Wyznaczanie temperatury zeszklenia polimerów

Transkrypt

Politechnika Łódzka
Wydział Chemiczny
INSTRUKCJA LABORATORIUM
„Wyznaczanie temperatury zeszklenia polimerów”
(Determination of polymer glass transition temperature)
realizowanego w ramach Zadania nr 9
pn. „Doposażenie laboratorium pod nazwą Materiały
i nanomateriały polimerowe jako materiały inżynierskie”
Instrukcję opracował:
dr inż. Magdalena Maciejewska
Łódź, 2009
ul. Żwirki 36, 90-924 Łódź
www. ife.p.lodz.pl
tel. 042 278 45 31
042 638 38 26
Projekt realizowany w ramach Priorytetu IV - Działanie 4.1 - Poddziałanie 4.1.1.
pn. „Przygotowanie i realizacja nowych kierunków studiów
w odpowiedzi na współczesne potrzeby rynku pracy
i wymagania gospodarki opartej na wiedzy”
SPIS TREŚCI
1.
CEL DWICZENIA (Aim of studies) .................................................................................................... 3
2.
WPROWADZENIE (Introduction) .................................................................................................... 3
3.
PRZEBIEG DWICZENIA (Procedure) ............................................................................................... 12
3.1.
Aparatura pomiarowa .............................................................................................................. 13
3.2.
Wykonanie dwiczenia ............................................................................................................... 14
4.
OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA (Report) ................................................................................. 14
4.1.
Cel dwiczenia ............................................................................................................................. 14
4.2.
Metodyka pomiarów ................................................................................................................ 14
4.3.
Wyniki pomiarów...................................................................................................................... 15
4.4.
Opracowanie wyników pomiarów ........................................................................................... 15
4.5.
Wnioski...................................................................................................................................... 15
5.
LITERATURA (References)............................................................................................................. 15
6.
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE (Problems) ......................................................................................... 16
7.
EFEKTY KSZTAŁCENIA (Learning outcomes) ................................................................................. 16
7.1.
Co student powinien wiedzied ................................................................................................. 16
7.2.
Co student powinien umied ...................................................................................................... 16
8.
TELEFONY ALARMOWE (Emergency numbers)............................................................................ 17
Laboratorium pn. „Wyznaczanie temperatury zeszklenia polimerów” realizowane w ramach
Zadania nr 9
2
1.
CEL DWICZENIA (Aim of studies)
Celem dwiczenia pn. „Wyznaczanie temperatury zeszklenia polimerów” realizowanego
w ramach Zadania 9 jest oznaczenie wartości temperatury zeszklenia (Tg) wybranych
polimerów metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) a następnie identyfikacja
polimerów na podstawie wyznaczonych wartości Tg.
2.
WPROWADZENIE (Introduction)
Związki wielkocząsteczkowe mogą występowad jedynie w stanie skondensowanym. Ze
względu na wielkośd ich cząstek polimery nie występują praktycznie w stanie pary. Pod
wpływem
ogrzewania
do
zbyt
wysokiej
temperatury
ulegają
degradacji
lub
depolimeryzacji. Szczególnie w niskich temperaturach polimery zachowują się jak ciała
stałe. Polimery występują w postaci różnego rodzaju struktur, co jest uwarunkowane ich
budową chemiczną, a także fizyczną, a więc sposobem wzajemnego ułożenia
makrocząsteczek, gęstością ich upakowania, wielkością i rodzajem sił między- oraz
wewnątrzcząsteczkowych. Przemiany jakim ulegają polimery pod wpływem czynników
zewnętrznych takich jak temperatura czy naprężenia mechaniczne, mogą mied charakter
termodynamicznych przemian fazowych lub przemian kinetycznych [1].
Tabela 1
Stany fizyczne polimerów
STANY FIZYCZNE
SUBSTANCJE MAŁOCZĄSTECZKOWE
Stały
Ciekły
Gazowy
POLIMERY
Szklisty
Elastyczny
Ciekły
Polimery występowad mogą w postaci amorficznej, bądź krystalicznej [2].
