用DSC實(shí)現(xiàn)對PS回收物的質(zhì)量控制
發(fā)布日期：2014年11月10日 瀏覽次數(shù)：
回收熱塑性塑料的歷史會影響到最終產(chǎn)品的可加工性和品質(zhì)。示差掃描量熱法（DSC）可對回收物進(jìn)行可靠的描述及性能評估。
2012年，全球加工了約3億噸塑料。同一時段，歐洲塑料需求約為4600萬噸。整個歐洲的塑料回收率平均為26.3%。挪威、荷蘭、瑞典、德國的回收率排名靠前，超過了30%。
2012年，歐洲PS (不包括發(fā)泡聚苯乙烯PS- E/EPS)需求總計(jì)為200萬噸左右。PS主要用于包裝材料，發(fā)泡PS則主要用于隔音隔熱。標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 15342只對色澤、沖擊強(qiáng)度、熔體流體速率（MFR）、粒徑、形狀和維卡軟化溫度的定義和量化指標(biāo)提出要求。其它更多性能，如密度、揮發(fā)物含量則由回收公司確定。在其它地方我們已經(jīng)知道，熔體流動速率對品質(zhì)特性的影響很有限。這里存在的主要缺陷是缺乏對聚合物和材料等級進(jìn)行定義的手段。示差掃描量熱法 (DSC) 則提供了有效的手段。
圖1顯示了交貨時PS回收料橫截面的情況。根據(jù)說明，盡管回收料的顏色有差異，但品質(zhì)都比較均勻。真實(shí)的情況會用DSC研究進(jìn)行揭示。
DIN 51007 和 ISO 11357-1 對作為熱分析法的示差掃描量熱法作出了定義。在一定溫度條件下，測量了樣本和參照物熱流動速率的差異。除了其它數(shù)據(jù)外，還可以得到無定形和半結(jié)晶聚合物的玻璃轉(zhuǎn)化溫度、熔點(diǎn)范圍。通過整合熔融峰，可以計(jì)算出熔融熱。這一指標(biāo)與半結(jié)晶樣本的結(jié)晶水平有關(guān)。
DSC技術(shù)的一大優(yōu)勢是，相同材料的測量曲線相同。材料的混淆、含有的雜物和異物都可以通過直接比較迅速確定。受控冷卻狀態(tài)下的結(jié)晶行為以及氧化穩(wěn)定性的偏差都可以視為材料因初步損壞或老化而進(jìn)入老化過程的另一個信號。
由于有效性高，示差掃描量熱法多年來已成為塑料加工過程中有效的分析手段。來自德國塞布爾的耐馳設(shè)備制造有限公司的DSC 214 Polyma系統(tǒng)又為這一方法設(shè)定了新的標(biāo)準(zhǔn)(圖2)
簡化的用戶界面SmartMode具有結(jié)構(gòu)清晰、統(tǒng)一瀏覽和方便使用的特性。自動評估軟件可以自動地確定和評估熱效應(yīng)。另外，數(shù)據(jù)庫輔助確定程序還可以幫助客觀地確定聚合物。
這個確定軟件是Netzsch Proteus 7評估軟件的一部分，它基于一個可以利用用戶庫和曲線進(jìn)行擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
PS回收物的測試和分類
首先，各個部分用不同顏色分開，然后在相同的測量條件下測量（初始重量：10.5mg，加熱速度：10K/分鐘，N2環(huán)境）
為了消除樣本熱機(jī)械歷史的差異，下圖中列出了不同條件下的二次加熱情況。圖3是黑色回收顆粒的測量曲線
在室溫至 200℃的溫度范圍內(nèi)，找出了無定形物質(zhì)通常的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（沿著吸熱方向逐步上升）。與特定的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg) 相對應(yīng)的平均溫度分別為94℃、102℃和103℃。Tg為102℃的藍(lán)色曲線，Tg為黑色曲線94℃也按照區(qū)分軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫對比，以區(qū)分聚合物類型。
