Naslov
Utjecaj mikro i nanopunila na svojstva mješavina termoplastičnog poliuretana i propilena
(Influence of micro and nanofillers on the properties of thermoplastic polyurethane and polypropylene blends)

Autori
Ormuž Pavić, Bojana

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Mjesto
Zagreb

Datum
20.09

Godina
2013

Stranica
154

Mentor
Govorčin Bajsić, Emi

Ključne riječi
kaolin; mikro i nanopunila; polimerne mješavine; polipropilen; silika; talk; termoplastični poliuretan
(clay; micro and nanofillers; polymer blends; polypropylene; silica; talc; thermoplastic polyurethane)

Sažetak
U okviru doktorske disertacije istražen je utjecaj mikro i nanopunila na svojstva mješavina polipropilena (PP) i termoplastičnog poliuretana (TPU), koji pokazuju djelomičnu mješljivost. Dodatkom pogodnog punila smanjuje se međupovršinska napetost, dobiva se bolja morfologija mješavina što ima za posljedicu poboljšanje procesa preradbe i primjenskih svojstava konačnog materijala. Na preradljivost i mehanička svojstva polimernih materijala ima utjecaj količina dodanog punila, veličina čestica, interakcije između punila i polimerne matrice, kao i interakcije između čestica unutar samog punila, što može dovesti do pojave aglomeracije. Umješavanje mineralnih punila u polimere dovodi do poboljšanja njihovih svojstava, kao što su krutost, toplinska postojanost, dimenzijska stabilnost i gorivost. Variranjem udjela PP u TPU i obrnuto, s obzirom da su TPU i PP su međusobni modifikatori, istraživanja odnosa mješljivost – struktura – svojstva ovih polimera imaju ne samo teorijsku nego i veliku praktičnu važnost. Termoplastični poliuretani imaju segmentiranu morfologiju koja se sastoji od fleksibilnih, mekih segmenata i domena tvrdih segmenata. Takva segmentirana struktura određuje svojstva TPU-a, uključujući mehanička svojstva kao što su prekidna čvrstoća i moduli. Zahvaljujući svojim dobrim mehaničkim svojstvima, lakoj preradbi, kompatibilnosti s velikim brojem punila i niskoj cijeni polipropilen (PP) je našao široku primjenu. Na krajnja svojstva polimernih mješavina ima utjecaj morfološka, molekulna i nadmolekulna struktura, kao i polarnost i stupanj kristalizacije pojedinih komponenata u polimernoj mješavini. Istražena je mješljivost TPU-a i PP-a dodatkom različitih punila (talk, silika i kaolin), te površinski obrađenog talka kao punila. Mješavine TPU i PP bez i s dodatkom punila kao i čiste komponente TPU i PP priređene su u laboratorijskom dvopužnom ekstruderu, a ispitna tijela navedenih mješavina i čistih komponenata (TPU i PP) injekcijskim prešanjem. Karakterizacija toplinskih svojstava i kinetika kristalizacije u neizotermnim i izotermnim uvjetima provedena je diferencijalnom pretražnom kalorimetrijom (DSC). Mjerenje viskoelastičnih funkcija (modula pohrane E' i modula gubitka E'') u ovisnosti o temperaturi provedeno je tehnikom dinamičko mehaničke analize (DMA). Za određivanje toplinske postojanosti istraživanih uzoraka korištena je termogravimetrijska analiza (TGA). Mehanička svojstva (σ - prekidna čvrstoća, ε - prekidno istezanje) provedena su na univerzalonom uređaju za mehanička ispitivanja. Dodatkom mineralih punila, silike, talka i kaolina, kod svih omjera TPU/PP u mješavini dolazi do povećanja mješljivosti. Rezultati pokazuju da talk djeluje kao sredstvo za nukleaciju, te dolazi do porasta kristalnosti TPU/PP mješavina. Uz dodatak talka kao punila mješavina TPU/PP/punilo 80/20/5 (TPU/PP/P 80/20/5) ima najveću toplinsku postojanost. Kaolin kao punilo pokazuje najbolju mješljivost kod svih omjera TPU/PP, najveća toplinska postojanost dodatkom kaolina dobivena je u TPU/PP/kaolin 20/80/5 mješavini. Toplinska postojanost TPU-a i PP-a je manja u atmosferi zraka nego dušika, početak razgradnje pomaknut je na niže vrijednosti temperature. Povećanjem udjela PP-a dolazi do povećanja toplinske postojanosti TPU/PP mješavina u atmosferi dušika. Dodatak talka u omjeru od 1-3 mas % povećava toplinsku postojanost svih istraženih TPU/PP/talk mješavina. Dodatkom nanosilike u TPU/PP mješavine dolazi do veće fazne separacije između tvrdog (izocijanat + produživač lanca) i mekog (poliol) segmenta u TPU-u jer nastaju vodikove veze između esterskih karbonilnih skupina i silanolnih skupina na površini nanosilike. Iz dobivenih rezultata za mehanička ispitivanja može se zaključiti da dodatak talka u TPU/PP mješavine uz omjer TPU-a i PP-a 20/80 dovodi do povećanja prekidne čvrstoće i Young-ovog modula uslijed interakcija između polimera i punila. Usporedba rezultata dobivenih silanom obrađenog i neobrađenog talka pokazuje da polimerni kompoziti i mješavine imaju bolja svojstva kad je talk kemijski obrađen silanima. Kinetika neizotermne kristalizacije određena je primjenom Avramijevog modela. Utjecaj različite izotermne temperature proučavan je usporedbom vrijednosti kinetičkih parametara kao što su Avramijev eksponent, n, kinetička konstanta brzine kristalizacije, K, i polovično vrijeme kristalizacije, t1/2. Avramijev eksponent kreće se u rasponu od 1, 18 – 2, 31. Ovi rezultati ukazuju na dvodimenzijski rast kristala. Kinetika izotermne kristalizacije pokazala je da se dodatkom talka povećava kristalište i raste konstanta brzine kristalizacije, K, TPU/PP mješavina. Za dane temperature kristalizacije, polovično vrijeme kristalizacije, t1/2, TPU/PP/talk mješavina je niže od pripadajućih vrijednosti kod TPU/PP mješavina.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Kemijsko inženjerstvo

POVEZANOST RADA