UNIWERSYTET OPOLSKI - KONSORCJANT NR 8. projektu pt.: Nowe przyjazne dla środowiska kompozyty polimerowe z wykorzystaniem surowców odnawialnych

Transkrypt

1 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

2 za każdym razem do badań należy dostarczyć próbkę odniesienia, tj. polimer na bazie, którego otrzymano kompozyt lub próbkę stanowiącą wzorzec. 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 ), do badań starzeniowych z jednej partii materiału każdorazowo należy przygotować 30 jednakowych próbek,

3 Przeanalizowano pomiary parametrów klimatycznych ze stacji poligonowej w celu opracowania warunków pracy aparatu Xenotest

4 Przygotowano program badawczy w Xenoteście (wg. ISO ) PARAMETR FAZA 1 FAZA 2 Zestaw filtrów XENOCHROME 300 Natężenie promieniowani [W/m 2 ] 150±5 150±5 Tryb pracy karuzeli bez obrotu bez obrotu Kontrola temperatury komora komora Temperatura [ o C] 35±5 30±5 Symulacja deszczu nie tak Wilgotność względna [%] 50±5 deszcz Długość fazy [min.] Kryterium zakończenia programu 103 MJ/m 2

5 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.

6 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.

7 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.

8 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

9 Cd. FTIR Standaryzacja widm porównywanych próbek do jednolitej ich grubości polega na zrównaniu absorpcji pasma standardu wewnętrznego wszystkich porównywanych próbek (ok 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

10 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.

11 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.

12 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.

13 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