Zadania nr 9
3
POSTAD AMORFICZNA (amorphous form) charakteryzuje się brakiem uporządkowania
dalekiego zasięgu merów i segmentów. W polimerach amorficznych makrocząsteczki
przyjmują postad kłębka, tworząc struktury nieuporządkowane skłębione, o słabych
oddziaływaniach energetycznych. Wyróżnia się następujące podstawowe stany
mechaniczne, w których mogą się znajdowad polimery amorficzne:
1. Stan sprężysty kruchy charakteryzuje się występowaniem odkształceo sprężystych
w polimerach znajdujących się pod obciążeniem w temperaturach do temperatury
kruchości. W stanie tym nie zachodzą zmiany konformacji merów i segmentów
makrocząsteczek, możliwe są jedynie drgania pojedynczych atomów lub ich grup.
Wartości barier energetycznych obrotów wokół wiązao są wyższe od energii drgao
cieplnych, skutkiem czego naprężenia wywołane obciążeniem próbki nie są w stanie
naruszyd sztywnego układu rozmieszczonych merów i segmentów makrocząsteczek. Przy
rosnącym obciążeniu następuje koncentracja naprężeo i próbka pęka. Odkształcenia przy
rozciąganiu rosną proporcjonalnie do naprężeo. Wielkośd odkształceo do zerwania próbki
jest niewielka, rzędu 2-5%.
2. Stan sprężysty z wymuszoną elastycznością (lepkosprężysty) charakteryzuje się
sprężystolepką odpowiedzią na przyłożoną siłę w temperaturach pomiędzy temperaturą
kruchości i zeszklenia (Tkruch ≤ T ≤ Tg). Pod wpływem naprężenia próbka odpowiada na
początku sprężyście, a po przekroczeniu pewnego poziomu naprężeo (tzw. naprężeo
granicznych wymuszonej elastyczności) pojawiają się odkształcenia plastyczne. Próbka
ulega odkształceniu nie pękając, co jest wynikiem pojawiającej się ruchliwości merów
i segmentów makrocząsteczek.
3. Stan wysokoelastyczny dotyczy sposobu przenoszenia naprężeo w polimerach
znajdujących się w zakresie temperatur Tg ≤ T ≤ Tm lub Tr (dla polimerów usieciowanych).
Stan ten charakteryzuje się występowaniem dużych odkształceo nawet pod niewielkim
naprężeniem, którym towarzyszy duże zmniejszenie entropii. Dzieje się tak ponieważ
układ posiada większą energię cieplną niż wartości bariery energetycznej obrotów wokół
Zadania nr 9
4
wiązao, pojawia się zatem ruchliwośd segmentalna. Po odciążeniu próbki następuje
gwałtowny powrót odkształcenia do stanu pierwotnego. Towarzyszy temu gwałtowny
wzrost entropii do stanu pierwotnego. Makrocząsteczki w tym stanie są bardzo giętkie,
dominują odkształcenia wysokoplastyczne o wielkości kilkuset a nawet ponad tysiąca
procent.
4. Stan plastyczny (lepkopłynny) dotyczy sposobu przenoszenia naprężeo w polimerach
termoplastycznych znajdujących się w temperaturze powyżej temperatury płynięcia
(T ≥ Tp). Charakteryzuje się występowaniem bardzo małych odkształceo międzyi wewnątrzcząsteczkowych. Makrocząsteczki są bardzo labilne i pod wpływem znikomo
małych obciążeo przemieszczają się względem siebie (polimer płynie).
POSTAD KRYSTALICZNA (crystalline form) - związki wielkocząsteczkowe często w ogóle
nie krystalizują, a jeśli wykazują tendencję do krystalizacji, to obszary krystaliczne
przenikają się z obszarami niewykazującymi uporządkowania dalekiego zasięgu. Postad
(częściowo) krystaliczną mogą mied jedynie polimery stereoregularne. Jeśli polimery
wykazują duże siły spójności między- i wewnątrzcząsteczkowej dalekiego zasięgu, to
z reguły tylko ich fragmenty mają strukturę o trójwymiarowym uporządkowaniu. Ponadto
wyróżniane są również polimery semikrystaliczne (semicrystalline polymers), w których
makrołaocuchy znajdują się częściowo w fazie amorficznej, a
częściowo w fazie
krystalicznej. Jest to model dwufazowy. Wzrost zawartości fazy krystalicznej w polimerze
powoduje zwiększenie gęstości, twardości, odporności na ścieranie, wytrzymałości na
rozciąganie, stabilności wymiarów. W przypadku polimerów krystalicznych zamiast
temperatury płynięcia, określana jest temperatura topnienia Tm, jako najwyższa
temperatura, w której topi się ostatni kryształ. Topnienie kryształów zachodzi w pewnym
przedziale czasowym [2].