如預(yù)期一樣，在兩種情況下，PS都占主導(dǎo)。但相似性指的是兩種不同牌號的PS。結(jié)果與文獻(xiàn)資料上所說的PS玻璃轉(zhuǎn)化溫度間隔為90～105℃左右相呼應(yīng)。第二大部分的回收物由灰色顆粒組成（圖1）。這里可能也是PS(圖4)。但藍(lán)色顆粒（圖5）的情況非常不同。166℃（峰值溫度）下的熱效應(yīng)意味著材料為 PP。這一假設(shè)可通過數(shù)據(jù)庫的比較（識別）得到確認(rèn)。
如果按照等級將測量曲線和相關(guān)信息加以總結(jié)，如，“PS i. O.”(即PS 可以) 及“PS n. i. O.” (及. PS 不行)，其它曲線可以隨之立即區(qū)分為“屬于”、“不屬于”。圖7列出了這種分類方法的實(shí)例。橙色標(biāo)示顆粒的測量曲線很清楚地落在“PS i. O.”等級上，相似性幾乎98%，并另外用綠色的交通等表示。而“PS n. i. O.”等級，則顯示在清單的末尾處。
盡管交付的回收材料宣稱是純PS，分析結(jié)構(gòu)表明，實(shí)際上，是不同聚合材料的混合體。主要部分（黑色、灰色和橙色顆粒）由聚合物PS組成。但是，含量較低的紅色、藍(lán)色、綠色、黃色和白色顆粒，則由PP和PP-PE混合物組成。如要加工成相同牌號的材料，還需要進(jìn)行分餾。
實(shí)驗(yàn)已經(jīng)充分證明，在回收料進(jìn)貨控制中，DSC是一種有效的分析和分級手段。通過分辨軟件，有可能分辨出混合物中的聚合物牌號，并可靠地對新的樣本或批次進(jìn)行分級，而不需要人工比較DSC曲線。從而使得DSC方法，與新的分辨軟件一起，成為質(zhì)量控制不可缺少的輔助工具。
2012年，全球加工了約3億噸塑料。同一時段，歐洲塑料需求約為4600萬噸。整個歐洲的塑料回收率平均為26.3%。挪威、荷蘭、瑞典、德國的回收率排名靠前，超過了30%。
2012年，歐洲PS (不包括發(fā)泡聚苯乙烯PS- E/EPS)需求總計(jì)為200萬噸左右。PS主要用于包裝材料，發(fā)泡PS則主要用于隔音隔熱。標(biāo)準(zhǔn)DIN EN 15342只對色澤、沖擊強(qiáng)度、熔體流體速率（MFR）、粒徑、形狀和維卡軟化溫度的定義和量化指標(biāo)提出要求。其它更多性能，如密度、揮發(fā)物含量則由回收公司確定。在其它地方我們已經(jīng)知道，熔體流動速率對品質(zhì)特性的影響很有限。這里存在的主要缺陷是缺乏對聚合物和材料等級進(jìn)行定義的手段。示差掃描量熱法 (DSC) 則提供了有效的手段。
圖1顯示了交貨時PS回收料橫截面的情況。根據(jù)說明，盡管回收料的顏色有差異，但品質(zhì)都比較均勻。真實(shí)的情況會用DSC研究進(jìn)行揭示。
DIN 51007 和 ISO 11357-1 對作為熱分析法的示差掃描量熱法作出了定義。在一定溫度條件下，測量了樣本和參照物熱流動速率的差異。除了其它數(shù)據(jù)外，還可以得到無定形和半結(jié)晶聚合物的玻璃轉(zhuǎn)化溫度、熔點(diǎn)范圍。通過整合熔融峰，可以計(jì)算出熔融熱。這一指標(biāo)與半結(jié)晶樣本的結(jié)晶水平有關(guān)。
