Mikro Compounder Kullanarak Katkı Maddeli PET’lerin Hazırlanması ve Analizi

Giriş

PET (polietilen tereftalat) olarak bilinen çok yönlü ve yaygın plastik, genellikle katkı maddeleri veya reçinelerle karıştırılarak
mukavemeti, sertliği veya diğer fiziksel özellikleri. Girişimler
PET’in geri dönüştürülmesi bu katkı maddelerinden etkilenebilir ve bu da işleme için farklı gereksinimlere yol açar.

Bu testte, çeşitli katkı maddeleri ve sade reçine içeren PET numuneleri belirli bir süre karıştırılmıştır. Karıştırma süresi boyunca bileşim/ayrışma entegre bir sistemde ölçülmüştür.
yarık kapiler. Karışım hazır olduğunda, disk şeklindeki test numunelerini hazırlamak için bir mikro enjeksiyon kalıplama makinesine aktarılmıştır. Bu diskler ile polimer eriyiğinin reolojik testleri daha sonra bir rotasyonel reometrede gerçekleştirilmiştir. Amaç, sadece 7 g numune ile mikro bileştiricide yapılan bir testin PET ve katkı maddelerinin hızlı bir şekilde taranması için kullanılabileceğini kanıtlamak ve polimerin kimyasal geri dönüşümü için bir gösterge vermekti.

Metodlar

Numune Hazırlama

PET’in katkı maddeleri ile karışımları, Thermo ScientificTM HAAKE MiniLab Micro Compounder’da (Şekil 1) 270 °C’de 50 rpm vida hızı ile birlikte dönen vidalarla hazırlanmıştır. Numune 15 dakika boyunca tekrar sirküle edilerek karıştırılmıştır. Karıştırma işlemi sırasında geri akış kanalının yarık kapilerindeki basınç düşüşü izlenmiştir (Şekil 2).

Test numunelerinin enjeksiyonla kalıplanması

Karıştırma adımından sonra polimer, daha ileri reolojik testler için test numunelerinin (20 mm Ø ve 1,5 mm kalınlık) enjeksiyonla kalıplanması amacıyla doğrudan Thermo Scientific HAAKE MiniJet Pro Sisteminin ısıtmalı silindirine (Şekil 3) ekstrüde edilmiştir. Isıtılmış silindirin sıcaklığı 270 °C ve kalıp 80 °C’ye ısıtılmıştır. Numuneler 5 saniye boyunca 500 bar basınç ve 5 saniye boyunca 300 bar son basınç kullanılarak enjekte edilmiştir.

Şekil 1: HAAKE MiniLab Mikro Compounder.
Şekil 2: HAAKE MiniLab Mikro Compounder iki basınç sensörlü yarık kılcal olarak tasarlanmış edilmiş geri akış kanalı.
Şekil 3: HAAKE MiniJet Pro Sistemi ve kalıpları.

Reolojik Testler

Reolojik testler 20 mm paralel plakalar ve 1,4 mm boşluk ile Thermo Scientific HAAKE MARS Reometresinde 270 °C’de azot atmosferi altında elektrikli ısıtmalı bir fırın ile gerçekleştirilmiştir. Tüm numuneler önce doğrusal viskoelastik aralığı belirlemek için bir genlik taramasında test edilmiştir. Frekans taramaları için 0,1 ila 46 Hz arasında yeni test numuneleri kullanılmıştır. Tüm testler için deformasyon, tüm numunelerin doğrusal viskoelastik aralığının güvenli bir rejiminde %0,5 ile gerçekleşmiştir.

Sonuçlar

Devridaim modunda, basınç profilini zaman içinde iki kanal arasındaki basınç farkı ile izlemek mümkündür. Basınç sensörleri, dahili geri akış kanalı. (Bkz. Şekil 2.)
Testin başlangıcında, malzeme mikro compoundere doldurulur. Bu bir basınç zirvesi ile sonuçlanır. Tüm malzeme doldurulduktan ve sıcaklık dengelendikten sonra, zaman içindeki basınç profili reaksiyonu değerlendirmek için kullanılabilir. Zaman içinde basıncın düşmesi malzemede bir değişiklik olduğunu gösterir. Örneğin düz PET için bu, polimerin su (nem) ile reaksiyona girmesi ve polimerin bozunması olabilir. Basıncın düşmesi PET’in viskozitesinin düşmesiyle uyumludur. Basınç zamanla arttığında, bu PET’in zincir uzunluğunda veya dallanmasında bir yoğunlaşma reaksiyonunun göstergesidir, bu da daha yüksek bir viskozite ile sonuçlanır.

Reolojik test için numuneler, HAAKE MiniLab Micro Compounder’de 15 dakika boyunca yeniden sirküle edilen malzeme ile hazırlanmıştır. Nihai basınç değeri, bir reometre ile gerçekleştirilen dinamik salınım testinde kompleks viskozite |η*| ile ilişkilendirilebilir. Şekil 4’te gösterilen düz PET için, yükleme pikinden sonra bir basınç düşüşü olduğu görülebilir; bu PET’in ayrıştığını gösterir. 15 dakika sonra basınç yaklaşık 18 bar değeriyle neredeyse sabittir.

