Χαρακτηρισμός εμπορικών τύπων πολυπροπυλενίου (pρ) μέσω θεολογικών, θερμικών και μηχανικών αναλύσεων
Creators: name: Καλαμάς, Θεοχάρης Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Ρεολογία πολυμερών
Φυσικοχημικές ιδιότητες πολυπροπυλενίου
Θερμική ανάλυση
Polymer Rheology
Physicochemical properties of polypropylene
Thermal analysis

description: Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των ιδιοτήτων διάφορων εμπορικών τύπων πολυπροπυλενίου τα οποία προορίζονται για την παραγωγή μιας ευρείας γκάμας προϊόντων. Η συνεχώς αυξανόμενη παραγωγή πολυπροπυλενίου, η διεύρυνση των εφαρμογών του και η παραγωγή όλο και πιο πολύπλοκων προϊόντων καθιστούν αναγκαίο τον ποιοτικό έλεγχο κατά την παραγωγή του πολυπροπυλενίου σε περισσότερα επίπεδα, ώστε το υλικό που παρασκευάζεται να έχει τις ιδιότητες που απαιτεί ο πελάτης, ακόμα και αν οι απαιτήσεις είναι πολύ συγκεκριμένες. Για το σκοπό αυτό στην παρούσα εργασία χρησιμοποιείται συνδυασμός κλασικών και μοντέρνων μεθόδων ανάλυσης πολυμερών. Αρχικά στα δείγματα μετρήθηκε το MFR ή MFI, μια μέτρηση που αποτελεί βασικό ρεολογικό χαρακτηριστικό, βάσει του οποίου ρυθμίζονται οι συνθήκες παραγωγής του πολυμερούς αλλά και καθορίζει με ποιον τρόπο θα μορφοποιηθούν τα τελικά προϊόντα. Με λίγα λόγια το MFR μας δείχνει το ρυθμό με τον οποίο ρέει το τήγμα του πολυμερούς μέσω μιας μικρής οπής υπό σταθερή πίεση και θερμοκρασία. Επόμενη ανάλυση ήταν η ρεομετρία τήγματος με σάρωση συχνότητας παραμόρφωσης, η οποία αποτέλεσε και την πιο προηγμένη ανάλυση που έλαβε χώρα στην εργασία αυτή. Η ανάλυση αυτή μας δίνει σε σύντομο χρόνο τα μοριακά βάρη του πολυμερούς (Mn, Mw και Mz) καθώς και τον δείκτη πολυδιασποράς (PDI) και την καμπύλη κατανομής των μοριακών βαρών, την οποία όμως δεν καταφέραμε να συμπεριλάβουμε στην εργασία αυτή. Στη συνέχεια αναλύσαμε τα δείγματα μέσω διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC) από όπου και πήραμε δεδομένα για τη θερμοκρασία τήξης (Τm) και τη θερμοκρασία κρυστάλλωσης (Tc) ενώ από την ενθαλπία της τήξης μπορέσαμε να εξάγουμε τον βαθμό κρυσταλλικότητας του πολυμερούς. Ακολούθησε η μέτρηση μιας μηχανικής ιδιότητας, αυτής της αντοχής σε εφελκυσμό, όμως μετρήθηκε μόνο ένα εκ των έντεκα δειγμάτων καθώς ήταν το μοναδικό που προορίζεται για την παραγωγή φιλμ. Τελευταία μέθοδος ήταν η φασματοσκοπία υπερύθρου (FT-IR) η οποία αποσκοπεί στον εντοπισμό προσμίξεων και ατελειών στα δείγματα μας. Η εξαγωγή των συμπερασμάτων βασίστηκε στην σύνδεση των ιδιοτήτων που βρήκαμε με τις ιδιότητες που αναμενόταν να έχουν τα δείγματα μας, καθώς και τον σκοπό που αυτές υπηρετούν. Παράλληλα εντοπίσαμε μια σύνδεση ανάμεσα στα αποτελέσματα του MFR και του ρεομέτρου και επιχειρήσαμε να δημιουργήσουμε ένα εμπειρικό μοντέλο πρόβλεψης των ιδιοτήτων του υλικού.
description: The aim of the present work is to study the properties of various commercial types of polypropylene which are intended for the production of a wide range of products. The ever-increasing production of polypropylene, the expansion of its applications and the production of more and more complex products make it necessary to have an increasingly intricate quality control during the production of polypropylene, so that the material produced has the properties required by the customer, even if the requirements are very specific. For this purpose, a combination of classic and modern polymer analysis methods are used in this paper. Initially the samples were measured for MFR or MFI, a measurement that is a key rheological characteristic, based on which the production conditions of the polymer are regulated but also determines how the final products will be formed. In summary, the MFR tells us the rate at which the polymer melt flows through a small orifice under constant pressure and temperature. Next analysis was melt rheometry with strain frequency scanning, which was also the most advanced analysis that took place in this paper. This analysis gives us in a short time the molecular weights of the polymer (Mn, Mw and Mz) as well as the polydispersity index (PDI) and the molecular weight distribution curve, which, however, we did not manage to include in this work. We then analyzed the samples by means of differential scanning calorimetry (DSC) from which we obtained data on the melting point (Тm), the crystallization temperature (Tc) and from the melting enthalpy we were able to extract the degree of crystallinity of the polymer. Next came the measurement of a mechanical property, that of tensile strength, but only one of the eleven samples was measured as it was the only one intended for film production. The last method was infrared spectroscopy (FT-IR) which aims to identify impurities and imperfections in our samples. Drawing conclusions was based on connecting the properties we found with the properties our samples were expected to have, as well as the purpose they serve. At the same time we identified a connection between the results of the MFR and the rheometer and attempted to create an empirical model for predicting the material properties.