EVALUATION,CHARACTERZATIONANDANALYSISOFPOLYMER Tiểu luận Hóa học polymer tranthanhdai77@yahoo.com hapter: MỤC LỤC GVHD : THS TRẦN THANH ĐẠI SV : ĐINH THỊ NGỌC GẤM hapter: E EVALUATION,CHARACTERZATIONANDANALYSISOF MSSV : 14121071 POLYMER NHÓM :2 Characterization techniques are typically used to determine molecular mass, molecular structure, morphology, thermal properties, and mechanical properties Molecular Mass (Khối lượng phân tử) Although in principle the measurement of any colligative property of a solution (such Na2S2O3 freezing point depression, elevation of boiling point, or osmotic pressure) can be used to determine the molecular weight of a dissolved solute, only osmotic pressure is sensitive enough to measure the high molecular weights characteristic of polymeric substances (Mặc dù nguyên tắc đo đặc tính hạt dung dịch (ví dụ Na2S2O3 điểm đóng băng giảm, tăng điểm sôi, áp suất thẩm thấu) dùng để xác định trọng lượng phân tử chất tan hòa tan, có áp suất thẩm thấu đủ nhạy để đo cao trọng lượng phân tử đặc trưng chất cao phân tử) Some of the most common methods for determining these parameters are colligative property measurements, static light scattering techniques, viscometry, and size exclusion chromatography Một phương pháp phổ biến để xác định thông số là: 1.1 Colligative property measurements (đo đặc tính hạt) 1.1.1 Membrane Osmometry (Áp lực thẩm thấu màng) Osmotic measurements use semipermeable membrane through which the solvent can freely pass but which excludes polymer molecules APRIL 12, 2017 INDUSTRIAL UNIVERSITY OF HO CHI MINH CITY DHHO10ATT If this membrane separates two compartments, one filled with pure solvent and the other with a polymer solution, the activity of the solvent in the two compartment is different (Đo thẩm thấu sử dụng màng bán thấm qua dung môi tự vượt qua không bao gồm phân tử polymer Nếu màng ngăn cách hai ngăn, điền với dung môi tinh khiết khác với giải pháp polymer, hoạt tính dung môi hai khoang khác) 1.2 Static light scattering techniques (Tán xạ ánh sáng ) Scattering of light by liquids can be related to local fluctuations in density due to thermal motions of molecules From measurements of light scattering of dilute polymer solutions it is possible to derive the weight average molecular weight It is measured by applying Lord Rayleigh’s electromagnetic theory, which shows that the intensity of scanttering is proportional to the square root of particle mass Tán xạ ánh sáng chất lỏng liên quan đến biến động địa phương mật độ chuyển động nhiệt phân tử Từ đo tán xạ ánh sáng giải pháp polymer loãng lấy cân trọng lượng phân tử trung bình Nó đo cách áp dụng lý thuyết điện từ Lord Rayleigh, mà cho thấy cường độ scanttering tỷ lệ với bậc hai khối hạt 1.3 Viscometry (Công Nghệ Tĩnh) Unlike osmometry and light scanttering Which are absolute methods in that they allow molecular weight determinations of unknown polymers,viscometry is a relative method and requires calibration with samples ofpolymerof known olecular weights Determination ofpolymer molecular weight by measurement of the viscosity ofpolymer solutions is based on the fact that, as polymer molecular weight increases, so does the viscosity of its solutions The viscosity is measured by timing flow of the solution between two marks in various viscometes Không giống osmometry scanttering ánh sáng phương tuyệt đối chỗ chúng cho phép xác định trọng lượng phân tử polyme chưa biết, viscometry phương pháp tương đối đòi hỏi điều chỉnh theo mẫu polymer trọng olecular biết Xác định trọng lượng phân tử polymer cách đo độ nhớt giải pháp polymer dựa thực tế rằng, polymer trọng lượng phân tử tăng, độ nhớt giải pháp Độ nhớt đo thời gian dòng chảy dung dịch hai dấu ngoặc viscometes khác 1.4 Size exclusion chromatography (Độ nhớt, kích thước, hàng rào cản sắc ký) Size-exclusion chromatography (SEC), also known as molecular sieve chromatography, is a chromatographic method in which molecules in solution are separated by their size, and in some cases molecular weight.