Politechnika Rzeszowska Katedra Technologii Tworzyw Sztucznych Oznaczanie czasu żelowania i maksymalnej temperatury podczas żelowania nienasyconych żywic poliestrowych Rzeszów, 2010
Cel ćwiczenia: Oznaczenie maksymalnej temperatury i czasu wzrostu tej temperatury podczas kopolimeryzacji nienasyconych żywic poliestrowych w temperaturze 25 C Zagadnienia do kolokwium: 1. Reakcje sieciowania nienasyconych żywic poliestrowych. 2. Czynniki wpływające na szybkość sieciowania żywic poliestrowych. 3. Układy utwardzające do sieciowania poliestrów nienasyconych. 4. Rodzaje monomerów sieciujących do UP i cechy dobrego monomeru sieciującego. Literatura: 1. Królikowski W., Kłosowska-Wołowicz Z., Żywice i laminaty poliestrowe, WNT, Warszawa 1974. 2. Broniewski T., Metody badań i ocena właściwości tworzyw sztucznych, WNT, Warszawa 1970. 3. PN-EN ISO 2535:2004: Tworzywa sztuczne Nienasycone żywice poliestrowe Pomiar czasu żelowania w temperaturze otoczenia. Odczynniki: - Inicjator 50% roztwór wodoronadtlenku ketonu metylowo-etylowego we ftalanie dwumetylowym - Przyspieszacz naftenian kobaltu, roztwór w styrenie zawierający 1 % kobaltu - Nienasycona żywica poliestrowa Aparatura: - Łaźnia wodna zaopatrzona w mieszadło i regulację termostatową, umożliwiającą utrzymanie temperatury z dokładnością do ±0,5 C - Urządzenie do badania żelowania ciekłych żywic - Probówki szklane - Termopara o zakresie pomiarowym do 250±1 C - Sekundomierz
Rys. 1 Urządzenie do badania reakcji żelowania żywic ciekłych
Wykonanie oznaczenia: 1. Łaźnię napełnić wodą do poziomu o 10 cm powyżej dna probówki zewnętrznej, włączyć termostat i utrzymywać w temperaturze 25±0,5 C. 2. Włączyć urządzenie pomiarowe do sieci, sprawdzić jego podłączenie do komputera i uruchomić program sterujący. 3. Probówkę pomiarową umieścić w ruchomym uchwycie urządzenia do badania żelowania żywic. 4. Termoparę wprowadzić co cienkiej rurki szklanej zakończonej teflonowym korkiem i umieścić w osi probówki pomiarowej tak aby koniec termoczujnika znajdował się ok. 5 mm od dna próbówki. Równocześnie zamocować metalowy pręcik stanowiący czujnik stopnia zżelowania kompozycji poliestrowej, wyłączający się w chwili usieciowania żywicy. 5. W polipropylenowym kubku o pojemności 150 cm 3 odważyć 50 g żywicy z dokładnością do ±0,1 g, dodać inicjator odważony z dokładnością do ±0,001 g i energicznie mieszać ręcznie szklanym pręcikiem w ciągu 2 min. 6. Kubek z żywicą umieścić w łaźni o temperaturze 25 C na co najmniej 10 minut. Po osiągnięciu przez żywicę żądanej temperatury należy dodać przyspieszacza odważonego z dokładnością do ±0,001 g, włączyć sekundomierz i mieszać w ciągu 30 s. 7. Przygotowaną mieszaninę należy przelać do wewnętrznej próbówki pomiarowej do wysokości 75±1 mm i uruchomić program sterujący pracą urządzenia. Zanotować odmierzony na sekundomierzu czas, który upłynął od dodania przyspieszacza do uruchomienia programu sterującego. UWAGA: Czas niezbędny na wymieszanie składników kompozycji, wprowadzenie jej do rurki pomiarowej oraz uruchomienie układu akwizycji danych powinien wynosić ok. 1 min. 8. Oznaczenie należy prowadzić do chwili osiągnięcia przez żywicę maksymalnej temperatury. Z chwilą gdy temperatura zacznie opadać, przerwać oznaczanie, wyjąć czujnik temperatury. 9. Pomiary wykonać dla wybranych kompozycji (skład wskaże prowadzący ćwiczenia) złożonych z nienasyconej żywicy poliestrowej, układu utwardzającego i odpowiednich ilości napełniacza zgodnie z Tabelą 1.
Tabela 1. Skład kompozycji poliestrowej Składniki kompozycji Udział wagowy, cz. wag. Żywica poliestrowa (Polimal 103, Polimal 109) 100 Inicjator, 2, 3, 4 Przyspieszacz 0,2, 0,3, 0,4 Napełniacz (krzemionka) 0, 1, 3, 5 UWAGA: Ilości inicjatora i przyspieszacza, które należy użyć do wykonania oznaczenia powinny być ustalone w normie przedmiotowej dotyczącej badanej żywicy. Przeprowadzając ocenę porównawczą różnych żywic należy użyć 2 części mas. roztworu wodoronadtlenku ketonu metylowo-etylowego i 0,3 części mas. przyspieszacza kobaltowego na 100 części mas. żywicy. Opracowanie wyników: Wyniki pomiarowe zapisywane na dysku w pliku tekstowym należy zaimportować do wybranego programu umożliwiającego analizę i wizualizację danych pomiarowych, np. Microsoft Excel, Origin. Oznaczyć: czas żelowania po dodaniu układu inicjującego w temperaturze 25 C - za czas żelowania przyjąć moment, w którym badana kompozycja polimerowa osiąga temperaturę o 15 C wyższą od temperatury początkowej maksymalną temperaturę (T max ) zanotowaną podczas reakcji sieciowania należy odczytać z wykresu zależności T=f(t). czas osiągnięcia maksymalnej temperatury podczas żelowania (τ max ), który upłynął od chwili dodania przyspieszacza do chwili osiągnięcia maksymalnej temperatury τ max należy obliczyć w min wg wzoru. τ max = τ 1+ τ 2 gdzie: τ 1 czas, który upłynął od chwili dodania przyspieszacza do chwili włączenia urządzenia pomiarowego, [min]
τ 2 czas, który upłynął od chwili włączenia urządzenia pomiarowego do chwili osiągnięcia maksymalnej temperatury procesu kopolimeryzacji, [min] szybkość wzrostu temperatury podczas kopolimeryzacji (dt/dt) należy obliczyć na podstawie krzywej T = f(t) przez porównanie czasowych zmian wzrostu temperatury od 35 C (wartość wybrana jako standardowy punkt bazowy) do temperatury maksymalnej: dt dt = t T max Tmax 35 C t 35 C gdzie: T max t Tmax t 35 C temperatura maksymalna, [ C] czas osiągnięcia T max, [min] czas osiągnięcia T=35 C, [min] czas utwardzania - czas jaki upłynął od początku pomiaru do chwili gdy metalowy pręcik stanowiący czujnik stopnia zżelowania kompozycji poliestrowej, uległ unieruchomieniu wewnątrz próbówki pomiarowej co jest jednoznaczne z usieciowaniem żywicy. Zanotować temperaturę, w której nastąpiło wyłączenie oscylacji pręcika.