WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO POLIMERU BIOKOMPATYBILNEGO METODĄ STANDARDOWEJ SKANINGOWEJ KALORYMETRII RÓŻNICOWEJ (DSC).

Transkrypt

1 Ćwiczenie WYZNACZANIE CIEPŁA WŁAŚCIWEGO POLIMERU BIOKOMPATYBILNEGO METODĄ STANDARDOWEJ SKANINGOWEJ KALORYMETRII RÓŻNICOWEJ (DSC). I. Cel ćwiczenia: W ramach zajęć zalanowano: otrzymywanie i analizę termogramów DSC dla olimeru biokomatybilnego olilaktydu (PLA). interretację danych doświadczalnych w obszarze rzejść szklistego i tonienia/krystalizacji semikrystalicznego PLA, wyznaczenie: strumienia cielnego i cieła właściwego dla badanego olimeru. II. Wielkości fizykochemiczne wyznaczane i jej związki z wielkościami mierzonymi w doświadczeniu: Podstawowe wielkości termodynamiczne związane z kalorymetria W kalorymetrii ilość cieła obrana lub oddana rzez układ (bez rzemiany fazowej) jest roorcjonalna do różnicy temeratur (T) między źródłem cieła a ciałem badanym; zależy od masy (m) jak również od rodzaju materiału, oisane ciełem właściwym, (c ) tak że można zaisać : Q = mc T Strumień cielny (Heat flow rate): Φ = dq dt Cieło właściwe (heat caacity): dq dh mc = ( ) = ( ) dt dt gdzie cieło jest związane z entalią (H) układu dq = d ( U + V ) = dh W różnicowej kalorymetrii skaningowej (Differential Scanning Calorimetry-DSC) mierzy się strumień cielny Μ w stanach stacjonarnych, natomiast jedną z głównych charakterystyk badanego materiału jest cieło właściwe (c ) i jego zachowanie zmienia się z temeraturą. W raktyce wyznacza się tzw. ozorne cieło właściwe (c *= c +L), który jest suma cieła właściwego (c ) (termodynamicznego) i cieła rzejścia fazowego (L).

2 W standardowej różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) stosuje się liniowy rogram wzrostu temeratury: T ( t ) T + qt = 0 Różnicowa kalorymetria skaningowa ( Differential Scanning Calorimetry-DSC) Standardowa DSC W różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC) stosuje się liniowy rogram wzrostu temeratury: Różnicowa kalorymetria skaningowa Różnicowa kalorymetria skaningowa Strumień cielny (Heat flow rate) dq Φ = dt Cieło właściwe (heat caacity): Q = mc T dq dt Φ = = mc dt dt = mc q dq Φ = = K T dt K T Φ mc = = q q Odowiedzią układu jest strumień cielny, z którego można otrzymać cieło właściwe zgodnie z owyższym schematem. Standard DSC (Q1000 TA Inst ) PLA -H Heat - flow Rate 10 mw Endotherm PLA -L Temerature (K) Rysunek 1 Strumień cielny dla PLA dla różnej zawartości D-isomerycznej formy.

3 Heat Caacity (J. K -1. mol -1 ) Standard DSC (Q1000 TA Inst ) semicrystalline PLA-L amorhous PLA-H Temerature (K) Rysunek 2 Przestawia rzykład całkowitego cieła właściwego dla PLA z Rys. 1. III. Odczynniki i aaratura: 1. Próbki olimerów: olilaktydu (PLA) 2. Tygle aluminiowe (ans) do umieszczenia róbek; 3. Układ do rzygotowania róbki (rasa do zamykania tygli); 4. Zestaw kalorymetryczny (DSC) składający się z : różnicowej kalorymetrii skaningowej TDSC Q1000 TA Instrument; zestaw do chłodzenia (intracooler); komuter z orogramowaniem TA Inst. do kontroli doświadczenia i analizy; 5. Waga analityczna; 6. Pęseta i nóż;

