik ve organik pigmentlerin yanı sıra boyalar da kullanılabilir. Sıvı renklerde kullanılan katkı maddeleri, sıvı rengin formülasyonu ve kullanımı için gerekli olabileceği gibi (örn. ıslatıcı ve dağıtıcı katkı maddeleri, köpük kesiciler, reolojik katkı maddeleri), bitmiş ürünün performansı için de gerekli olabilir, örn. geliştirilmiş UV stabilitesi veya alev geciktirici olarak.
Araştırmalar için ilave katkı maddeleri içermeyen basitleştirilmiş bir model sistem kullanılmıştır. Model sistem, taşıyıcı olarak kolza yağı, bağlayıcı olarak sorbitan yağ asidi esterleri (Tween80/Span80 karışımı) ve pigment olarak Karbon SiyahıSıcaklık ve atmosfer (temizleme gazı) kütle değişim sonuçlarını etkiler. TGA ölçümü sırasında atmosferin örneğin azottan havaya değiştirilmesiyle, karbon siyahı gibi katkı maddelerinin ve yığın polimerin ayrılması ve miktarının belirlenmesi mümkün olabilir. karbon siyahından oluşmaktadır. Model sistemdeki karbon siyahı partiküllerinin katı kütle oranı %15,5'tir. Süspansiyonlar hızlandırılmış yaşlandırma için hem 20°C'de (oda sıcaklığı) hem de 40°C'de saklanmıştır. Buna paralel olarak, taşıyıcı sistemdeki olası değişiklikleri tespit etmek için pigment içermeyen numuneler yaşlandırılmış ve analiz edilmiştir.
Reolojik testler farklı depolama sürelerinde (0, 3, 9, 18, 36, 72 ve 150 gün sonra) gerçekleştirilmiştir.
Testlerden önce tüm numuneler çift asimetrik santrifüj kullanılarak orta/düşük karıştırma hızlarında karıştırılmış ve homojenize edilmiştir. 40°C'de saklanan numuneler daha sonra en az 1 saat süreyle ölçüm (oda) sıcaklığına ayarlanmıştır.
Örnekler, 20°C'de NETZSCH rotasyonel reometre modelleri, Kinexus Prime ultra+ ve Kinexus pro+ kullanılarak karakterize edilmiştir. Ön testler, plaka-plaka ölçüm geometrileriyle yapılan ölçümlerin bu malzeme sistemi için eşmerkezli silindir ölçüm geometrileriyle yapılan ölçümlerle karşılaştırılabilir sonuçlar verdiğini göstermiştir. Tüm numuneler, rotasyonel reoloji aracılığıyla bir plaka-plaka ölçüm geometrisi ile incelenmiştir. 40°C'de depolanan numune için salınımlı reolojik ölçümler (frekans taramaları) de gerçekleştirilmiştir. Eşmerkezli silindir ölçüm geometrisi, daha büyük numune hacminin test edilmesini sağlamıştır.
Dönme reolojisi kullanılarak yapılan inceleme esas olarak malzeme davranışındaki değişiklikleri tespit etmek için kullanılırken, frekans taramaları viskoelastik davranıştaki değişiklikler hakkında bilgi edinmeyi amaçlamıştır.
Sonuçlar ve Tartışma
Oda sıcaklığında depolanan süspansiyonların artan kayma hızlarında ölçülen viskozite eğrileri Şekil 1'de solda gösterilmektedir. Artan kayma hızları ile azalan kayma viskozitesi, kayma incelmesi davranışını açıkça göstermektedir. Sıvı renkler süspansiyondur ve bir kayma gerilimi uygulandığında partiküller kayma yönünde hizalanır ve bu da akışa karşı daha az dirençle sonuçlanır. Ayrıca, 10 s-1'in altındaki kayma hızlarında, artan depolama süresiyle birlikte kayma viskozitesinde bir düşüş gözlenmektedir. Bu, depolama süresi boyunca yapısal bozulmanın meydana geldiği şeklinde yorumlanabilir. Gösterilen ölçümlere ek olarak, ilgili zaman aralıklarında kolza yağı tween-chip numuneleri üzerinde rotasyonel ölçümler gerçekleştirilmiştir. Zaman içinde partikül içermeyen numunelerle karşılaştırıldığında hem Newton davranışı ortaya çıkmış hem de kayma viskozitesinde yaşa bağlı bir değişiklik olmamıştır. İster oda sıcaklığında ister 40°C'de olsun, depolama yönteminin ölçülen kayma viskozitesi ve partikülsüz numunelerin akış eğrisi üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Bu nedenle, kolza yağının kayma viskozitesindeki bir değişikliğin süspansiyonların kayma viskozitesindeki değişiklikleri açıklamadığı varsayılabilir.
Artan stresle (>10 s-1), akış alanındaki partiküllerin kademeli olarak düzenlenmesi nedeniyle Kesme İnceltmeNewtonyen olmayan davranışın en yaygın türü, akışkan viskozitesinin artan kesme ile azaldığı kesme incelmesi veya psödoplastik akıştır.kesme inceltme etkisi azalır. Sonuç olarak, farklı zaman aralıklarında (yaş) numuneler arasındaki fark da azalır ve ölçüm eğrileri tipik olarak benzer bir sonuç sergiler.
