Πειραματική προσομοίωση και υπολογιστική μελέτη της διεργασίας της κρυστάλλωσης του βιοβασιζόμενου πολυμερούς πολύ(τερεφθαλικού προπυλενεστέρα) (PPT)
Φόρτωση...
Ημερομηνία
Συγγραφείς
Σαρλή, Αφροδίτη
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Χημείας
Περίληψη
Τύπος
Είδος δημοσίευσης σε συνέδριο
Είδος περιοδικού
Είδος εκπαιδευτικού υλικού
Όνομα συνεδρίου
Όνομα περιοδικού
Όνομα βιβλίου
Σειρά βιβλίου
Έκδοση βιβλίου
Συμπληρωματικός/δευτερεύων τίτλος
Περιγραφή
Τα πλαστικά χρησιμοποιούνται σε ποικίλες εφαρμογές και έχουν γίνει αναπόσπαστο μέρος της κοινωνίας μας. Η παγκόσμια παραγωγή πλαστικών τα τελευταία 13 χρόνια είναι η μισή από τα πλαστικά που παράγονται από το 1950 και μετά. Η παγκόσμια παραγωγή πλαστικού αναμένεται επίσης να αυξηθεί στο μέλλον. Είναι μια αναμφισβήτητη
πραγματικότητα ότι η μητέρα μας γη περιβάλλεται πλήρως από συντριπτικές ποσότητες πλαστικών απορριμμάτων.
Ο πολυ(τερεφθαλικός προπυλενεστέρας) (PPT), είναι ο πρώτος και πιο μελετημένος πολυεστέρας της 1,3-προπανοδιόλης που είναι διαθέσιμος στην αγορά. Το πολυμερές είναι κατάλληλο για βιομηχανική παραγωγή ινών. Οι ίνες PPT χαρακτηρίζονται από πολύ καλές μηχανικές αντοχές που οφείλονται στην κρυσταλλική του δομή. Οι αλυσίδες PPT έχουν πολύ πιο γωνιακή δομή λόγω του ζυγού αριθμού ομάδων μεθυλενίου του τμήματος διόλης σε σχέση με τον πολυ(τερεφθαλικό αιθυλενεστέρα) (ΡΕΤ). Επομένως, αυτές οι αλυσίδες
μπορούν να εκταθούν έως και 15% με αναστρέψιμη ανάκτηση. Ο περιττός αριθμός μονάδων μεθυλενίου στο τμήμα διόλης είναι υπεύθυνος για τα χαμηλότερα σημεία τήξης, το χαμηλότερο βαθμό κρυσταλλικότητας και τους υψηλότερους ρυθμούς βιοαποδόμησης των
πολυμερών που παρασκευάζονται από την 1,3-προπανοδιόλη, σε σύγκριση με τα ομόλογά τους με βάση αιθυλενογλυκόλη ή 1,4 -βουτανοδιόλη.
Το PΡT κυκλοφόρησε στο εμπόριο σχετικά πρόσφατα και προς το παρόν πωλείται με το εμπορικό σήμα Corterra της Shell και βιολογικής βάσης Sorona της Dupont. Ωστόσο, καθώς μπορεί να βαφεί πιο εύκολα, έχει πιο απαλή αίσθηση και ανώτερη αντίσταση λεκέδων, τέντωμα και ανάκτηση, αυτό το πολυμερές γίνεται όλο και πιο ελκυστικό για αυτές
τις εφαρμογές από την αρχική του εμπορευματοποίηση. Οι ίνες PTT, εμπορικά γνωστές ως Triexta, χρησιμοποιούνται επίσης σε μαξιλαροθήκες και μαγιό. Το πολυμερές ερευνάται ως μηχανικό θερμοπλαστικό και για μεμβράνες και συσκευασίες τροφίμων. Επί του παρόντος, στρώματα PET και νάιλον υπάρχουν σε σακούλες. Δεδομένου ότι το PTT εμφανίζει τη διαφάνεια και την αντίσταση στη θερμότητα του PET αλλά μια ευελιξία και ελαστικότητα συγκρίσιμη με αυτή του νάιλον, το πολυμερές έχει ερευνηθεί για να αντικαταστήσει και τα δύο υλικά. Πρόσφατα, νημάτια για τρισδιάστατη εκτύπωση με εξώθηση παρήχθησαν από PTT αναμεμειγμένο με βιοάνθρακα.
