聚合物降解特性在处理过程中使用多探头GPC和毛细管流变学

介绍

聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是两个最广泛使用的合成聚合物。聚苯乙烯作为保护任何东西,从食品到cd盒包装,一次性餐具,而经常用作聚合物替代有机玻璃,甚至在一些医疗技术,和无数的其他消费产品。

在这两种情况下,融化和成型是常规进程,这些聚合物必须忍受。因此,重要的是了解他们将如何应对这样的治疗。我们认识到大部分聚合物性能如强度、韧性、灵活性等强烈依赖于分子性质,如分子量和分支。如果这些聚合物的分子性质变化的结果处理,然后很可能最终成型产品的属性会有所不同从这些预期的原始聚合物。

因此研究进行探索这些聚合物如何应对成型的压力。本应用笔记描述了分子和流变的变化发生在样品的PS、PMMA反复挤压通过毛细管流变仪,模拟成型。毛细管流变仪是用来测量熔体粘度的变化,而多探头GPC被用来描述样品的分子量和结构的变化在每个周期通过流变仪。

方法

PS和PMMA的一个样本被挤压通过莫尔文RH10毛细管流变仪。PS样本200 C和PMMA样本跑在230 C .样本运行通过剪切速率表从20到2000年代¹对于每一个挤压过程。每个样本收集和这种材料再次挤压通过流变仪共四次。因此,对于每个聚合物,5个样本收集的原始聚合物和材料加工四个周期通过流变仪。

这些样本被溶解在四氢呋喃浓度2 - 5毫克/毫升。通过两个莫尔文T6000M样本分离混合床使用莫尔文SVB列和分析OMNISEC系统包括折射指数(RI)、紫外吸收、低光散射(lal)和粘度计(IV)探测器。

结果

图1显示了GPC PS样本的结果三个探测器。每一行是一个覆盖每个样品的四个重复注射。一个明确的趋势是可见的在所有探测器与样品峰洗脱色谱稍晚,给小拉尔和IV色谱的反应。结果表明样本退化与每个循环流变仪,这证实了分析结果在表1中显示了一个稳定的分子量和特性粘度下降周期进展。

图1:色谱的PS RI(上),拉尔(中间)和IV(底部)探测器响应为每个处理周期。

表1:分子结果PS在每个处理周期。

相比之下,PMMA在同一测量显示了一个非常不同的趋势。在图2中可以看出,PMMA示例显示了一个重要的色谱峰的形状改变。这是明显的不同区段的探测器。

如表2中可以看到,这种变化代表一个显著增加分子量。特别是,Mz大幅增加表明越来越多的高分子量物质。

图2:色谱的PMMA显示RI(上),拉尔(中间)和IV(底部)探测器响应为每个处理周期。

表2:分子结果PMMA在每个处理周期。

图3显示了分子量的变化和行为两个样品之间的差异。PS显示减少大约5%的锰、Mw,通过流变仪和Mz每一辆自行车。相比之下,PMMA显示增加少量锰、兆瓦,但更戏剧化,Mz几乎指数增加。

图3:趋势分子量时刻PS(左)和PMMA(右)在每个处理周期。

解释行为的差异两个聚合物在Mark-Houwink情节。Mark-Houwink阴谋允许不同聚合物样品的分子结构进行了比较。它通常用于评估分支和其他结构性变化。

PS Mark-Houwink情节(图4;上)显示所有的PS测量相互叠加。这表明所有的样品有相同的结构,尽管观察分子量的差异。从这个结论是在聚合物成型是进行简单的通过聚合物断链降解。

另一方面,PMMA Mark-Houwink情节不相互重叠(图4;底部)。高分子量,这些情节不同,通过流变仪与每个周期生成增加了高分子量区域的曲率。此类曲率通常表明长链分支。在这种情况下,虽然,它表明可能的解释增加分子量的PMMA样品交联。样品通过流变仪,聚合物链交联形成高分子量支化分子。这个结论符合增加分子量和结构中观察到的变化Mark-Houwink阴谋。

图4:Mark-Houwink情节PS(上)和甲基丙烯酸(底部)在每个处理周期。

最后看流变仪的数据,看来小分子量的差异并不显著影响PS熔体粘度的样品在20多岁¹(图5;左)。然而,一个轻微的趋势中可以看到的熔体粘度PMMA样本(图5;右)剪切速率。通过流变仪,与每个周期的熔体粘度PMMA样本似乎略有增加,同时增加分子量。选择这个剪切率的比较,因为zero-shear粘度强烈与样品的分子量和20年代¹这个实验测量剪切率是最低的。

图5:在20年代熔体粘度¹对PS(左)和甲基丙烯酸(右)在每个处理周期。

结论

本应用笔记中给出的结果证明这两个实用程序使用多个聚合物表征工具来描述聚合物特性,以及不同聚合物对相同的治疗反应完全不同。

PS样本显示预期的聚合物降解通常可以作为聚合物存到成型过程。观察到其分子量下降与每个周期合理稳定的方式通过流变仪。它的结构是不受影响。虽然这些变化太小了清单的流变仪测量,很明显,这些变化会慢慢改变产生模制品的性能特征,在这种情况下,可能削弱最终产品。

另一方面,体系表现出截然不同的行为。与PS、PMMA分子量实际上增加了成型过程中可能引起的交联的聚合物链。这是一个轻微的影响熔体粘度的增加。这可能导致模压部分规范由于阻力的增加成型压力,例如。

两种技术的使用使这些聚合物的调查在两个水平。而多探头交会测量显示潜在的变化发生在两个聚合物样品,流变学测量显示这些变化是如何影响散装材料的属性。使用这些类型的测量,聚合物产品的生产者可以更清楚地了解他们的聚合物成型期间正在改变。例如,降解和交联中观察到的两个聚合物样品将限制多少次废料可以重用。根据这些信息,生产者可以节省浪费材料和提高质量,减少部分失败的发病率。在这两种情况下,这将导致提高效率和更有利可图的底线。