WŁAŚCIWOŚCI CIEPLNE POLIMERÓW
Właściwości fizyczne i mechaniczne polimerów amorficznych są w znacznym stopniu
określane przez stopieo ograniczenia ruchów molekularnych makrocząsteczek względem
Zadania nr 9
5
siebie. Reakcje polimerów na zmianę temperatury przejawiają się wyraźnymi, ciągłymi
i skokowymi przemianami morfologii, a w konsekwencji zmianami właściwości
makroskopowych. Na skutek wzrostu temperatury następuje wzrost intensywności
różnorodnych drgao i ruchów oscylacyjnych atomów, merów i segmentów polimeru.
Ponadto mery i segmenty oraz całe makrocząsteczki mogą w różnym stopniu
przemieszczad się względem siebie, zależnie od budowy chemicznej i fizycznej polimeru
oraz od działających na niego sił (temperatura, naprężenie mechaniczne) [1]. Ze zmianami
budowy fizycznej wiążą się ściśle charakterystyczne temperatury przemian postaci i stanu.
Ze zmianami budowy fizycznej polimeru, jego postaci strukturalnej lub stanu
mechanicznego są ściśle związane charakterystyczne temperatury przemian postaci
i stanu:
1. Temperatura kruchości (Tkruch) (brittle temperature), w której w polimerze zachodzi
przemiana jego stanu mechanicznego kruchego w stan sprężysty z wymuszoną
elastycznością (lepkosprężysty);
2. Temperatura zeszklenia (Tg) (glass transition temperature), w której w polimerze
zachodzi przemiana jego stanu mechanicznego sprężystego kruchego lub sprężystego
z wymuszoną elastycznością w stan wysokoelastyczny;
3. Temperatura plastyczności (płynięcia) (Tp) (flow temperature), w której w polimerze
zachodzi przemiana jego stanu wysokoelastycznego w stan plastyczny. Jej występowanie
zależy od konfiguracji makrocząsteczek, jest charakterystyczna dla polimerów
zawierających fazę krystaliczną.
4. Temperatura rozkładu (degradacji) (Tr) (degradation temperature), w której zaczynają
się procesy naruszania budowy chemicznej makrocząsteczek. Dotyczy polimerów
krystalicznych jak i amorficznych.
NATURA PRZEJŚCIA SZKLISTEGO
Przejście szkliste obserwuje się niemal we wszystkich polimerach. Jest ono związane
z wielkocząsteczkową budową ich cząsteczek i trudnościami w krystalizacji. Przejście stan
Zadania nr 9
6
sprężysty ↔ stan lepkosprężysty przypomina fenomenologicznie przejście fazowe
drugiego rodzaju, gdyż obserwowana jest mniej lub bardziej skokowa zmiana drugich
pochodnych energii swobodnej (pojemności cielnej, współczynnika rozszerzalności
objętościowej) względem temperatury. Podczas przejścia szklistego występuje skokowa
zmiana pojemności cieplnej, związana z możliwością zaadsorbowania energii przez zdolne
do poruszania się fragmenty makrocząsteczek. W odróżnieniu od właściwych przemian
fazowych, przejście szkliste nie jest przemianą równowagową, co objawia się tym, że [3]:
- w temperaturze zeszklenia przemiana ze stanu dużej elastyczności w stan szklisty
przebiega w całej objętości polimeru (stan szklisty i elastyczny nie współistnieją ze sobą
w Tg), w przeciwieostwie do temperatury topnienia, gdzie występuje równowaga
pomiędzy krystalitami i stopionymi makrocząsteczkami.
- temperatura zeszklenia zależy od szybkości zmian temperatury, a także od historii
stanów szkła np.: ciśnienia pod jakim nastąpiło zeszklenie, szybkości chłodzenia.
