Liquid heat capacity of an amorphous poly(lactic acid)

• Autorzy: Skotnicki Marcin , Czerniecka-Kubicka Anna , Zarzyka Iwona , Pyda Marek

Identyfikatory

DOI

10.14314/polimery.2024.5.1

Warianty tytułu

PL

Pojemność cieplna ciekłego amorficznego poli(kwasu mlekowego)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The experimental and computed liquid heat capacity of an amorphous PLA was presented. The liquid heat capacity of PLA above the glass transition 333 K (60°C) is linked to the molecular motions and computed as the sum of vibrational, external (anharmonic), and conformational contributions. The largest contribution to the liquid heat capacity, Cp(liquid) of PLA comes from the vibrational motions calculated as the group and skeletal vibrational heat capacity. The external contribution to Cp(liquid) was calculated as a function of temperature from experimental data of the thermal compressibility and expansivity of the liquid state. The contribution of conformational heat capacity to the total heat capacity of an amorphous liquid PLA was calculated by fitting the experimental liquid heat capacity, after subtracting the vibrational and external parts, to the obtained heat capacity based on a one-dimensional Ising-type model with two discrete states. The parameters described in these states can characterise the macromolecule’s stiffness, cooperativity, and degeneracy. The computed and experimental data of Cp(liquid) showed good agreement at the investigated temperature region.

PL

W pracy przedstawiono eksperymentalna i obliczoną pojemność cieplną ciekłego amorficznego PLA. Pojemność cieplna cieczy PLA powyżej temperatury przejścia szklistego 333 K (60°C) jest powiązana z ruchami molekularnymi i została obliczona jako suma składników wibracyjnych, zewnętrznych (nieharmonicznych) i konformacyjnych. Największy wkład w pojemność cieplną cieczy, Cp(liquid) PLA, pochodzi z ruchów wibracyjnych, obliczonych jako pojemność cieplna wibracji grupowych i szkieletowych. Zewnętrzny wkład do Cp(liquid) został obliczony jako funkcja temperatury na podstawie danych eksperymentalnych z użyciem parametrów ściśliwości i rozszerzalności cieplnej cieczy. Wkład konformacyjnej pojemności cieplnej do całkowitej pojemności cieplnej amorficznego ciekłego PLA został obliczony przez dopasowanie eksperymentalnej pojemności cieplnej cieczy, po odjęciu części wibracyjnych i zewnętrznych, do otrzymanej pojemności cieplnej opartej na jednowymiarowym modelu typu Ising z dwoma dyskretnymi stanami. Parametry opisane w tych stanach mogą charakteryzować sztywność, kooperatywność i degenerację makrocząsteczki. Obliczone dane Cp(liquid) wykazały zgodność z danymi eksperymentalnymi w badanym zakresie temperatury.

Słowa kluczowe

EN

PLA; amorphous phase; liquid heat capacity; conformational heat capacity; glass transition

PL

PLA; faza amorficzna; pojemność cieplna cieczy; konformacyjna pojemność cieplna; temperatura zeszklenia

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 69, nr 5
• Strony: 238--291
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Skotnicki Marcin

• Industrial Pharmacy Division, Department of Pharmaceutical Technology, Poznan University of Medical Sciences, ul. Rokietnicka 3, 60-806 Poznań, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3325-4109

autor

Czerniecka-Kubicka Anna

• Department of Experimental and Clinical Pharmacology, Medical College of Rzeszow University, University of Rzeszow, ul. Warzywna 1A, 35-310 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3445-1227

autor

Zarzyka Iwona

• Department of Chemistry, Rzeszow University of Technology, al. Powstanców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-6780-3308

autor

Pyda Marek

• Department of Chemistry, Rzeszow University of Technology, al. Powstanców Warszawy 12, 35-959 Rzeszów, Poland
• Department of Chemistry, University of Tennessee, 1420 Circle Dr., Knoxville, TN 37996-1600, USA
• Chemical and Analytical Sciences Divison, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN 37831-6197, USA
• Department of Biophysics, Poznan University of Medical Sciences, ul. Grunwaldzka 6, 60-780, Poznań, Poland