[2] It is usually applied to large molecules or micromolecular complexes such as proteins and industrial polymers Typically, when an aqueous solution is used to transport the sample through the column, the technique is known as gel-filtration chromatography, versus the name gel permeation chromatography, which is used when an organic solvent is used as a mobile phase SEC is a widely used polymer characterization method because of its ability to provide good molar mass distribution (Mw) results for polymers (Loại trừ kích thước sắc ký (SEC), sắc ký rây phân tử gọi là, [1] phương pháp chromatographic mà phân tử dung dịch tách kích thước họ, số trường hợp trọng lượng phân tử [2] thường áp dụng để lớn phân tử phân tử phức hợp protein công nghiệp polyme Thông thường, dung dịch sử dụng để vận chuyển mẫu thông qua cột, kỹ thuật gọi sắc ký lọc gel, so với tên gel permeation sắc ký, mà sử dụng dung môi hữu sử dụng giai đoạn di động SEC phương pháp đặc tính polymer sử dụng rộng rãi khả để cung cấp tốt phân phối khối lượng phân tử (Mw) kết polyme) 1.5 Gel permeation chromatography (Sắc ký gel thâm nhập) Gel permeation chromatography, a type of size exclusion chromatography, is an especially useful technique used to directly determine the molecular weight distribution parameters based on the polymer's hydrodynamic volume Gel permeation chromatography is often used in combination with multi-angle light scattering (MALS), Low-angle laser light scattering (LALLS) and/or viscometry for an absolute determination (i.e., independent of the chromatographic separation details) of the molecular weight distribution as well as the branching ratio and degree of long chain branching of a polymer, provided a suitable solvent can be found (Sắc ký gel thâm nhập, loại cỡ hàng rào cản sắc ký, kỹ thuật đặc biệt hữu dụng, dùng để trực tiếp polymer thủy động lực học khối lượng phân tử dựa số lượng tham số phân phối.Sắc ký gel thấm thường dùng để kết hợp nhiều góc tán xạ ánh sáng (MALS), góc tán xạ ánh sáng laser nhỏ (LALLS) / dùng xác định (tức hoàn toàn độc lập tách chi tiết sắc ký phân tử lượng) phân phối chi nhánh loại polymer chuỗi dài đội hóa mức độ phù hợp, cung cấp dung môi tìm thấy) Molecular Structure (Cấu trúc phân tử) Spectroscopic techniques such as ultraviolet-visible spectroscopy, infrared spectroscopy, Raman spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy, electron spin resonance spectroscopy, X-ray diffraction, and mass spectrometry are used to identify common functional groups Công nghệ quang phổ, UV - thấy quang phổ hồng ngoại quang phổ, quang phổ Raman, chụp cộng hưởng từ quang phổ cộng hưởng, spin điện tử Phổ, nhiễu xạ tia X khối phổ thông thường dùng để xác định nhóm chức Morphology (hình dạng cấu trúc siêu vi) Polymer morphology is a microscale property that is largely dictated by the amorphous or crystalline portions of the polymer chains and their influence on each other Microscopy techniques are especially useful in determining these microscale properties, as the domains created by the polymer morphology are large enough to be viewed using modern microscopy instruments Some of the most common microscopy techniques used are: Polymer dạng thuộc tính siêu vi, chủ yếu phụ thuộc vào phi kim hay tinh phần polymer chuỗi chúng ảnh hưởng lẫn nhau.Kính hiển vi kỹ thuật đặc biệt hữu dụng quy mô nhỏ, tính năng, tạo hình dạng polyme miền đủ lớn, xem thiết bị sử dụng kính hiển vi đại.Một số kính hiển vi thường dùng là: 3.1 X-ray diffraction (kỹ thuật nhiễu xạ tia X) X-ray crystallography is a technique used for determining the atomic and molecular structure of a crystal, in which the crystalline atoms cause a beam of incident X-rays to diffract into many specific directions By measuring the angles and intensities of these diffracted beams, a crystallographer can produce a three-dimensional picture of the density of electrons within the crystal From this electron density, the mean positions of the atoms in the crystal can be determined, as well as their chemical bonds, their disorder, and various other information X - ray tinh thể học sử dụng để xác định cấu trúc tinh thể nguyên tử phân tử kỹ thuật, kết tinh nguyên tử gây nhiễu xạ tia X đến nhiều hướng cụ thể.Bằng cách đo góc độ cường độ chùm nhiễu xạ này, tinh thể bên tinh thể tạo hình ảnh ba chiều mật độ electron.Từ mật độ electron nguyên tử tinh thể, vị trí trung bình xác định, liên kết hóa học, rối loạn chúng, thông tin khác 3.2 Transmission Electron Microscopy (truyền qua kính hiển vi điện tử) Transmission electron microscopy (TEM) is a microscopy technique in which a beam of electrons