Synchrotronowe badania nanostruktury materiałów polietylenowych

• Autorzy: Janicki J. , Rabiej S. , Włochowicz A.

Warianty tytułu

EN

Synchrotron investigations of polyethylene materials nanostructures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W procesach krystalizacji i topnienia zbadano nanostrukturę materiałów polietylenowych w czasie rzeczywistym metodą małokątowego rozpraszania promieni rentgenowskich (SAXS) i metodą różnicowej kalorymetrii skaningowej (DSC). Materiały polietylenowe stanowiły jednorodne kopolimery etylen/1-alken (propen, buten, okten) oraz wzorcowy polietylen liniowy (PE-L), polietylen dużej gęstości (PE-HD) i polietylen małej gęstości (PE-LD). Pojęcie "kopolimery jednorodne" dotyczy kopolimerów otrzymywanych z zastosowaniem katalizatorów metalocenowych lub wanadowych; charakteryzują się one, oprócz wąskiego rozkładu ciężarów cząsteczkowych, stalą zawartością jednostek komonomerycznych we wszystkich łańcuchach oraz statystycznie jednakowym rozmieszczeniem tych jednostek w każdym łańcuchu. Szczegółowo opisano podstawy teoretyczne i metodykę obliczania wyników. Podano zależności matematyczne opisujące funkcję korelacyjną, inwariant (czyli całkowitą zdolność rozpraszania materiału), grubość lamel krystalicznych i warstw amorficznych, a także masowy stopień krystaliczności. Omówiono zmiany stopnia krystaliczności (w(c) ), inwariantu (Q ) oraz wartości wielkiego okresu (L(p))), grubości lamel krystalicznych (L(c)) i grubości obszarów amorficznych (L(a)) zachodzące w szerokim zakresie temperatury (od -40 °C do +120 °C). Uwzględniając znaczne zmiany L(p) w funkcji temperatury oraz stałą grubość lamel krystalicznych wyjaśniono mechanizm topnienia układów lamelarnych.

EN

Nanostructures of polyethylene materials were investigated, at real time in the processes of crystallization and melting, with using of SAXS (Fig. 2) or DSC (Fig. 4) methods. The following polyethylene materials (Table 1) were investigated: homogeneous copolymers of ethylene/1-alkene (propene, butene, octene), standard linear polyethylene (PE-L), high-density polyethylene (PE-HD) and low-density polyethylene (PE-LD). The term homogeneous copolymers" concerns copolymers obtained with using of metalocene or vanadium based catalysts. Except the narrow molecular weights distributions they show constant content of co-monomers units in the chains and statistically identical distribution of these units in the each chain. Theoretical base as well as the methodology of the calculations of the results were described in details. There were presented mathematical dependences describing: correlation function [equation (1), graphical forms in Figs. 1 and 7], invariant [i.e. full scattering power of a material - equations (2) and (3)], thickness of crystalline lamellae and amorphic layers [equation (5)] as well as mass degree of crystallinity [equation (7)]. Changes of crystallinity degree (w(c) - Figs. 5, 6 and 9), invariant (Q - Fig. 3), long period values (L(p)), thickness of crystalline lamellae (L(c)) or amorphic layers (L(a)) [Figs. 8, 10 and 11, equations (8)-(12)] proceeding in the wide range of temperature (from -40°C to +120°C) were discussed. The mechanism of lamella systems' melting was explained, taking into consideration the significant L(p) changes versus temperature and constant thickness of crystalline lamellae.

Słowa kluczowe

PL

kopolimery jednorodne etylen/1-alken; polietylen; rozpraszanie promieni rentgenowskich; różnicowa kalorymetria skaningowa; kalorymetria skaningowa; struktura nanocząsteczkowa; topnienie; krystalizacja

EN

homogeneous copolymers of ethylene/1-alkene; polyethylene; SAXS; DSC; nanostructure, melting; crystallization

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 49, nr 4
• Strony: 248--256
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Janicki J.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Instytut Inżynierii Tekstyliów i Materiałów Polimerowych, ul. Willowa 2 , 43-309 Bielsko-Biała

autor

Rabiej S.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Instytut Inżynierii Tekstyliów i Materiałów Polimerowych, ul. Willowa 2 , 43-309 Bielsko-Biała

autor

Włochowicz A.

• Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej, Instytut Inżynierii Tekstyliów i Materiałów Polimerowych, ul. Willowa 2 , 43-309 Bielsko-Biała

Bibliografia

• 1. Mathot V. B. F., Fabric C. M.: J. Polym Sci, Part B: Polym. Phys. Ed. 1990,28,2487.
• 2. Hunter B, K„ Russel K. E., Scammel M. V., Thompson S. L.: J. Polym. Sci., Part ,4; Polym. Chem. Cd. 1984, 22,1383.
• 3. Van den Eynde S., Mathot V. B. F., Reyneaers H.: Polymer 2000,41,3437.
• 4. Koch M. H. J., Bordas J.: Nucl. Instrum. Methods 1983, 208,461.
• 5. Boulin C. J., Kempf K„ Gabriel A., Koch M. H. J.: Nuclear lustrum. Methods Phys. Res. 1988, A269, 312.
• 6. Debye P„ Buech A. M. J.: Appl. Phys. 1949,20,1949.
• 7. Vonk C. G., Kortleve G.: Kolloid Z Z. Polym 1967, 220,19.
• 8. Strobl G. R„ Schneider M.: J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. Ed. 1980,18,1343.
• 9. Goderis B„ Reynaers H., Koch M. H. J„ Mathot V. B. F.: J. Polym Sci., Part B: Polym. Phys Ed. 1999, 37, 1715.
• 10. Porod G.: Kolloid Z. 1951,124,83.
• 11. Ruland W.: J. Appl. Crysl. 1971,4,70.
• 12. Koberstein J. T„ Morra B., Stein R. 5.: J. Appl. Cryst. 1980,13,34.
• 13. Boulin C., Kempf R., Koch M. I i. ]., Mc Laughlin S. M.: Nucl. Instrum. Methods 1986, A249,399,
• 14. Mathot V. B. F„ Pijpers M. F. J. Therm. Anal. 1983, 28,349.
• 15. Mathot V. B. F.: „Calorimetry and Thermal Analysis of Polymers" (red. Mathot V. B. F.), rozdział 5., Hanser Publishers, Monachium 1994.
• 16. Wunderlich B.: Pure Appl Chart. 1995,67,1019.
• 17. Internet: http://www.utk.edu/~athas
• 18. Swan P. R.: J. Polym. Sci. 1960,42,525.
• 19. Hoffman J. D., Davis G. T., Lauritzen J. 1.: „Treatise on Solid State Chemistry", t. 3., Plenum Press, Nowy Jork 1979.
• 20. Hoffman J. D„ Miller R. L.: Polymer 1997, 38,3151.
• 21. Florv P.J.: Trans. Farad. Soc. 1955,51, 848.