Στην παρούσα εργασία έγινε μελέτη της θερμικής συμπεριφοράς του ΡΡΤ και πραγματοποιήθηκε μια σειρά πολλών πειραμάτων κρυστάλλωσης σε μια προσπάθεια για πειραματική προσομοίωση και μελέτη της κρυστάλλωσης και της τήξης του PPT. Χρησιμοποιήθηκε η τεχνική της συμβατικής Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC)
αλλά και η νέα τεχνική της θερμιδομετρίας ταχείας σάρωσης FSC. Με τη συμβατική DSC έγινε μελέτη της ισόθερμης κρυστάλλωσης σε ένα εύρος θερμοκρασιών από 169 ως και 209oC και επίσης έγινε μελέτη της τήξης κατά την ακόλουθη θέρμανση μετά από ισόθερμη
κρυστάλλωση. Παρατηρήθηκαν φαινόμενα πολλαπλών τήξεων. Αυτά ερμηνεύθηκαν στη λογική της μερικής τήξης, ανακρυστάλλωσης, τελικής τήξης. Μελετήθηκε η επίδραση του χρόνου και του ρυθμού θέρμανσης στην πολλαπλότητα των κορυφών τήξης και την εμφάνιση ανακρυστάλλωσης. Προσδιορίστηκε η θερμοκρασία τήξης ισορροπίας ίση με 281.6oC. Έγινε επίσης μελέτη της κρυστάλλωσης κατά την ψύξη από το τήγμα με 45 διαφορετικούς ρυθμούς. Τέλος με DSC μελετήθηκε η κρυστάλλωση κατά τη θέρμανση δειγμάτων ΡΡΤ με διαφορετικούς ρυθμούς μετά από απότομη ψύξη από το τήγμα (quenching). Βρέθηκε ότι η ταχύτητα ισόθερμης κρυστάλλωσης εκφρασμένη ως αντίστροφο
της ημιπεριόδου κρυστάλλωσης, μειώνεται εκθετικά με αύξηση της θερμοκρασίας κρυστάλλωσης. Έγινε εφαρμογή διάφορων μαθηματικών προτύπων για την ανάλυση των δεδομένων της διεργασίας ισόθερμης αλλά και της μη ισόθερμης κρυστάλλωσης.
Υπολογίστηκε η ενέργεια ενεργοποίησης της μη ισόθερμης κρυστάλλωσης. Βρέθηκε ότι η κρυστάλλωση κατά την ψύξη ξεκινά σε υψηλότερη θερμοκρασία με μείωση του ρυθμού ψύξης. Ωστόσο, με αύξηση του ρυθμού ψύξης απαιτείται μεγαλύτερη υπέρψυξη, δηλαδή
για να ξεκινήσει η κρυστάλλωση πρέπει η θερμοκρασία να μειωθεί περισσότερο. Ωστόσο, η μεγαλύτερη υπέρψυξη οδηγεί τελικά σε υψηλότερες ταχύτητες κρυστάλλωσης. Από τα δεδομένα της κρυστάλλωσης από το γυαλί, προέκυψε ότι με αύξηση του ρυθμού θέρμανσης αυξάνεται η θερμοκρασία κορυφής κρυστάλλωσης, σχεδόν εκθετικά. Γενικά, είναι γεγονός ότι το ΡΡΤ δεν κατέστη δυνατό να ληφθεί εντελώς άμορφο με απότομη ψύξη από το τήγμα.
Η τεχνική της Θερμιδομετρίας Ταχείας Σάρωσης (FSC) αποτελεί ένα μοναδικό εργαλείο για την πειραματική προσομοίωση των βιομηχανικών διεργασιών καθώς επιτρέπει θέρμανση και ψύξη με ταχύτατους ρυθμούς, όπως ακριβώς στη βιομηχανία των πλαστικών.
Πολύ σημαντικά αποτελέσματα προέκυψαν με τη χρήση της FSC τόσο ως προς την κρυστάλλωση όσο και ως προς την τήξη. Η διεξοδική μελέτη με FSC έδειξε πως το φαινόμενο της ανακρυστάλλωσης είναι κυρίαρχο στους θερμοπλαστικούς πολυεστέρες. Βρέθηκε ότι η κρυστάλλωση από το τήγμα μπορεί να προληφθεί όταν η ψύξη γίνεται με ρυθμό πάνω από 4oC/s ή 240 oC/min. Αντίστοιχα, ο κρίσιμος ρυθμός για να αποφευχθεί η κρυστάλλωση κατά τη θέρμανση από το γυαλί είναι 20oC/s ή 1.200 oC/min. Από τη μελέτη της τήξης μετά από ισόθερμη κρυστάλλωση, αποδείχθηκε ότι γενικά η τήξη ξεκινά λίγο
πάνω από τη θερμοκρασία κρυστάλλωσης.
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Θερμική συμπεριφορά, Πολυμερή, Κινητική κρυστάλλωση
Θεματική κατηγορία
Πολυμερή
Παραπομπή
Σύνδεσμος
Γλώσσα
el
Εκδίδον τμήμα/τομέας
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών. Τμήμα Χημείας
Όνομα επιβλέποντος
Παπαγεωργίου, Γεώργιος
Εξεταστική επιτροπή
Αχιλιάς, Δημήτριος
Μπικιάρης, Δημήτριος
Παπαγεωργίου, Γεώργιος
Μπικιάρης, Δημήτριος
Παπαγεωργίου, Γεώργιος
Γενική Περιγραφή / Σχόλια
Ίδρυμα και Σχολή/Τμήμα του υποβάλλοντος
Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων. Σχολή Θετικών Επιστημών Χημείας
Πίνακας περιεχομένων
Χορηγός
Βιβλιογραφική αναφορά
Ονόματα συντελεστών
Αριθμός σελίδων
151 σ.
Λεπτομέρειες μαθήματος
item.page.endorsement
item.page.review
item.page.supplemented
item.page.referenced
Άδεια Creative Commons
Άδεια χρήσης της εγγραφής: Attribution 3.0 United States