is transmitted through an ultra-thin specimen, interacting with the specimen as it passes through it An image is formed from the interaction of the electrons transmitted through the specimen; the image is magnified and focused onto an imaging device, such as a fluorescent screen, on a layer of photographic film, or to be detected by a sensor such as a charge-coupled device (Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) kỹ thuật kính hiển vi chùm electron truyền qua mẫu siêu mỏng, tương tác với Một hình ảnh hình thành từ tương tác electron truyền qua mẫu vật; hình ảnh phóng đại tập trung vào thiết bị hình ảnh, chẳng hạn hình huỳnh quang, lớp phim ảnh, phát cảm biến thiết bị tích điện kép) 3.3 Scanning Transmission Electron Microscopy(quét kính hiển vi điện tử truyền qua) A scanning transmission electron microscope (STEM) is a type of transmission electron microscope (TEM) As with a conventional transmission electron microscope (CTEM), images are formed by electrons passing through a sufficiently thin specimen However, unlike CTEM, in STEM the electron beam is focused to a fine spot which is then scanned over the sample in a raster The rastering of the beam across the sample makes STEM suitable for analytical techniques such as Z-contrast annular dark-field imaging, and spectroscopic mapping by energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, or electron energy loss spectroscopy (EELS) These signals can be obtained simultaneously, allowing direct correlation of images and spectroscopic data Một kính hiển vi truyền vi điện tử quét (STEM) loại kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Như với kính hiển vi điện tử truyền qua truyền thống (CTEM), hình ảnh hình thành electron qua mẫu đủ mỏng Tuy nhiên, không giống CTEM, STEM chùm electron tập trung vào chỗ tốt mà sau quét qua mẫu raster Các mành chùm mẫu làm STEM thích hợp cho kỹ thuật phân tích hình ảnh Z có độ tương phản hình khuyên tối lĩnh vực, lập đồ quang phổ cách phân tán tia X (EDX) phổ lượng, phổ lượng electron (EELS) Những tín hiệu đạt lúc, cho phép tương quan trực tiếp hình ảnh liệu quang phổ 3.4 Scanning Electron Microscopy (kính hiển vi điện tử quét) A scanning electron microscope (SEM) is a type of electron microscope that produces images of a sample by scanning it with a focused beam of electrons The electrons interact with atoms in the sample, producing various signals that contain information about the sample's surface topography and composition The electron beam is generally scanned in a raster scan pattern, and the beam's position is combined with the detected signal to produce an image SEM can achieve resolution better than nanometer Specimens can be observed in high vacuum, in low vacuum, in wet conditions (in environmental SEM), and at a wide range of cryogenic or elevated temperatures Một kính hiển vi điện tử quét (SEM) loại kính hiển vi điện tử mà tạo hình ảnh mẫu cách quét với chùm electron Các electron tương tác với nguyên tử mẫu, sản xuất tín hiệu khác có chứa thông tin địa hình bề mặt mẫu thành phần Chùm electron thường quét mô hình raster quét, vị trí chùm kết hợp với tín hiệu phát để tạo hình ảnh SEM đạt độ phân giải tốt so với nanomét Mẫu quan sát thấy chân không cao, chân không thấp, điều kiện ẩm ướt (trong SEM môi trường), phạm vi rộng nhiệt độ đông lạnh nâng lên 3.5 Atomic Force Microscopy(kính hiển vi lực nguyên tử) Atomic-force microscopy (AFM) or scanning-force Microscopy (SFM) is a very-high-resolution type of scanning probe microscopy (SPM), with demonstrated resolution on the order of fractions of a nanometer, more than 1000 times better than the optical diffraction limit Atomic lực kính hiển vi (AFM) quét lực Microscopy (SFM) loại có độ phân giải cao kính hiển vi quét đầu dò (SPM), với độ phân giải chứng minh vào thứ tự phần phân đoạn nanomet, tốt 1000 lần so với giới hạn nhiễu xạ quang Thermal properties (Tính nhiệt) 4.1 Differential scanning calorimetry (phân tích nhiệt quét vi sai): This is useful technique for measuring: • • • • Glass transition temperature Crystalline melting points Heats of fusion Heats of crystallization Differential scanning calorimetry (DSC) measures the enerfy necessary to establish a zero temperature difference between the sample and an inert subatance The sample and reference substance, which