V této práci je studována struktura čistého a nukleovaného izotaktického polypropylenu vzniklá při vysokých rychlostech chlazení. Použitá nukleační činidla byla běžná barviva s specifickou (ftalokyanin a indolon) a nespecifickou (chinakridon) nukleační aktivitou. Kromě barviv bylo použito bezbarvé, komerčně dostupné, nukleační činidlo NJ Star NU-100. Koncentrace zmíněných přísad je 0,1 hm. %. Nukleační aktivita a efektivita jednotlivých látek byla zkoumána a zhodnocena pomocí diferenciální snímací kalorimetrie (DSC) a flash DSC, které umožnilo aplikaci extrémních rychlostí chlazení a dotažení izotermních podmínek. Přítomnost fáze je vidět na záznamech chlazení z flash DSC projevující se krystalizačním píkem mezi rychlostmi chlazení 10800 K/s a to pouze u vzorku s NJ Star NU-100. Záznamy ohřevů získaných pomocí flash DSC nenesou stopy po přítomnosti fáze i přes to, že tání fáze je pozorovatelné na záznamech ohřevu z DSC. Absence fáze je dána nejen vysokými rychlostmi chlazení, ale i vyšší rychlostí krystalizace fáze při daných teplotách izotermní krystalizace nebo aplikovaných rychlostech chlazení při neizotermní krystalizaci. Ukázalo se, že čistý polypropylen přestává krystalizovat při rychlosti chlazení 250 K/s, zatímco krystalizace nukleovaných materiálů prudce klesá až od rychlosti chlazení 600 K/s. Krystalizace zcela ustává při rychlosti chlazení 1200 K/s.
Annotation in English
Structure of neat and nucleated isotactic polypropylene created under extreme cooling rates is studied in this thesis. The nucleating agents were commonly used colorants with -specific nucleating activity (phtalocyanine and indolone) and non-specific nucleating activi-ty (quinacridone). The fourth nucleating agent is non-coloring commercially available NJ Star NU-100. Concentration of mentioned additives in isotactic polypropylene was 0.1 wt. %. Nucleating ability and efficiency of individual substances was investigated and assessed DSC and flash DSC, which enabled application of extreme cooling rates and iso-thermal conditions. The phase presence in flash DSC records is indicated by crystalliza-tion peak only in non-isothermal cooling of sample with NJ Star NU-100 between cooling rates 10800 K/s. The record of melting obtained from flash DSC did not show evidence of the phase presence, although the phase is present in the DSC records. The absence of the phase is probably caused not only by extreme cooling rates but also by higher crystallization rate of the phase at the given temperatures of isothermal crystallization, or given cooling rates during non-isothermal method. It was found, that neat isotactic polypropylene cease to crystalize at cooling rates of about 250 K/s, while crystallization of nucleating materials disappears at cooling rates of about 600 K/s at which the amount of amorphous material grows. Crystallization completely disappears at cooling rates above 1200 K/s.
V této práci je studována struktura čistého a nukleovaného izotaktického polypropylenu vzniklá při vysokých rychlostech chlazení. Použitá nukleační činidla byla běžná barviva s specifickou (ftalokyanin a indolon) a nespecifickou (chinakridon) nukleační aktivitou. Kromě barviv bylo použito bezbarvé, komerčně dostupné, nukleační činidlo NJ Star NU-100. Koncentrace zmíněných přísad je 0,1 hm. %. Nukleační aktivita a efektivita jednotlivých látek byla zkoumána a zhodnocena pomocí diferenciální snímací kalorimetrie (DSC) a flash DSC, které umožnilo aplikaci extrémních rychlostí chlazení a dotažení izotermních podmínek. Přítomnost fáze je vidět na záznamech chlazení z flash DSC projevující se krystalizačním píkem mezi rychlostmi chlazení 10800 K/s a to pouze u vzorku s NJ Star NU-100. Záznamy ohřevů získaných pomocí flash DSC nenesou stopy po přítomnosti fáze i přes to, že tání fáze je pozorovatelné na záznamech ohřevu z DSC. Absence fáze je dána nejen vysokými rychlostmi chlazení, ale i vyšší rychlostí krystalizace fáze při daných teplotách izotermní krystalizace nebo aplikovaných rychlostech chlazení při neizotermní krystalizaci. Ukázalo se, že čistý polypropylen přestává krystalizovat při rychlosti chlazení 250 K/s, zatímco krystalizace nukleovaných materiálů prudce klesá až od rychlosti chlazení 600 K/s. Krystalizace zcela ustává při rychlosti chlazení 1200 K/s.