DSC技術(shù)的一大優(yōu)勢是，相同材料的測量曲線相同。材料的混淆、含有的雜物和異物都可以通過直接比較迅速確定。受控冷卻狀態(tài)下的結(jié)晶行為以及氧化穩(wěn)定性的偏差都可以視為材料因初步損壞或老化而進(jìn)入老化過程的另一個信號。
由于有效性高，示差掃描量熱法多年來已成為塑料加工過程中有效的分析手段。來自德國塞布爾的耐馳設(shè)備制造有限公司的DSC 214 Polyma系統(tǒng)又為這一方法設(shè)定了新的標(biāo)準(zhǔn)(圖2)
簡化的用戶界面SmartMode具有結(jié)構(gòu)清晰、統(tǒng)一瀏覽和方便使用的特性。自動評估軟件可以自動地確定和評估熱效應(yīng)。另外，數(shù)據(jù)庫輔助確定程序還可以幫助客觀地確定聚合物。
這個確定軟件是Netzsch Proteus 7評估軟件的一部分，它基于一個可以利用用戶庫和曲線進(jìn)行擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
PS回收物的測試和分類
首先，各個部分用不同顏色分開，然后在相同的測量條件下測量（初始重量：10.5mg，加熱速度：10K/分鐘，N2環(huán)境）
為了消除樣本熱機(jī)械歷史的差異，下圖中列出了不同條件下的二次加熱情況。圖3是黑色回收顆粒的測量曲線
在室溫至 200℃的溫度范圍內(nèi)，找出了無定形物質(zhì)通常的玻璃轉(zhuǎn)化溫度（沿著吸熱方向逐步上升）。與特定的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg) 相對應(yīng)的平均溫度分別為94℃、102℃和103℃。Tg為102℃的藍(lán)色曲線，Tg為黑色曲線94℃也按照區(qū)分軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫對比，以區(qū)分聚合物類型。
如預(yù)期一樣，在兩種情況下，PS都占主導(dǎo)。但相似性指的是兩種不同牌號的PS。結(jié)果與文獻(xiàn)資料上所說的PS玻璃轉(zhuǎn)化溫度間隔為90～105℃左右相呼應(yīng)。第二大部分的回收物由灰色顆粒組成（圖1）。這里可能也是PS(圖4)。但藍(lán)色顆粒（圖5）的情況非常不同。166℃（峰值溫度）下的熱效應(yīng)意味著材料為 PP。這一假設(shè)可通過數(shù)據(jù)庫的比較（識別）得到確認(rèn)。
如果按照等級將測量曲線和相關(guān)信息加以總結(jié)，如，“PS i. O.”(即PS 可以) 及“PS n. i. O.” (及. PS 不行)，其它曲線可以隨之立即區(qū)分為“屬于”、“不屬于”。圖7列出了這種分類方法的實(shí)例。橙色標(biāo)示顆粒的測量曲線很清楚地落在“PS i. O.”等級上，相似性幾乎98%，并另外用綠色的交通等表示。而“PS n. i. O.”等級，則顯示在清單的末尾處。
盡管交付的回收材料宣稱是純PS，分析結(jié)構(gòu)表明，實(shí)際上，是不同聚合材料的混合體。主要部分（黑色、灰色和橙色顆粒）由聚合物PS組成。但是，含量較低的紅色、藍(lán)色、綠色、黃色和白色顆粒，則由PP和PP-PE混合物組成。如要加工成相同牌號的材料，還需要進(jìn)行分餾。
實(shí)驗(yàn)已經(jīng)充分證明，在回收料進(jìn)貨控制中，DSC是一種有效的分析和分級手段。通過分辨軟件，有可能分辨出混合物中的聚合物牌號，并可靠地對新的樣本或批次進(jìn)行分級，而不需要人工比較DSC曲線。從而使得DSC方法，與新的分辨軟件一起，成為質(zhì)量控制不可缺少的輔助工具。