4 IV. Przebieg ćwiczenia: 1. Przygotować róbkę olimeru o masie mg w tyglu używając secjalnej rasy, włóż róbkę i referencyjny tygiel do komory DSC; 2. Uruchomić na min rzeływ azotu rzez intracooler z rędkością 50ml/min (rzed uruchomieniem intracoolera). 3. Włączyć DSC 4. Włączyć komutera: należy się zalogować komuter z orogramowaniem TA Inst. do kontroli doświadczenia. 5. Włączyć intracooler temeratura w celce omiarowej automatycznie obniża się oniżej 0 C do minimalnej temeratury ok. 90 C. Po uruchomieniu dowolnego omiaru i jego zresetowaniu temeratura w celce omiarowej wynosić będzie 30 C (tem. stand by ). 5. Przebieg omiaru: Wybierz metodę omiaru: tzn. należy wybrać istniejący lub odać nowy rzebieg temeraturowy ( z możliwa jest kombinacja rzebiegów grzania, chłodzenia z różnym rzyrostem temeratury oraz rzebiegi izotermiczne); każdą nową metodę należy nazwać; Podaj nazwę analizowanej substancji (Samle Name) i jej masy (Size); ustawić w Summery tab: mode: standard DSC Procedure tab: ustalić metodę.. Notes tab: dodaj zadane informacje. Zakończ rzez wduszenie hasła : Aly. Aby ekseryment rozocząć naciśnij: Control, Start. Dane są rejestruje automatycznie Po skończonych omiarach rowadzący zamyka okna dialogowe DSC i kalorymetr. V. Oracowanie wyników-analiza : Wyniki omiarów oracować rzy omocy orogramowania Universal Analysis software -TA Instrument. Program TA Inst rejestruje automatycznie krzywą DSC.

5 analizować termogramy: strumienia cielnego w funkcji czasu lub temeratury rzeanalizować obszar ciekawe dla danego olimeru, wyznaczyć charakterystyki omiaru, dla DSC rzeanalizować dane doświadczalne w obszarze rzejść: zeszklenia i tonienia/krystalizacji, wyznaczenie strumienia cielnego i cieła właściwego dla badanego olimeru. VI. Srawozdanie: Srawozdanie z rzerowadzonego ćwiczenia owinno zawierać: nazwiska wykonawców, datę i tytuł rzerowadzonego ćwiczenia; krótki ois zastosowanej metody (maksymalnie 1 strona formatu A4); rodzaj aaratury i odczynników wykorzystanych w ćwiczeniu; warunki omiarów; oracowanie wyników analiza i omówienie wyników. VII. Zagadnienia literaturowe do kolokwium: 1. Rodzaje kalorymetrycznych metod. 2. Zasada oznaczania arametrów olimerów metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC ). 3. Interretację danych doświadczalnych z DSC: strumienia cielnego i cieła właściwego dla badanych olimerów LITERATURA 1. B. Wunderlich, Macromolecular Physics, Vol. 1, 2,3; Academic Press, PDF Rerint of the book ublished in 1973 with a new Preface, Knoxville, M. Pyda, R. C. Bo, and B. Wunderlich, Heat Caacity of Poly(lactic Acid) J. Chem. Thermodynamics, 36, (2004). 3. M. Pyda, B. Wunderlich Reversing and Nonreversing Heat Caacity of Poly(lactic Acid) in the Glass Transition Region by TMDSC Macromolecules, 38, December 27, (2005). 4. M. Mucha, Polimery a Ekologia, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej Łódz, 2002, 5. V. Mathot, Calorimetry and Thermal Analysis of Polymers, Hanser, Munich, W. Przygocki, A. Wlochowicz, Fizyka Polimerów, PWN, Warszawa,

6 8. ATHAS Data Bank (Ed M. Pyda) htt://athas.rz.edu.l/