does not undergo a thermal transition in the temperature range of interest, are place in small metal containers and heated by individual electric heaters The temperature of both samples, are monitored by thermocouples, is then gradually raised in such a maner that the temperature of sample and reference remain the same In the way, transition temperatures can be very accurately measured by monitoring the electric current going to the heaters Đây biện pháp hữu ích để đo: • Thủy tinh hóa thay đổi nhiệt độ • Tinh nhiệt độ nóng chảy • Nhiệt nóng chảy • Nhiệt độ tinh thể Phân tích nhiệt quét vi sai (DSC) biện pháp cần thiết, xây dựng trơ mẫu vật chất mức độ chênh lệch nhiệt độ ngày enerfy Mẫu vật chất tham khảo, không tiến hành chuyển hóa nhiệt tâm nhiệt độ phạm vi nhỏ, đặt chứa kim loại nung nóng điện cá nhân Nhiệt độ hai mẫu cặp nhiệt điện, sau tăng cách mẫu tham khảo, nhiệt độ không thay đổi Ở điểm này, chuyển hóa nhiệt độ đo xác qua giám sát dòng điện vào máy 4.2 Semicrystalline polymers (bán tinh thể polymer): It is an important method to measure crystallinit (là phương pháp quan trọng để đo trạng thái tinh thể.) 4.3 Thermogravimetric analysis: Can also give an indication ofpolymer thermal stability and the effects of additives such as flame retardants đưa dấu hiệu ổn định nhiệt polymer ảnh hưởng chất phụ gia chất chống cháy This method uses a thermobalance that is capable of measuring the weight of a sample contained in a pan The pan is placed in a furnace and the temperature of the furnace is slowly raised, usually at to 10 degree Celslusmin The technique is used to determine thermal stability of polymers and the upper limit of thermal stability is usually taken as the temperature at which loss of the sample begins It is unable to detect chain cleavage that prodace degradation fragments that are too large for volatilizon Phương pháp sử dụng cân đo nhiệt chứa đựng nồi mẫu Trọng lượng Nồi vào lò lò nóng lên, chậm, thường có đến 10 độ Celslusmin Công nghệ dùng để xác định ổn định tính ổn định nhiệt polymer nhiệt thường mát nhiệt độ mẫu bắt đầu Nó phát chuỗi tách suy thoái, prodace Fragments, volatilizon lớn 4.4 Thermomechanical analysis This measures deformation of substance under a non-oscillatory load as a function of the temperature of the sample, which is placed on a platform and contacted with a probe It can conveniently measure transitions from a glassy to a rubbery polymerand can also measure softening temperature Này đo lường biến dạng chất tải phi dao động hàm nhiệt độ mẫu, đặt tảng liên lạc với đầu dò Nó thuận tiện đo lường hiệu ứng chuyển tiếp từ thủy tinh để loại polymer cao su đo nhiệt độ làm mềm Mechanical Properties (Tính chất học) It is determined by measuring ther stress strain relationship Stress is the stretching force applied to the sample and strain is the elonggation of the sample under a given stress Here the specimen is clamped in a tester that is capable of extending the specimen at a chosen sonstant rate and measuring the force that the specimen exerts on a load cell In the initial phase, application of stress causes a moderate elonggation to the yield point, after which significant elongation takes place without greatly incresed stress Elonggation then continues until the specimen breaks Nó xác định cách đo mối quan hệ căng thẳng căng thẳng ther Căng thẳng động lực kéo dài áp dụng cho mẫu căng thẳng elonggation mẫu áp lực định Đây mẫu kẹp thử nghiệm có khả mở rộng mẫu với tốc độ sonstant chọn đo lực mẫu tác động lên load cell Trong giai đoạn ban đầu, ứng dụng căng thẳng gây elonggation vừa phải đến mức suất, sau kéo dài đáng kể diễn mà không căng thẳng incresed nhiều Elonggation sau tiếp tục phá vỡ mẫu 10 ... with samples of polymer of known olecular weights Determination of polymer molecular weight by measurement of the viscosity of polymer solutions is based on the fact that, as polymer molecular... determination (i.e., independent of the chromatographic separation details) of the molecular weight distribution as well as the branching ratio and degree of long chain branching of a polymer, provided a... function of the temperature of the sample, which is placed on a platform and contacted with a probe It can conveniently measure transitions from a glassy to a rubbery polymer and can also measure softening