Bibliografia

• [1] Wunderlich B.: “Thermal Analysis of Polymeric Materials”, Springer-Verlag, Berlin 2005.
• [2] Pionteck J., Pyda M.: “Polymer Solids and Polymer Melts, Part 2, Thermodynamic Properties-pVTData and Thermal Properties”, Springer-Verlag, Heidelberg 2014.
• [3] Pyda M., Bartkowiak M., Wunderlich B.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 1998, 51, 631. https://doi.org/10.1023/A:1010188110516
• [4] Wunderlich B.: Pure and Applied Chemistry 1995, 67, 1019. https://doi.org/10.1351/pac199567061019
• [5] ATHAS Data Bank. Available from Springer Materials. Accessed on 01.04.2024 from www.springermaterials.com
• [6] Gaur U., Cao M.Y., Pan R., Wunderlich B.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 1986, 31, 421.
• [7] Flory P.J.: Journal of the American Chemical Society 1965, 87, 1833. https://doi.org/10.1021/ja01087a002
• [8] Flory P.J., Orwoll R.A., Vrij A.: Journal of the American Chemical Society 1964, 86, 3507. https://doi.org/10.1021/ja01071a023
• [9] Flory P.J.: Statistical Mechanics of Chain Molecules, Interscience, New York, 1969. https://doi.org/10.1002/pol.1970.110080419
• [10] Sanchez I. C., Lacombe R.H.: Journal of Physical Chemistry 1976, 80, 2352. https://doi.org/10.1021/j100562a008
• [11] Sanchez I.C., Cho J.: Polymer 1995, 36, 2929. https://doi.org/10.1016/0032-3861(95)94342-Q
• [12] Cho J., Sanchez I.C.: Macromolecules 1998, 31, 6650. https://doi.org/10.1021/ma971784c
• [13] Simha R., Somcynsky T.: Macromolecules 1969, 2, 342. https://doi.org/10.1021/ma60010a005
• [14] Simha R.: Macromolecules 1977, 10, 1025. https://doi.org/10.1021/ma60059a028
• [15] Goldstein M., Simha R.: Annals of the New York Academy of Sciences 1976, 279. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1976.tb25407.x
• [16] Prigogine I., Trappeniers N., Mathot V.: Discussions of the Faraday Society 1953, 15, 93. https://doi.org/10.1039/DF9531500093
• [17] O’Reilly J.M.: Journal of Applied Physics 1977, 48, 4043. https://doi.org/10.1063/1.323539
• [18] DiMarzio E. A., Gibbs J.H.: Journal of Chemical Physics 1958, 28, 807. https://doi.org/10.1063/1.1744275
• [19] Gibbs J.H.: Journal of Chemical Physics 1956, 25, 185. https://doi.org/10.1063/1.1742830
• [20] DiMarzio E.A., Dowell F.: Journal of Applied Physics 1979, 50, 6061. https://doi.org/10.1063/1.325794
• [21] Loufakis K., Wunderlich B.: Journal of Physical Chemistry 1988, 92, 4205. https://doi.org/10.1021/j100325a042
• [22] Pyda M., Wunderlich B.: Macromolecules 1999, 32, 2044. https://doi.org/10.1021/ma990610e
• [23] Pyda M., Skotnicki M., Czerniecka-Kubicka A., Zarzyka I.: Thermochimica Acta 2023, 720, 179430. https://doi.org/10.1016/j.tca.2022.179430
• [24] Kulagina T.G., Lebedev B.V., Kiparisova Ye.G et al.: Polymer Sciences USSR 1982, 24, 1702. https://doi.org/10.1016/0032-3950(82)90455-5
• [25] Wunderlich B.: “Thermal Analysis”, Academic Press, Boston 1990.
• [26] Huang K.: “Statistical Mechanics”, Wiley, New York 1963.
• [27] Nernst W., Lindemann F.A.: Zeitschrift für Elektrochemie 1911, 17, 817. https://doi.org/10.1002/bbpc.19110171809
• [28] Einstein A.: Annalen der Physik 1907, 327, 180. https://doi.org/10.1002/andp.19063270110
• [29] Debye P.: Annalen der Physik 1912, 39, 789. https://doi.org/10.1002/andp.19123441404
• [30] Tarasov V.V. Zhurnal Fizicheskoi Khimii 1950, 24, 111.
• [31] Pyda M., Bopp R.C., Wunderlich B.: Journal of Chemical Thermodynamics 2004, 36, 731. https://doi.org/10.1016/j.jct.2004.05.014
• [32] Pyda M., Wunderlich B.: Macromolecules 2005, 38, 10472. https://doi.org/10.1021/ma051134p
• [33] Pyda M., Czerniecka-Kubicka A.: “Advances in Polymer Science”, volume 279, Springer International Publishing AG, 2017. https://doi.org/10.1007/12_2017_19
• [34] Grebowicz J., Wunderlich B.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 1985, 30, 229.
• [35] Pan R., Varma M., Wunderlich B.: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 1989, 35, 955.
• [36] Pyda M., Czerniecka-Kubicka A.: Advances in Polymer Science 2018, 279, 153. https://doi.org/10.1007/12_2017_19
• [37] Sato Y., Inohara K., Takishima S. et al.: Polymer Engineering and Science 2000, 40, 2602.
• [38] Tait P.G.: “Physics and Chemistry of the Voyage of H. M. S. Challenger”, Vol. 2, Part 4HMSO, London 1888.
• [39] Wunderlich B.: Progress in Polymer Science 2003, 28, 383.
• [40] Ishikiriyama K., Wunderlich B.: Macromolecules 1997, 30, 4126. https://doi.org/10.1021/ma961212h
• [41] Qiu W., Pyda M., Nowak-Pyda E. et al.: Macromolecules 2005, 38, 8454. https://doi.org/10.1021/ma051134p
• [42] Mathot V.B.F.: “Calorimetry and Thermal Analysis of Polymers”, Hanser Publishers, München 1994.
• [43] Magoń A., Pyda M.: Polymer 2009, 50, 3967. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2009.06.040
• [44] Schick C., Wurm A., Mohammed A.: Colloid and Polymer Science 2001, 279, 800. https://doi.org/10.1007/s003960100546