Przejście w stan szklisty, często oznaczane jako przemiana relaksacyjna , jest związane
z zanikaniem ruchu segmentalnego obejmującego koherentne ruchy dziesiątek atomów
w łaocuchu. Między temperaturą zeszklenia Tg, a temperaturą topnienia Tm w stanie
elastycznym
pojawiają
się
ruchy
segmentowe,
polegające
na
wzajemnym
przemieszczaniu się makrocząsteczek względem siebie. Ponadto poszczególne segmenty
mogą wykonywad ruchy obrotowe. Poniżej temperatury zeszklenia polimery amorficzne
są zwarte, twarde i kruche ponieważ w stanie szklistym wszystkie makrocząsteczki
zachowują względem siebie niezmienne położenie. Nie obserwuje się ruchu
segmentowego. Zmiana położenia makrocząsteczek może się odbywad jedynie pod
wpływem przyłożonej siły zewnętrznej. Obserwuje się tylko drgania rotacyjne
i oscylacyjne poszczególnych grup. Kruchośd jest wynikiem ograniczenia ruchliwości
segmentalnej makrocząsteczek. Powyżej Tg (stan elastyczny) polimer staje się
przezroczysty i giętki. Powyżej temperatury topnienia Tm (stan plastyczny) polimer topi
Zadania nr 9
7
się, staje się płynny, przy czym lepkośd stopu zmniejsza się w miarę wzrostu temperatury
[4].
Czynniki wpływające na temperaturę zeszklenia polimeru
Temperatura zeszklenia jest zależna od budowy makrołaocucha polimeru [2]. Zasadniczy
wpływ na Tg mają dwa czynniki:
- energia rotacji wokół wiązao w łaocuchu głównym polimeru;
- oddziaływania między- i wewnątrzcząsteczkowe.
Powyższe czynniki uwarunkowane są:
1) rodzajem i obecnością podstawników:
- podstawniki znajdujące się przy łaocuchu głównym polimeru mają dwojaki wpływ na Tg
polimeru w zależności od tego, czy powodują one zwiększenie czy zmniejszenie
oddziaływao między- i wewnątrzcząsteczkowych;
- wzrost objętości podstawników dołączonych do łaocucha głównego zmniejsza giętkośd
makrocząsteczek, co powoduje zwiększenie Tg;
- obecnośd podstawników usztywniających wbudowanych do łaocucha głównego np.:
pierścieo aromatyczny, grupa amidowa, sulfonowa, karbonylowa; szczególnie podstawnik
aromatyczny uniemożliwia praktycznie rotacje wokół wiązao powodując tym samym
wzrost Tg;
- wprowadzenie do polimeru podstawnika alifatycznego również zwiększa Tg, ale wzrost
długości podstawnika alifatycznego wpływa uplastyczniająco, zwieszając giętkośd
makrocząsteczek, a tym obniżając Tg.
2) polarnością podstawników:
-
wzrost
polarności
podstawników
powoduje
wzrost
oddziaływao
między-
i wewnątrzcząsteczkowych, zwiększając Tg.
3) ilością podstawników:
- dwa podstawniki znajdujące się przy tym samym atomie węgla usztywniają łaocuch
główny znacznie słabiej niż jeden podstawnik, w obecności jednego podstawnika rośnie
Zadania nr 9
8
niesymetrycznośd wiązania, co powoduje wzrost energii rotacji wokół wiązao w łaocuchu
głównym i zwiększenie Tg;
- obecnośd podstawnika przy każdym atomie węgla w łaocuchu również powoduje wzrost
Tg .
4) konfiguracją stereoregularną (taktycznością) polimeru: np. polistyren
5) konfiguracją cis i trans: np. cis-polibutadien-1,4 (Tg = -102oC), trans-polibutadien-1,4
(Tg = -58oC)
6) obecnością wiązao wodorowych np. poliamid 66 (Tg = 249oC)
7) składem kopolimeru:
- wzrost stosunku merów zawierających duże objętościowo lub polarne podstawniki
powoduje wzrost sztywności makrocząsteczek, a zatem i Tg.
8) usieciowaniem:
- usieciowanie polimeru utrudnia i ogranicza zmiany położenia merów i segmentów
w makrocząsteczkach w polimerach mocno usieciowanych, Tg wzrasta wówczas waz ze
wzrostem gęstości usieciowania polimeru; w przypadku słabiej usieciowanych
elastomerów gęstośd usieciowania ma niewielki wpływ na Tg.
Do metod wykorzystywanych do wyznaczenia temperatury zeszklenia należą: badanie
objętości właściwej, rozszerzalności cieplnej, liniowej i objętościowej, ciepła właściwego,
a także pomiary mechaniczno dynamiczne w funkcji temperatury i różnicowa kalorymetria
skaningowa.
