Bez tytułu slajdu

UNIWERSYTET OPOLSKI - KONSORCJANT NR 8
projektu pt.:
„Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe
z wykorzystaniem surowców odnawialnych”
Zadanie nr 5.
Ocena wpływu czynników środowiskowych oraz obciążeń
długotrwałych na zmiany właściwości wytworzonych
kompozytów
Wytyczne do przygotowania próbek pod kątem
badań starzeniowych:
• maksymalny rozmiar pojedynczej próbki: 135 x 45 x 5 mm
(uwarunkowany wielkością uchwytu w aparacie Xenotest),
• możliwe warianty próbek:
- praktycznie każdy typ próbki o rozmiarze mniejszym niż
wymiary uchwytu (w tym m.in. beleczki, folie),
- preferowany kształt próbki - wiosełko typu 2
(PN-81/C-89034-2),
• do badań starzeniowych z jednej partii materiału każdorazowo
należy przygotować 30 jednakowych próbek,
• za każdym razem do badań należy dostarczyć próbkę
odniesienia, tj. polimer na bazie, którego otrzymano kompozyt
lub próbkę stanowiącą wzorzec.
Przeanalizowano pomiary parametrów klimatycznych ze
stacji poligonowej w celu opracowania warunków pracy
aparatu Xenotest
Przygotowano program badawczy
w Xenoteście (wg. ISO-4892-2)
PARAMETR
FAZA 1
FAZA 2
Zestaw filtrów
XENOCHROME 300
Natężenie promieniowani [W/m2]
150±5
Tryb pracy karuzeli
150±5
bez obrotu bez obrotu
komora
komora
Temperatura [oC]
35±5
30±5
Symulacja deszczu
nie
tak
50±5
deszcz
102
18
Kontrola temperatury
Wilgotność względna [%]
Długość fazy [min.]
Kryterium zakończenia programu
103 MJ/m2
Opracowanie procedur wykonawczych
analiz w podczerwieni (FTIR)
kompozytów o dużej dyspersji światła
Metoda transmisyjna - próbka musi być dostatecznie przezroczysta dla
promieniowania podczerwonego, tzn. żeby przepuszczała (transmitowała) co
najmniej 20% energii promieniowania padającego na próbkę.
Warunek ten jest trudny do spełnienia w przypadku kompozytów zawierających
napełniacze w ilościach większych niż 15%.
Zwiększenie transmisji promieniowania przez próbkę o małej przezroczystości
uzyskuje się najczęściej przez odpowiednie zmniejszenie jej grubości do folii
poniżej 100 mikrometrów. Realizuje się to przez obróbkę termomechaniczną
próbek wyjściowych (prasowanie na gorąco) do folii.
Cd. FTIR
W przypadku próbek o bardzo małej przezroczystości dla
promieniowania IR (nawet po ich sprasowaniu do folii) stosuje
się technikę odbiciową ATR.
Jednak w tym przypadku wymagane jest aby próbka materiału badanego była
dostatecznie elastyczna i na całej swej powierzchni szczelnie przylegała do
płytek przystawki ATR.
Związane jest to z tym, że nawet niewielka szczelina powietrzna (rzędu kilku
mikronów) między próbką a płytkami przystawki ATR, uniemożliwia
otrzymanie poprawnego i czytelnego (bez szumów) widma, przydatnego do
analizy jakościowej i ilościowej.
Cd. FTIR
Bazując na dotychczas badanych przez nas próbkach kompozytów
polimerowych napełnionych różnego rodzaju napełniaczami (skrobia, mączka
drzewna, celuloza, talk, kreda itp.) opracowano szereg procedur
wykonawczych, umożliwiających poprawną analizę zmian chemicznych
zachodzących w matrycy polimerowej pod wpływem różnorodnych
destrukcyjnych czynników środowiskowych. Aby można było porównywać
przebieg (kinetykę) tworzenia pasm absorpcji pochodzących od różnorodnych
produktów utleniania polimeru w różnych kompozytach, widma wszystkich
próbek muszą odnosić się do identycznej grubości (w technice transmisyjnej)
lub identycznego pochłaniania promieniowania IR podczas odbicia (w technice
ATR).
Opracowane przez nas procedury wykonawcze, obejmowały następujące
jednostkowe procesy obróbki matematycznej (komputerowej) widm
podstawowych, zapewniające poprawną analizę spektralną zmian matrycy
polimerowej kompozytów:
• korekcja dyspersji światła (rozpraszania) do zbliżonego poziomu dla
wszystkich porównywanych próbek,
• standaryzacja widm FTIR porównywanych próbek do jednakowej ich
grubości,
• dekonwolucja złożonego pasma absorpcji ugrupowań karbonylowych na
pasma składowe.
Cd. FTIR
Korekcja dyspersji światła przez próbki do zbliżonego poziomu
polega na ustaleniu wartości minimalnej absorpcji widma lub wybranego zakresu widma
próbek i zrównanie jej do wartości zerowej absorpcji przez komputerowe odjęcie
wartości stałej od widma bazowego.
A - zakres hydroksylowy PE
B - zakres karbonylowy PE
Cd. FTIR
Standaryzacja widm porównywanych próbek do jednolitej ich grubości
polega na zrównaniu absorpcji pasma standardu wewnętrznego wszystkich
porównywanych próbek (ok. 3606 dla zakresu hydroksylowego i 2020 dla zakresu
karbonylowego PE) do identycznej wartości przez podzielenie absorpcji pasma standardu
wszystkich próbek przez absorpcję próbki wzorcowej.
A - zakres hydroksylowy PE
B - zakres karbonylowy PE
Cd. FTIR
Dekonwolucja złożonego pasma absorpcji na pasma składowe
polega na zdefiniowaniu ilości pasm prostych nakładających się na siebie
w rozkładanym paśmie złożonym i przybliżonym ustaleniu wartości maksimów pasm
prostych.
Pasmo karbonylowe
Ponadto w celu umożliwienia analiz ATR próbek kompozytów o dużej sztywności
opracowano układ dociskowy redukujący znacząco grubość szczeliny powietrznej między
płytkami przystawki ATR a powierzchnią próbek.
Wykorzystując zaobserwowane zjawisko rozwarstwienia międzyfazowego (polimer napełniacz) podczas prasowania na gorąco próbek kompozytów termoplastycznych,
opracowano sposób zagęszczania frakcji polimerowej w folii przeznaczonej do analizy
zmian chemicznych metodą widm transmisyjnych.
WYSOKOTEMPERATUROWA CHROMATOGRAFIA ŻELOWA
Charakterystyka molekularna polimerów (pomiar ciężaru
cząsteczkowego i jego rozkładu przy pomocy HT GPC z potrójną
detekcją).
• Zapoznano się z metodami odseparowania „dodatków”
z kompozytów celem uzyskania czystego bezpiecznego do
analizy polimeru (wybrano najlepszą metodę).
• Przygotowano potrzebny sprzęt do przygotowania próbek
polimerów w kierunku analizy GPC.
• Opracowano metodykę analizy GPC.
ANALIZA TERMICZNA
Ustalono warunki eksperymentu:
• atmosfera azotu z szybkością jego przepływu 40 ml/ min,
• DSC naczynia aluminiowe o poj. 40 µl
• TGA naczynia platynowe o poj. 100 µl.
Pomiary DSC i TGA wykorzystane będą do:
• pomiaru temperatury i ciepła topnienia,
• obliczenia stopnia krystaliczności,
• wyznaczenia stabilności termicznej, temperatury rozkładu,
• wyznaczenia czystości substancji.
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ
www.polimery.uni.opole.pl