Şekil 5’te aynı numune için frekans taraması gösterilmektedir
G” kayıp modülünün G’ depolama modülünden önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermektedir. G“ eğrisinin hafif inişli çıkışlı olması, δ faz kaymasının neredeyse 90° olmasından ve küçük değişikliklerin bile G” üzerinde büyük etkilere sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Karmaşık sıfır kayma viskozitesi |η*| 200 Pas’tır.

Şekil 6’daki %1 1,2,4-Benzenetrikarboksilik anhidrit içeren PET, yükleme pikinden sonra PET’in yoğuşma reaksiyonu ile ilişkili bir basınç artışı göstermektedir. 15 dakika sonra basınç yaklaşık 15 barlık bir değerle artmaya devam etmektedir. Düz PET ile karşılaştırıldığında bu durum daha düşük viskozitenin bir göstergesidir. Aynı numune için Şekil 7’deki frekans taramasına bakıldığında G’ ve G” değerlerinin birbirine yaklaştığı görülmektedir. Bu, düşük frekanslarda yaklaşık 85°’lik daha düşük bir δ ile birlikte gider. PET daha fazla esneklik kazanır. Düşük frekanslarda |η*| 150 Pas’tır. Sade PET ile karşılaştırıldığında, katkı maddesi bir yandan daha düşük basınç ve daha düşük |η*| değerinden sorumludur, ancak diğer yandan katkı maddesi PET’te bir reaksiyona neden olmuştur.

Şekil 4. Katkısız PET Katkı maddesi içermeyen PET’in basınca bağımlılığı.

Şekil 5: Katkı maddesi içermeyen PET’in frekans taraması.

Şekil 6: PET’in %1 1,2,4-Benzenetrikarboksilik anhidrit ile basınç bağımlılığı.

Şekil 7: PET’in %1 1,2,4-Benzenetrikarboksilik anhidrit ile frekans taraması.

PET’in %1 1,2,4-Benzen- trikarboksilik anhidrit ve %1 meta-Dioksazolinbenzen ile basınç bağımlılığı (Şekil 8) bir basınç düşüşü gösterir ve daha sonra
yükleme pikinden sonra artar. 55 bar’lık son basınç, düz PET ve katkı maddesi olarak %1,2,4-Benzenetrikarboksilik anhidrit içeren bileşiğe kıyasla önemli ölçüde daha yüksektir. Testin sonundaki basınç dalgalanması kauçuksu bir morfolojiden kaynaklanmaktadır.

Şekil 9’daki frekans taraması, viskoelastik bir malzeme için tipik G’ ve G” eğilimini göstermektedir.

Yaklaşık 2800 Pas ile |η*|, düz PET ve PET ile katkı maddesi olarak %1,2,4-Benzenetrikarboksilik anhidrit içeren bileşiğe kıyasla 10 kattan daha yüksektir. δ’nın düşük frekanslarda 88°’den yüksek frekanslarda 52°’ye değişimine bakıldığında, geçiş noktasına yaklaşan daha yüksek bir elastik davranış görülmektedir.

Her iki katkı maddesinin kombinasyonu, önce PET’in ayrışmasını ve ardından yeni bir yapı oluşturmak için bir reaksiyonu göstermektedir. Moleküler ağırlığın önemli ölçüde daha yüksek olması çok muhtemeldir. Basınç artışı ve |η*|, sade PET ve %1,2,4-Benzenetrikarboksilik anhidrit içeren bileşik testlerine kıyasla iyi bir korelasyon göstermektedir.

Şekil 8: PET’in %1 1,2,4-Benzenetrikarboksilik anhidrit ve %1 meta-Dioksazolinbenzen ile basınç bağımlılığı.

Şekil 9. PET’in frekans taraması: PET’in %1 1,2,4-Benzenetrikarboksilik anhidrit ve %1 meta-Dioksazolinbenzen ile frekans taraması.

Sonuç

HAAKE MiniLab Micro Compounder, farklı katkı maddelerinin etkilerini taramak için kullanışlı bir araçtır. Sadece az miktarda numune (7 g) gereklidir. Basınç bağımlılığı verilerine hızlı bir bakış, katkı maddelerinin işlevselliğinin ilk göstergesini verir.

Bir test için gereken süre orta düzeydedir. Daha fazla reolojik veya diğer fiziksel testlerin yapılması gerekiyorsa, polimer eriyiğinin HAAKE MiniJet Pro Sistemine aktarılması mümkündür. Farklı test numuneleri hızlı bir şekilde hazırlanabilir ve tekrarlanabilir.

Bu fiziksel ölçümlerin sonuçları, hangi spesifik niteliklerin belirli bir katkı maddesi veya katkı maddesi karışımından kaynaklandığı bilgisiyle birleştirilebilir; bu da PET numunelerinin geri dönüştürülmesi için gerekli olası kimyasallara ilişkin rehberlik sağlayabilir. Genişletilmiş reolojik testler veya örneğin GPC verileriyle karşılaştırılan Zaman Sıcaklık Süperpozisyonu yoluyla moleküler ağırlık ve dağılım üzerine yapılacak ek çalışmalar, bu varsayımları doğrulamak için daha fazla kanıt sağlayabilir.

Kaynak: https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CAD/Application-Notes/LR74-e_Preparation_and_analysis_of_PET.pdf