W Tabeli 2 przedstawiono temperatury zeszklenia przykładowych polimerów:
Tabela 2
Temperatury zeszklenia polimerów
Polimer
Polidimetylosiloksan (silikony)
Polietylen
Polibutadien
Poliizobutylen
Poliizopren
Tg [oC]
-120
-100
-85
-75
-72
Zadania nr 9
9
Kauczuk naturalny (NR)
Kauczuk etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM)
Kauczuk butadienowo-styrenowy (SBR)
Kauczuk butadienowo-akrylonitrylowy (NBR)
Polipropylen
Poli(chlorek winylu)
Polistyren
Poli(metakrylan metylu)
-70
-55
-40
-30
-10
80
100
110
POJĘCIE LEPKOSPRĘŻYSTOŚCI
Lepkosprężystośd (viscoelesticity) oznacza jednoczesne występowanie właściwości
lepkich i sprężystych *5]. Właściwości lepkie związane są z występowaniem odkształceo
nieodwracalnych (przepływem), których stopieo pod działaniem określonej siły zwiększa
się z upływem czasu. Lepkośd (viscosity) jest miarą oporów stawianych przez materiały
podczas przepływu. Właściwości sprężyste są związane z występowaniem odkształceo
sprężystych (odwracalnych), które znikają samorzutnie, natychmiast po ustaniu działania
siły. Sprężystośd (elasticity) jest miarą zdolności materiału do natychmiastowego powrotu
poodkształceniowego.
Bardziej sprężyste lub bardziej lepkie zachowanie się danego materiału zależy od czasu,
a dokładniej od relacji czasu odkształcania materiału do pewnego charakterystycznego,
naturalnego czasu tego materiału λ. Ogólnie, im szybsze jest odkształcanie, tym materiał
zachowuje się bardziej sprężyście, natomiast im odkształcanie jest wolniejsze tym
materiał jest bardziej lepki. Wynika to z budowy cząsteczkowej materiału. Właściwości
lepkosprężyste wykazują materiały, których czas charakterystyczny jest tego samego
rzędu, co zachodzące w rzeczywistości odkształcenia, a więc rzędu sekund, minut czy
godzin. Do tego typu materiałów zaliczamy m. in. polimery, których czas
charakterystyczny wynosi 10-2 - 102 s. Miarą lepkosprężystego zachowania się materiału
w danym procesie przetwórczym jest stosunek czasu charakterystycznego materiału do
czasu charakterystycznego (czasu trwania) tego procesu. Określa to liczba Debory (De):
De = λ / tp
(1)
Zadania nr 9
10
gdzie: λ - czas charakterystyczny materiału, tp - czas charakterystyczny procesu.
Typowy polimer, którego czas charakterystyczny (λ) wynosi 1 s, będzie zachowywał się
w różny sposób w zależności od czasu trwania danego procesu przetwórczego. Przy
bardzo długim czasie charakterystycznym procesu (tp → ∞), liczba Debory będzie dążyła
do zera i materiał będzie się zachowywał jak lepka ciecz. Natomiast przy bardzo krótkim
czasie procesu (tp → 0), liczba Debory będzie bardzo duża (De → ∞) i ten sam materiał
będzie się zachowywał jak sprężyste ciało stałe.
Czas charakterystyczny większości przepływów w przetwórstwie tworzyw sztucznych
wynosi 0,1 - 1 s, co oznacza, że dla λ=1 s liczba De = 1-10, zatem polimery wykazują
w procesach przetwórczych zarówno właściwości lepkie jak i sprężyste, a więc są
lepkosprężyste.
ZJAWISKA CHARAKTERYSTYCZNE LEPKOSPRĘŻYSTOŚCI
Właściwości
lepkosprężyste
polimerów
ujawniają
się
w
następujących
charakterystycznych zjawiskach [5]:
1. Efekt Weissenberga - polega na nietypowym kształtowaniu się powierzchni swobodnej
cieczy w przepływie Couette’a. Jest ot przepływ ścinający między dwoma współosiowymi
cylindrami, z których jeden wykonuje ruch obrotowy. Podczas takiego przepływu
obserwowane jest w przypadku stopionych polimerów charakterystyczne podnoszenie
się powierzchni swobodnej przy obracającym się cylindrze wewnętrznym. Zjawisko to
pojawia się również np. przy mieszaniu farb i lakierów, natomiast nie występuje
w przypadku cieczy newtonowskiej, kiedy powierzchni swobodna (przy pominięciu sił
bezwładności) pozostaje płaska.