Oda sıcaklığında 150 gün ve 40°C'de 72 gün sonra numuneler, özellikle yüksek kayma hızı aralığında sapma eğilimi gösterir. Daha genç numunelere kıyasla 10 s-1 civarında kayma viskozitesinde bir artış gözlemlenebilir. Bu davranış 40°C'de depolanan numune için 72 gün sonra zaten belirgin olduğundan, incelenen reolojik davranıştaki aynı değişiklikler için depolama süresinin yaklaşık yarı yarıya azaltılabileceği varsayılabilir. Şekil 1'de sağda gösterildiği gibi, 40°C'de 72 gün boyunca depolanan süspansiyon için de benzer bir eğilim gözlemlenebilir. Bu durum, akış kaynaklı sıvı immobilizasyonu [1] gibi hidrodinamik etkilerin artan depolama süresi ve buna bağlı olası yapısal değişikliklerle daha önemli hale gelmesiyle yorumlanabilir.
Dinamik kayma viskozitesinin araştırılmasının yanı sıra, süspansiyonlar üzerinde salınım yoluyla bir frekans taraması ölçümü gerçekleştirilmiştir. Bu, depolama ve kayıp modülü olarak bilinen hem elastik hem de viskoz özelliklerin haritalanmasını sağlar.
Şekil 2'de 10 Hz ile 10-2 Hz arasındaki frekans spektrumu gösterilmektedir. Daha önce tartışılan kayma viskozitesi ölçümleriyle uyumlu olarak, artan depolama süresiyle reolojik parametrelerde bir azalma yine gözlemlenebilir. Depolama modülü (G') genellikle Viskoz modülKarmaşık modül (viskoz bileşen), kayıp modülü veya G'', numunelerin genel karmaşık modülünün "hayali" kısmıdır. Bu viskoz bileşen, ölçüm yapılan numunenin sıvı benzeri veya faz dışı tepkisini gösterir. kayıp modülünden (G") daha yüksektir, bu da test edilen koşullar altında katı ağırlıklı bir malzeme davranışını göstermektedir.
Bununla birlikte, 40°C'de 75 gün boyunca depolanan süspansiyon için depolama ve Viskoz modülKarmaşık modül (viskoz bileşen), kayıp modülü veya G'', numunelerin genel karmaşık modülünün "hayali" kısmıdır. Bu viskoz bileşen, ölçüm yapılan numunenin sıvı benzeri veya faz dışı tepkisini gösterir. kayıp modülünde bir geçiş gözlendiği ve Viskoz modülKarmaşık modül (viskoz bileşen), kayıp modülü veya G'', numunelerin genel karmaşık modülünün "hayali" kısmıdır. Bu viskoz bileşen, ölçüm yapılan numunenin sıvı benzeri veya faz dışı tepkisini gösterir. kayıp modülünün > 3 Hz frekanslarda baskın olduğu vurgulanmalıdır. Bu, verilen ölçüm koşulları altında bu numune için olası bir viskozite baskın davranış olarak yorumlanabilir ve süspansiyonların depolama kararlılığının sınırlı olduğunu gösterebilir. Ancak daha kısa süre depolanan tüm süspansiyonlar için kayıp modülü, analiz edilen tüm frekans aralığı boyunca depolama modülünden daha düşüktür.
Özet ve Genel Görünüm
Sunulan reolojik incelemeler, sıvı renklerin kayma incelmesi davranışı sergilediğini göstermiştir. Buna ek olarak, kolza yağı-karbon siyahı süspansiyonlarının akış davranışının artan depolama süresiyle değiştiği ve böylece incelenen reolojik değişkenlerin değerlerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Bu değişim hem kayma viskozitesinde hem de frekansa bağlı depolama ve Viskoz modülKarmaşık modül (viskoz bileşen), kayıp modülü veya G'', numunelerin genel karmaşık modülünün "hayali" kısmıdır. Bu viskoz bileşen, ölçüm yapılan numunenin sıvı benzeri veya faz dışı tepkisini gösterir. kayıp modülünde gözlemlenebilir.
Depolama sıcaklığının artırılmasıyla kolza yağı-karbon siyahı süspansiyonunda yaşlanma hızlanmıştır. Bununla birlikte, yüksek sıcaklık nedeniyle diğer yaşlanma mekanizmalarının baskın olabileceği ve bunun daha ileri araştırmalarla açıklığa kavuşturulması gerektiği unutulmamalıdır.
Bu araştırmaların odak noktası kolza tohumu-karbon siyahı süspansiyonlarını karakterize etmekti. Buna ek olarak, uygulama açısından bakıldığında, oda sıcaklığında ve enjeksiyon kalıplama sırasında 40°C sıcaklıkta depolanan sıvı renklerin işlenebilirliği özellikle ilgi çekicidir.
İncelemeler bir model sistem üzerinde gerçekleştirilmiştir. Son olarak, çeşitli sıvı renk sistemleri için farklı sıcaklık-zaman bağımlılıklarının gözlemlenip gözlemlenemeyeceğinin açıklığa kavuşturulması gerekmektedir. Bu, farklı sıcaklıkların yapay yaşlandırma için uygun olup olmadığının belirlenmesine yardımcı olacaktır. Ayrıca, karşılaştırılabilir yaşlanma davranışına sahip Identify sıvı renk sınıfları oluşturmak da mümkün olabilir. Daha ileri araştırmalar, yapay yaşlandırmanın gerçekleştirilebileceği maksimum sıcaklığın belirlenmesini de içermelidir.