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用DSC实现对PS回收物的质量控制
newmaker    来源:KUNSTSTOFFE INTERNATIONAL杂志
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地质仪器, 煤质/石油分析, 塑胶测试, 振动噪音测试仪器, ...
回收热塑性塑料的历史会影响到最终产品的可加工性和品质。示差扫描量热法(DSC)可对回收物进行可靠的描述及性能评估。

2012年,全球加工了约3亿吨塑料。同一时段,欧洲塑料需求约为4600万吨。整个欧洲的塑料回收率平均为26.3%。挪威、荷兰、瑞典、德国的回收率排名靠前,超过了30%。

2012年,欧洲PS (不包括发泡聚苯乙烯PS- E/EPS)需求总计为200万吨左右。PS主要用于包装材料,发泡PS则主要用于隔音隔热。标准DIN EN 15342只对色泽、冲击强度、熔体流体速率(MFR)、粒径、形状和维卡软化温度的定义和量化指标提出要求。其它更多性能,如密度、挥发物含量则由回收公司确定。在其它地方我们已经知道,熔体流动速率对品质特性的影响很有限。这里存在的主要缺陷是缺乏对聚合物和材料等级进行定义的手段。示差扫描量热法 (DSC) 则提供了有效的手段。

图1显示了交货时PS回收料横截面的情况。根据说明,尽管回收料的颜色有差异,但品质都比较均匀。真实的情况会用DSC研究进行揭示。

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聚合物性质的表征

DIN 51007 和 ISO 11357-1 对作为热分析法的示差扫描量热法作出了定义。在一定温度条件下,测量了样本和参照物热流动速率的差异。除了其它数据外,还可以得到无定形和半结晶聚合物的玻璃转化温度、熔点范围。通过整合熔融峰,可以计算出熔融热。这一指标与半结晶样本的结晶水平有关。

DSC技术的一大优势是,相同材料的测量曲线相同。材料的混淆、含有的杂物和异物都可以通过直接比较迅速确定。受控冷却状态下的结晶行为以及氧化稳定性的偏差都可以视为材料因初步损坏或老化而进入老化过程的另一个信号。

由于有效性高,示差扫描量热法多年来已成为塑料加工过程中有效的分析手段。来自德国塞布尔的耐驰设备制造有限公司的DSC 214 Polyma系统又为这一方法设定了新的标准(图2)

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这一仪器专门针对聚合物研究而开发。它考虑了从样品制备、到测量再到评估和数据解读这一整个分析过程。特别是,这一新设计的软件非常用户友好,即便缺乏经验的用户,也可以短期内即可成功进行分析。

简化的用户界面SmartMode具有结构清晰、统一浏览和方便使用的特性。自动评估软件可以自动地确定和评估热效应。另外,数据库辅助确定程序还可以帮助客观地确定聚合物。

这个确定软件是Netzsch Proteus 7评估软件的一部分,它基于一个可以利用用户库和曲线进行扩展的数据库系统。

PS回收物的测试和分类

首先,各个部分用不同颜色分开,然后在相同的测量条件下测量(初始重量:10.5mg,加热速度:10K/分钟,N2环境)
为了消除样本热机械历史的差异,下图中列出了不同条件下的二次加热情况。图3是黑色回收颗粒的测量曲线

在室温至 200℃的温度范围内,找出了无定形物质通常的玻璃转化温度(沿着吸热方向逐步上升)。与特定的玻璃转化温度(Tg) 相对应的平均温度分别为94℃、102℃和103℃。Tg为102℃的蓝色曲线,Tg为黑色曲线94℃也按照区分软件进行数据库对比,以区分聚合物类型。

如预期一样,在两种情况下,PS都占主导。但相似性指的是两种不同牌号的PS。结果与文献资料上所说的PS玻璃转化温度间隔为90~105℃左右相呼应。第二大部分的回收物由灰色颗粒组成(图1)。这里可能也是PS(图4)。但蓝色颗粒(图5)的情况非常不同。166℃(峰值温度)下的热效应意味着材料为 PP。这一假设可通过数据库的比较(识别)得到确认。

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类似图片可见白色和黄色部分,测量曲线没有列出。红色元素的DSC曲线 (图 6) 显示的主峰为168℃ (峰值温度) ,肩部为 151℃,然后,比较小的峰值为126℃。这表明这些颗粒是PP和PE的混合物。

如果按照等级将测量曲线和相关信息加以总结,如,“PS i. O.”(即PS 可以) 及“PS n. i. O.” (及. PS 不行),其它曲线可以随之立即区分为“属于”、“不属于”。图7列出了这种分类方法的实例。橙色标示颗粒的测量曲线很清楚地落在“PS i. O.”等级上,相似性几乎98%,并另外用绿色的交通等表示。而“PS n. i. O.”等级,则显示在清单的末尾处。

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小结

尽管交付的回收材料宣称是纯PS,分析结构表明,实际上,是不同聚合材料的混合体。主要部分(黑色、灰色和橙色颗粒)由聚合物PS组成。但是,含量较低的红色、蓝色、绿色、黄色和白色颗粒,则由PP和PP-PE混合物组成。如要加工成相同牌号的材料,还需要进行分馏。

实验已经充分证明,在回收料进货控制中,DSC是一种有效的分析和分级手段。通过分辨软件,有可能分辨出混合物中的聚合物牌号,并可靠地对新的样本或批次进行分级,而不需要人工比较DSC曲线。从而使得DSC方法,与新的分辨软件一起,成为质量控制不可缺少的辅助工具。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (10/30/2014)
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