Efekt Weissenberga jest wynikiem generowania
podczas przepływu ścinającego dodatkowych naprężeo (naprężeo normalnych).
2. Efekt Barusa - polega na rozszerzaniu się strugi cieczy wypływającej z kapilary.
Charakteryzowany jest jako stosunek średnicy strugi (d) do średnicy kapilary (D), czyli tzw.
stopniem rozszerzenia B = d/D. Rozszerzanie strugi jest charakterystyczne dla materiałów
lepkosprężystych,
jednak
w pewnym
stopniu
występuje
w
przypadku
cieczy
Zadania nr 9
11
newtonowskich. W przypadku polimerów rozszerzanie strugi jest bardzo duże (stopieo
rozszerzenia zwykle 1,2-2,5, chociaż może osiągad nawet większe wartości).
Charakterystyczna jest wyraźna zależnośd stopnia rozszerzenia od natężenia przepływu
materiału i geometrii kapilary. Efekt Barusa jest w znacznym stopniu związany
z występowaniem przy przepływie ścinającym niezerowych różnic naprężeo normalnych
czyli tzw. efektem naprężeo normalnych.
3. Efekty czasowe - dotyczą występowania zależności czasowej pomiędzy naprężeniem
i dokształceniem materiałów.
Mogą się pojawiad w warunkach statycznych
i dynamicznych. Statyczne efekty czasowe obejmują zjawiska zmiany z upływem czasu
naprężenia materiału, przy stałym odkształceniu (relaksacja naprężeo) lub zmiany
odkształcenia przy stałym naprężeniu (pełzanie odkształceo). Dynamiczne efekty czasowe
powstają przy dynamicznych (oscylacyjnych) obciążeniach lub odkształceniach materiału.
Polegają one na występowaniu czasowej różnicy między obciążeniem a odkształceniem.
RÓŻNICOWA KALORYMETRIA SKANINGOWA (DSC)
Zasada pomiaru metodą DSC polega na mierzeniu w funkcji temperatury i czasu różnicy
pomiędzy strumieniami ciepła przepływającymi od próbki i od wzorca do czujnika. Różnice
strumienia cieplnego powstają wówczas, gdy próbka absorbuje, bądź uwalnia ciepło
wskutek występowania przemian termicznych, którym towarzyszą efekty cieplne, takie jak
topnienie, krystalizacja, reakcje chemiczne, przejścia polimorficzne. Na podstawie różnicy
strumienia cieplnego możliwe jest także wyznaczenie pojemności cieplnej oraz jej zmiany,
podczas przemiany szklistej [6].
3.
PRZEBIEG DWICZENIA (Procedure)
Wyznaczyd temperaturę zeszklenia polimerów przy użyciu analizatora DSC1, firmy Mettler
Toledo. Pomiar przeprowadzid dla próbek o masie 5-10 mg, w zakresie temperatur podanych
Zadania nr 9
12
przez prowadzącego, z szybkością grzania/chłodzenia 10oC/min. Wyznaczyd zmianę
strumienia ciepła (pojemności cieplnej) w funkcji temperatury pomiaru. Przy pomocy
programu STARe z punktu przegięcia uzyskanych krzywych wyznaczyd wartości temperatury
zeszklenia Tg.
3.1.
Aparatura pomiarowa
Różnicowy kalorymetr skaningowy DSC1 (Mettler Toledo) z wieloczęstotliwościową
modulacją temperatury przedstawiony został na Rys. 2. Badana próbka poddawana
chłodzeniu, a następnie ogrzewaniu w zakresie temperatury dobranym zależnie od
rodzaju badanego materiału. Jako czynnik chłodzący wykorzystywany jest ciekły azot.
Przed pomiarem aparat skalibrowano w oparciu o następujące wzorce: skalę temperatury
w oparciu o n-oktan i ind, wymienione ciepło według ciepła topnienia indu 28,45 J/mg.
a)
Zadania nr 9
13
b)
Rys. 2. Analizator DSC: a)widok ogólny; (b) sensor pomiarowy FRS5 [6]
3.2.
Wykonanie dwiczenia
1. Uruchomid aparat DSC1 oraz program obsługujący przebieg pomiaru (STARe).
2. Przygotowad tygiel z próbką (masa próbki 5-10 mg).
3. Zamknąd tygiel z próbką hermetycznie przy pomocy prasy.
4. Zdefiniowad metodę pomiaru, wpisad parametry pomiaru oraz próbki w oknie
pomiarowym.
