INFLUENZA DELLA CRISTALLIZZAZIONE SULLE PROPRIETA’ FISICHE E MECCANICHE

DI UN CAMPIONE DI UN COPOLIMERO PROPILENE-BUTENE

Studente: Tutori:

Roberto Raia Prof. Claudio De Rosa

Dott. Marco Corradi

Università degli studi di Napoli “Federico II”

Corso di Laurea in Chimica Industriale

Progetto “Lauree Scientifiche”

I polimeri

Il termine polimero deriva dal greco (polùs=molte mèros=parti). Un solido polimerico è un materiale che contiene

numerose parti o unità legate chimicamente tra loro, collegate a loro volta in modo da

formare un solido.

I polimeri cristallini

Con la solidificazione le catene polimeriche si organizzano

in regioni cristalline. Il modello con cui i polimeri cristallizzano è definito

“a catena ripiegata”, cioè la cristallizzazione avviene in

una struttura ordinata che dà luogo a cristalli di forma

lamellare.

ObiettiviStudiare le proprietà fisiche e

meccaniche di un campione copolimero propilene-butene con un contenuto di

butene del 38%

valutare in particolare come la cristallizzazione influenzi le proprietà fisiche finali del nostro

materiale

Con questo macchinario è possibile l’analisi del campione ai raggi X.

Questa tecnica permette di conoscere la quantità,

il tipo e la dimensione dei cristalli di un materiale

polimerico.

Diffrattometro automatico per polveri Philips

5 10 15 20 25 30 35 40

Inte

nsità

2 (deg)

I raggi X vengono deviati dal campione secondo gli

angoli caratteristici indicati dai picchi (12°, 16° e 21°). Possiamo inoltre valutare

la cristallinità del campione, individuando la

parte amorfa nella parte sottostante i picchi e quella cristallina nei picchi stessi.

xc = grado di = 35 % cristallinità

Raggi X del campione tal quale

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140

Tg= -5°C

Tg= -15°CTf= 71°C

Tf= 65°C

Tg= -6°C

Tg= -8°C

dopo 7 giorni

cristallizzazione

II fusione

I fusione

EN

DO

Flu

sso

di c

alor

e

T (°C)

Analisi calorimetrica al DSC del campione tal quale. Dal grafico si ricava il punto di fusione, a circa 71° e le Tg, la temperature di transizione vetrosa, ossia le

temperature al di sotto delle quali il campione assume comportamento fragile.

5 10 15 20 25 30 35 40

Inte

nsit

à

2 (deg)

Con la pressa Carver abbiamo creato un film di campione; l’analisi ai RX

evidenzia che il campione è amorfo (assenza dei picchi

osservati nel talquale).

Film amorfo

5 10 15 20 25 30 35 40

3 giorni

7 giorni

1 giorno

3 ore

60 min

pressofuso

2 (deg)

Inte

nsit

à

In questo grafico si osserva come il film

amorfo cristallizzi nel tempo, come mostrato

dalla crescita progressiva dei picchi (che indica l’aumento della cristallinità del

campione).

Monitoraggio della cristallizzazione del film pressofuso attraverso misure ai raggi X

0 100 200 300 400 500 600 7000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Modulo di Young = (5,7± 0,7) MPa

Deformazionebreak

= (675 ± 20) %

film amorfo

sfor

zo (

KPa

)

deformazione (%)

Il campione appena preparato (amorfo) è poco rigido (bassa pendenza del tratto iniziale della curva) ma molta duttile (si allunga fino al 700%).

Il campione presenta un buon ritorno elastico e dopo la rottura l’allungamento si riduce a circa il 200%.

0 100 200 300 400 500 600

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

Modulo di Young = (58 ± 3) MPa

Deformazionebreak

= (552 ± 26) %

film cristallino

sfor

zo (

KP

a)

deformazione (%)

Dopo una settimana il campione polimerico diventa molto più rigido e visibilmente più opaco (segni evidenti della cristallizzazione avvenuta); mentre l’allungamento è

inferiore (< 600 %).

Tuttavia il campione continua a presentare buone proprietà elastiche .

0 100 200 300 400 500 600 7000

2000

4000

6000

8000

10000

12000

entrambi i campioni presentano buone proprietà elastiche!

la duttilità diminuisce

film amorfo film cristallino

sfor

zo (

KPa

)

deformazione (%)

la rigidità aumenta (di 10 volte!)

Confronto tra le curve sforzo-deformazione per il polimero amorfo e cristallino