臨終回收

瞭解聚合物軟化和熔化的溫度是與聚合物加工有關的一個基本材料特性。作為擠出、注塑和吹塑工藝的第一步，樹脂顆粒通常被加熱到熔點以上；對於熱成型和吹塑，樹脂被加熱到玻璃轉化溫度以上，使其軟化，但不完全熔化。從固體樹脂顆粒（低能量狀態）到軟化或完全熔化的顆粒（高能量狀態）的這種轉變需要能量輸入，可以用差示掃描量熱法（DSC）來測量。

在DSC測試中，當溫度以恒定的速度上升時檢測樣品的熱流。熱轉換，如熔化和玻璃轉變，為吸熱事件，即材料在進入高能量狀態時吸收熱量。該結果還揭示了有關聚合物形態的資訊，無定形和半結晶狀態之間有明顯的差異。在DSC測試的第一個熱迴圈中，無定形材料顯示出寬廣的玻璃化轉變而不熔化，而半結晶聚合物則有一個尖銳和明顯的熔化峰。由於熔化和玻璃轉變溫度對每種聚合物來說都是獨一無二的，這一資訊可用於在加工前快速評估採購原料的品質。

DSC測量結果可解答如下問題：

• 原料評估：這是一種純粹的聚合物，還是一種混合物？供應商A的樹脂能否用供應商B的低成本樹脂代替？
• 加工過程中：完全熔化樹脂顆粒需要多少熱能？
• 加工後：是否有加工後與接收時的熱量記錄？（第1個與第2個熱量對比）
• 臨終回收：這批PCR（可再生樹脂）是否有其他聚合物的明顯污染？

常見的熱塑性塑膠加工技術，如擠壓、注塑成型和吹塑，需要將樹脂加熱到熔點以上進行加工。然而，精確控制加工溫度是非常重要的，避免在高溫下發生樹脂降解。對於聚合物來說，降解的起始溫度可以被確定為開始發生明顯失重（通常>5%）的溫度，可採用熱重分析儀（TGA）來測量。

在聚合物的熱分析過程中，TGA測試通常在DSC測試之前進行，因為TGA的結果有助於建立後續測試的溫度上限。除了確定加工的降解溫度，TGA結果還定量地揭示了樹脂中主要成分的組成，如基礎聚合物、增塑劑和填料的存在量。可進一步分析在TGA實驗中產生的廢氣，從而瞭解分解產物的化學特性。逸出氣體分析（EGA）可將即時TGA資料與FTIR和GC-MS的結果相結合，從而為測量提供強大支援。

TGA測量結果可解答如下問題：

• 原料評估：這種樹脂在多長時間內會分解？什麼是分解曲線？
• 加工工藝：這批樹脂中是否有揮發性物質？加工後是否會有廢氣產生?
• 失效分析：填料含量中好與壞的部分的分解情況是否有區別？
• 臨終回收：在熱解過程中，在什麼溫度下會出現最大的重量損失？此批回收的樹脂中存在哪些污染物？

相關應用程式說明：

• TA125:Estimation of Polymer Lifetime by TGA Decomposition Kinetics
• TA430: Effect of Thermal Degradation on Polymer Thermal Properties
• TA434: Thermal Degradation Study of Nylon 66 using Hyphenation Techniques TGA-MS and TGA-FTIR-GC/MS

樹脂中經常會使用穩定劑和其他添加劑，以避免在加工和最終使用條件下遇到的環境影響而發生降解。這些添加劑包括抗氧化劑、氧清除劑、熱和紫外線穩定劑或阻燃劑，可確保在加工過程中和產品的使用壽命內保持聚合物的預期特性。穩定劑本身是易失品，在暴露於高溫或紫外線下時，會逐漸消耗掉；一旦穩定劑完全耗盡，聚合物的性能就開始迅速退化。

穩定劑的性能可以通過DSC上的氧化誘導時間（OIT）分析進行評估。在這個等溫測試中，DSC中的吹掃氣體從氮氣切換到氧氣，提供了一個消耗穩定劑的環境。在聚合物降解開始時，熱流信號開始增加，時間被記為OIT。

DSC上的溫度斜率也可用於測量氧化起始時間（OOT），這是衡量聚合物穩定性的一個指標。OIT和OOT測試也都可以使用高壓DSC儀器進行，通過加速穩定劑的消耗來減少測試時間。

DSC的OIT & OOT 測量結果可解答如下問題：

• 原料評估：這種樹脂可以按原樣處理嗎？是否需要抗氧化劑來增加穩定性？
• 失效分析：這一部分抗氧化劑是否達到了適合最終使用條件所需的水準？
• 臨終回收： 需要多少抗氧化劑來穩定和處理這批可再生樹脂（PCR）？

相關應用程式說明：

• TS5:Determination of the Relative Oxidative Stability of Polyethylene Bottle Tops by Differential Scanning Calorimetry (DSC)
• TA121: Oxidative Stability of Polyethylene Terephthalate

在使用注塑成型和擠出技術加工聚合物時，聚合物熔體的粘度和粘彈性行為起著重要作用。在基本層面上，粘度代表了材料的內部流動阻力 – 粘度較高的樹脂流動速度較慢，需要更多的時間來填充模具，增加了週期時間，並具有出現缺陷的可能性，如欠注情況。因此，測量和精確控制樹脂的粘度至關重要，可確保工藝的穩定性並消除批次間的差異。

對於聚合物熔體，粘度曲線取決於變形率，也稱為剪切率。在擠壓和注塑過程中遇到的高剪切率時，粘度曲線在冪律區顯示出剪切變薄行為 – 隨著剪切率的增加，粘度下降。這種剪切率的依賴性受到聚合物分子量分佈和分支程度的影響。

雖然高剪切率與加工條件有關，但低剪切率下的粘度測量對於揭示樹脂的分子結構至關重要。第一個牛頓高原的零剪切粘度與樹脂的分子量直接相關，可以用旋轉流變儀測量。

粘彈性與分子量/分子量分佈有什麼關係？

在旋轉流變儀上進行的振盪試驗，通過在一定時間範圍內的小變形來探測聚合物的結構，對聚合物的粘彈性能進行重要的瞭解。結果提供了聚合物的儲存模量（G’）、損失模量（G”）和複合粘度（η*）作為振盪頻率的函數，並可用於更好地瞭解聚合物的鬆弛動態。這些參數受樹脂的分子量、分子量分佈和長鏈分支結構的強烈影響。與熔體流動指數儀或毛細管流變學相比，旋轉流變學測試的粘彈性曲線對可能導致加工問題的高分子量污染特別敏感。

旋轉流變儀的粘度和粘彈性測量值可回答下列問題：

• 原料評估：粘彈性曲線如何受樹脂分子量/分子量分佈的批次間變化的影響？
• 可加工性：在與製造過程有關的所有剪切率下，樹脂是否具有合適的粘度？
• 使用壽命結束：臨終回收：再生樹脂中的污染和MW變化對加工有何影響？

相關應用程式說明：

• AN013:Understanding Rheology of Thermoplastic Polymers