Centrum polymerních materiálů a technologií Otty Wichterle

Chemická degradace a termodynamika

vedoucí: Ing. Hynek Beneš, Ph.D.
kontakt: +420 296 809 313, benesh(a)imc.cas.cz

    Degradace označuje změnu struktury a vlastností polymerů způsobenou rozkladnými reakcemi polymerů. Základní výzkum je zaměřen na pochopení a objasnění degradačního chování polymerů vlivem různých vnějších faktorů. Studujeme mechanismy fotolytické, fotooxidační, termooxidační a chemické degradace různých typů polymerních materiálů.

    V aplikačním výzkumu se snažíme prakticky využít získané poznatky pro možnost stabilizace polymerních výrobků za účelem prodloužení jejich životnosti či naopak pro vývoj snáze degradovatelných, např. biodegradabilních plastů pro krátkodobé aplikace. Znalost mechanismů chemické degradace polymerů využíváme pro vývoj nových recyklačních technologií pro plastové komponenty komunálních, technologických či průmyslových odpadů tak, aby byly opětovně použitelné pro výrobu nových materiálů.

    Aplikovaná termodynamika v oboru polymerních materiálů, která zkoumá fyzikální a chemické procesy spojené s výměnou tepla, se především opírá o kalorimetrická měření. Tato měření nám umožňují nejenom získat termodynamická data o vyvíjených recyklačních postupech (např. účinnosti kompatibilizačních složek směsného plastového odpadu), ale jsou také cenným zdrojem informací pro podrobný termodynamický a kinetický popis fázových přeměn (např. krystalizace) zkoumaných polymerních materiálů a pro získání jejich materiálových parametrů jako jsou teplota skelného přechodu T_g či tepelná kapacita c_p.

     Podrobnější informace o vědecké náplni naleznete na stránkách ÚMCH Zpracování polymerních materiálů.

Vybavení/ metodiky

Diferenční kompenzační kalorimetrie (DSC):

• DSC kalorimetr 8500 (PerkinElmer, USA) s chlazením kapalným dusíkem
  • teplotní rozsah: -180 °C + 750 °C
  • atmosféra: He, N₂
  • rychlost ohřevu a chlazení: 0,01 – 750 °C/min
  • režim modulace teploty (MT-DSC)
  • režim Hyper DSC (DSC s velmi rychlým skenováním teploty)
• DSC kalorimetr Pyris 1 (PerkinElmer, USA) s chlazením kapalným dusíkem
  • teplotní rozsah: -180 °C + 750 °C
  • atmosféra: He
  • rychlost ohřevu a chlazení: 0,01 – 750 °C/min
  • režim modulace teploty (MT-DSC)
• DSC kalorimetr DSC 7 (PerkinElmer, USA)
  • teplotní rozsah: -30 °C + 725 °C
  • atmosféra: N₂, vzduch, O₂

• charakterizace polymerních materiálů diferenční kompenzační kalorimetrií (DSC) dle ČSN EN ISO 11357
• charakterizace polymerních materiálů (polymerů, kopolymerů, směsí, kompozitů)
• hodnocení účinnosti kompatibilizace polymerních směsí
• stanovení oxidačního indexu, oxidační periody
• stanovení tepel tání a krystalizace, reakčních tepel, stupně konverze a teploty skelného přechodu
• stanovení měrné tepelné kapacity (c_p)

TG-IR analýza:

• Termogravimetrický analyzátor Pyris 1 TGA (PerkinElmer, USA)
  • teplotní rozsah: 25 °C – 1000 °C
  • atmosféra: N₂, vzduch
  • rychlost ohřevu: 0,1 – 200 °C/min
• Infračervený spektrometr Spectrum 100T FT-IR (PerkinElmer, USA) pro on-line analýzu vyvíjených plynů
  online spojení s TG analyzátorem pomocí vyhřívané trubice (rozhraní TL-8000)
  • průtočná plynová kyveta
  • rozsah vlnočtu: 8300 – 350 cm-1
  • FR-DTGS detektor
  • automatická korekce pro odstranění vlivu H₂O a CO₂ přítomných v atmosféře

• termogravimetrická analýza (TGA) polymerních materiálů dle ČSN EN ISO 11358
• studium degradačních procesů
• stanovení rozkladné teploty materiálů
• stanovení obsahu organické a anorganické fáze v kompozitech

Urychlené povětrnostní stárnutí:

• Weather-Ometer (WOM) Atlas Ci 3000+ (Atlas Material Testing Technology, USA)
  • expozice vzorků filtrovanému světlu xenonové lampy za kontrolovaných podmínek (teplota, vlhkost a/nebo zvlhčení)
  • lze použít různé kombinace filtrů pro různé typy zkoušek (povětrnostní, osvětlení za okenním sklem, s vyšším podílem UV záření, atd.)
  • xenonový zářič: 4500 W
  • teplotní rozsah: 40 – 120 °C
  • vlhkostní rozsah: 10 – 75 %
  • celková expoziční plocha 2188 cm²

• simulace dlouhodobého vlivu vnějších (povětrnostních) podmínek na polymer
• hodnocení stability polymeru
• simulace účinků stárnutí materiálu působením denního světla (přímé či filtrované přes okenní sklo)
• odhad životnosti plastového výrobku