5. Przeprowadzid pomiar strumienia cieplnego w funkcji temperatury.
6. Wyznaczyd temperaturę zeszklenia polimeru.
4.
OPRACOWANIE SPRAWOZDANIA (Report)
4.1.
Cel dwiczenia
4.2.
Metodyka pomiarów
Charakterystyka obiektu badao, opis stosowanej metodyki i aparatury pomiarowej
oraz warunki prowadzenia pomiarów.
Zadania nr 9
14
4.3.
Wyniki pomiarów
Z otrzymanych termogramów wyznaczyd temperatury zeszklenia polimerów przy
użyciu programu STARe.
4.4.
Opracowanie wyników pomiarów
1. Podad wartości wyznaczonych temperatur zeszklenia polimerów.
2. Na podstawie wartości Tg zidentyfikowad polimery będące obiektami badao.
4.5.
Wnioski
5.
LITERATURA (References)
[1] Praca zbiorowa pod red. Florjaoczyk Z., Pęczek S.: „Chemia polimerów”, tom I
„Makrocząsteczki i metody ich otrzymywania”, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Warszawskiej, Warszawa 2001.
*2+ Rabek J. F.: „Współczesna wiedza o polimerach”, Wydawnictwo Naukowe PWN,
Warszawa 2008.
[3] Galina H.: „Fizykochemia polimerów”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej,
Rzeszów 1998.
*4+ Cowie J. M. G., Arrighi V.: „Polymers: chemistry and physics of modern materials”, CRC
Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton 2008.
[5+ Wilczyoski K.: „Reologia w przetwórstwie tworzyw sztucznych”, Wydawnictwa
Naukowo-Techniczne, Warszawa 2001.
[6] Strona internetowa firmy Mettler Toledo (www.mt.com)
Zadania nr 9
15
6.
PYTANIA SPRAWDZAJĄCE (Problems)
1. Scharakteryzowad podstawowe stany mechaniczne, w których występują polimery
amorficzne.
2. Opisad właściwości cieplne polimerów.
3. Wymienid i opisad charakterystyczne temperatury przemian postaci i stanu polimerów.
4. Przedstawid naturę przejścia szklistego polimerów.
5. Wymienid i krótko scharakteryzowad czynniki wpływające na temperaturę zeszklenia
polimerów.
6. Zdefiniowad pojęcie lepkosprężystości.
7. Opisad zjawiska charakterystyczne lepkosprężystości.
7.
EFEKTY KSZTAŁCENIA (Learning outcomes)
7.1.
Co student powinien wiedzied
- opisad podstawowe stany mechaniczne polimerów amorficznych,
- scharakteryzowad właściwości cieplne polimerów,
-
opisad
zmiany
morfologii
makrocząsteczki
polimeru
przy
przejściu
do
poszczególnych stanów mechanicznych,
- zdefiniowad charakterystyczne temperatury przemian postaci i stanu polimerów,
- opisad związek między budową polimeru a wartością jego temperatury zeszklenia,
- scharakteryzowad właściwości lepkosprężyste polimeru i zjawiska charakterystyczne
lepkosprężystości.
7.2.
Co student powinien umied
- wykonad pomiar temperatury zeszklenia polimerów przy użyciu analizatora DSC1,
- zinterpretowad wartości uzyskanych temperatur zeszklenia z punktu widzenia ich
wpływu na przetwórstwo polimerów,
Zadania nr 9
16
- oszacowad, który z polimerów będzie posiadał wyższą lub niższą T g na podstawie
jego budowy chemicznej,
- zanalizowad uzyskane dane i sformułowad logiczne, prawidłowe wnioski.
8.
TELEFONY ALARMOWE (Emergency numbers)
Pogotowie ratunkowe: 999
Straż pożarna: 998
Policja: 997
Straż miejska: 986
Pogotowie ciepłownicze: 993
Pogotowie energetyczne: 991
Pogotowie gazowe: 992
Pogotowie wodociągowe: 994
Numer alarmowy z telefonu komórkowego: 112
Zadania nr 9
17

Wyznaczanie temperatury zeszklenia polimerów

Transkrypt

Podobne dokumenty

Instrukcja DMTA

Polimery KARTA PRACY 9.2b

Wstęp teoretyczny do ćwiczenia: Spalanie i rozkład termiczny