Grzegorz Piechota

Ćwiczenie nr 8

Oznaczanie entalpii krystalizacji (ΔH_c) oraz topnienia (ΔH_m)

Poli( terftalenu etylenowego).

Wykonanie ćwiczenia.

Zważyłem tygielek od kalorymetru z dokładnością do 0,1 mg następnie odważyłem próbkę polimeru o masie 17,75 mg. Kalorymetr był już uruchomiony. Umieściłem tygielek z próbką polimeru w lewym gnieździe komory kalorymetru. W prawym gnieździe umieściłem pusty tygielek. Pokryłem komorą kalorymetru i podłączyłem przepływ azotu z szybkością ok. 1ml/min. Zarejestrowałem zakres temperatury procesu krystalizacji (ΔH_c), który wynosi 141,63 - 183,84 ^oC jak i zakres procesu topnienia (ΔH_m) 219,82 ^oC - 270,55 ^oC.

Wzór chemiczny PET:

Właściwości i zastosowania poli(tereftalanu etylenowego).

Stopiony PET jest przezroczystą cieczą o dużej lepkości, barwy jasnożółtej, po szybkim ochłodzeniu przechodzi on w przezroczyste ciało stałe. Taka przezroczysta postać PET - u jest trwała do temperatury 80 ^oC. Powyżej tej temperatury PET krystalizuje. Temperatura topnienia wynosi około 265 ^oC, gęstość 1,38 g/ml. PET jest związkiem mało wrażliwym na wodę. Zanurzony w niej w temperatuzre 25 ^oC w ciągu tygodnia pochłania mniej niż 0,5% wody, przy tym jego własności mechaniczne praktycznie nie zmieniają się. PET jest trwały (nawet w podwyższonych temperaturach) na działanie takich rozpuszczalników jak octan etylu, aceton, ksylen, dioksan, lodowaty kwas octowy. Rozpuszcza się w fenolach, chlorofenolach, kwasie trójfluorooctowym, eterze fenylowym i stężonym kwasie siarkowym. PET nie ulega niszczeniu przez owady (mole) i mikroorganizmy. Folie, włókna i inne wyroby z PET charakteryzują się dużą wytrzymałością mechaniczną. Odporność folii na niskie temperatury wynosi - 155 ^oC. Wytrzymuje on długotrwałe ogrzewanie w temperaturze 150 ^oC, nie zmieniając w zasadzie swojej wytrzymałości. Charakteryzuje się dobrymi właściwościami dielektrycznymi. Folie politereftalowe są prawie nierozpuszczalne dla pary wodnej i par rozpuszczalników organicznych, tlenu i azotu. W przemyśle folie z danego polimeru otrzymuje się metodą wytłaczania. W celu zapewnienia odpowiednich własności wytrzymałościowych folię z amorficznego PET poddaje się orientacji dwuosiowej przez rozciąganie w podwyższonej temperatuzre i w określonym czasie. Następuje krystalizacja polimeru i stabilizacja jego własności mechanicznych. Folia z PET wyróżnia się dobrą przezroczystością i dużą wytrzymałością mechaniczną. Jest on materiałem izolacyjnym o wysokiej jakości. Z folii metalizowanej wytwarza się miniaturowe kondensatory. Folia jest stosowana jako izolacja w maszynach elektrycznych, do produkcji taśm magnetofonowych, opakowań, izolacji cieplnej przewodów, jako podłożę materiałów fotograficznych itd. PET jest szeroko stosowany do produkcji włókien syntetycznych. W stanie wilgotnym wytrzymałość włókien poliestrowych nie zmienia się. Mają one także dużą elastyczność. Wyroby z nich są 2 -3 razy trwalsze na zgniecenie niż wyroby wełniane. Włókna poliestrowe wykazują dużą odporność na światło. Z włókien politereftalowych otrzymuje się wszystkie rodzaje tkanin odzieżowych, odzież specjalną, izolacje elektryczne, tkaniny dekoracyjne. Stosuje się ja do produkcji sznurów, lin, żagli, siatek, taśm transporterowych.

Cel ćwiczenia.

Oznaczenie entalpii krystalizacji (ΔH_c) oraz topnienia (ΔH_m) PET za pomocą kalorymetru DSC.

1. Równania, w oparciu o które zostały wyznaczone ΔH_c i ΔH_m badanego polimeru:

;gdzie ΔH_ms - ciepło topnienia polimeru, ΔH_mr - ciepło topnienia substancji, ΔH_c - ciepło krystalizacji polimeru, ΔH_cr - ciepło krystalizacji substancji rozpuszczonej, As - pole piku badanego polimeru, Ac_s - pole piku badanego polimeru, Ar - pole piku substancji wzorcowej, Ac_r - pole piku substancji wzorcowej, m_r - masa substancji wzorcowej, m_s - masa odważonego polimeru.

2. Obliczam stopień krystalizacji badanego polimeru:

• Entalpie topnienia i krystalizacji wynoszą odpowiednio:

ΔH_m = 30,64 [mJ/mg]

ΔH_c = -25,48 [mJ/mg]

• Wzorcowa entalpia topnienia ΔH_m⁰ preparatu PET o stopniu krystaliczności równym 100% wynosi ΔH_m⁰ = 117,65 [mJ/mg]

• Więc po podstawieniu do wzoru na stopień krystalizacji:

Wnioski.

Podczas ćwiczenia udało się wyznaczyć zarówno entalpię topnienia jak i krystalizacji. Oba te procesy mają podobne wartości entalpii tyle, że z przeciwnym znakiem do doskonale obrazuje wykres. Ich suma jest bliska zeru (-5 mJ/mg). Dane, które otrzymałem w tym ćwiczeniu pozwoliły mi wyliczyć stopień krystalizacji, który wyniósł prawie 50%. Ćwiczenie zostało wykonane poprawnie.

Literatura:

1. W. Przygodzki „Metody fizyce badań polimerów”, PWN, Wawa, 1990

2. Praca zbiorowa pod redakcją A. Narębskiej „Podstawy chemii i fizykochemi polimerów” Wydawnictwo UMK Toruń.

3. D. Campbell i J.R. White „Polymer Chatacterization. Phisical techniqes” Champan& Hall, London-New York 1989.

4. H. Galina “Fizykochemia polierów”, Oficyna Wydawnicza PRz, 1998.

...................................

---