Annotation in English
Structure of neat and nucleated isotactic polypropylene created under extreme cooling rates is studied in this thesis. The nucleating agents were commonly used colorants with -specific nucleating activity (phtalocyanine and indolone) and non-specific nucleating activi-ty (quinacridone). The fourth nucleating agent is non-coloring commercially available NJ Star NU-100. Concentration of mentioned additives in isotactic polypropylene was 0.1 wt. %. Nucleating ability and efficiency of individual substances was investigated and assessed DSC and flash DSC, which enabled application of extreme cooling rates and iso-thermal conditions. The phase presence in flash DSC records is indicated by crystalliza-tion peak only in non-isothermal cooling of sample with NJ Star NU-100 between cooling rates 10800 K/s. The record of melting obtained from flash DSC did not show evidence of the phase presence, although the phase is present in the DSC records. The absence of the phase is probably caused not only by extreme cooling rates but also by higher crystallization rate of the phase at the given temperatures of isothermal crystallization, or given cooling rates during non-isothermal method. It was found, that neat isotactic polypropylene cease to crystalize at cooling rates of about 250 K/s, while crystallization of nucleating materials disappears at cooling rates of about 600 K/s at which the amount of amorphous material grows. Crystallization completely disappears at cooling rates above 1200 K/s.
Diplomová práce se bude zabývat vlivem extrémně rychlého chlazení/ohřevu na vzniklou strukturu čistého i nukleovaného polypropylenu. V teoretické části bude věnována pozornost struktuře polypropylenu, použitým nukleačním činidlům a užitým metodám termické analýzy. Experimentální část se bude zabývat vyšetřením efektivity nukleačních činidel při chlazení vysokou rychlostí. Výsledkem bude zpřesnění dosud známých poznatků pomocí nové technologie čipové kalorimetrie (FlashDSC), která umožňuje simulovat reálné zpracovatelské rychlosti, např. vstřikování.
Research Plan
Diplomová práce se bude zabývat vlivem extrémně rychlého chlazení/ohřevu na vzniklou strukturu čistého i nukleovaného polypropylenu. V teoretické části bude věnována pozornost struktuře polypropylenu, použitým nukleačním činidlům a užitým metodám termické analýzy. Experimentální část se bude zabývat vyšetřením efektivity nukleačních činidel při chlazení vysokou rychlostí. Výsledkem bude zpřesnění dosud známých poznatků pomocí nové technologie čipové kalorimetrie (FlashDSC), která umožňuje simulovat reálné zpracovatelské rychlosti, např. vstřikování.
Recommended resources
Corradini, P., Petraccone, V., De Rosa, C., & Guerra, G. (1986). On the structure of the quenched mesomorphic phase of isotactic polypropylene. Macromolecules, 19(11), 26992703. doi:10.1021/ma00165a006 Schawe, J. E. K. (2013). Influence of processing conditions on polymer crystallization measured by fast scanning DSC. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 116(3), 11651173. doi:10.1007/s10973-013-3563-8 Van Drongelen, M., van Erp, T. B., & Peters, G. W. M. (2012). Quantification of non-isothermal, multi-phase crystallization of isotactic polypropylene: The influence of cooling rate and pressure. Polymer, 53(21), 47584769. doi:10.1016/j.polymer.2012.08.003
Recommended resources
Corradini, P., Petraccone, V., De Rosa, C., & Guerra, G. (1986). On the structure of the quenched mesomorphic phase of isotactic polypropylene. Macromolecules, 19(11), 26992703. doi:10.1021/ma00165a006 Schawe, J. E. K. (2013). Influence of processing conditions on polymer crystallization measured by fast scanning DSC. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 116(3), 11651173. doi:10.1007/s10973-013-3563-8 Van Drongelen, M., van Erp, T. B., & Peters, G. W. M. (2012). Quantification of non-isothermal, multi-phase crystallization of isotactic polypropylene: The influence of cooling rate and pressure. Polymer, 53(21), 47584769. doi:10.1016/j.polymer.2012.08.003
