wizyta

od 2020-09-20

Badania reologiczne polimerów i biopolimerów

Reologia jest nauką o odkształceniu i płynięciu materii pod wpływem przyłożonych naprężeń. Zarówno ciała stałe jak i ośrodki płynne (ciecze i gazy) moga podlegać deformacji. W pierwszym przypadku reakcja na zadane naprężenie jest głównie sprężysta (energia zużyta na wywołanie odkształcenia jest odzyskana po usunięciu naprężeń), w drugim natomiast jest lepka (deformacja jest nieodwracalna, a energia zużyta na jej wywołanie ulega dysypacji).

Reologia ma zastosowanie do wszystkich materiałów posiadających właściwości wisko-elastyczne i opisuje zależność pomiędzy siłami, deformacją w funkcji czasu.

Własności reologiczne cieczy i ciał stałych bada się za pomocą przyrządów pomiarowych zwanych reometrami, których konstrukcja i zasada działania jest różna w zależności jakie substancje mają być badane.

Pomiar można przeprowadzić się na dwa sposoby:

• albo próbka materiału jest poddawana deformacji a mierzone jest naprężenie (tryb CR),

• lub wywierany jest nacisk, a monitorowane jest odkształcenie (tryb CS).

Innym modem dla określenia właściwości wiskoelestycznych „nieniszczącym” materiału jest pomiar dynamiczny (tryb OSC - oscylacyjny).

Zakład Fizyki Makromolekularnej dysponuje dwoma rodzajami reometrów rotacyjnych:

• ARES Rheometric Scientific (przeznaczony do badań polimerów),

• RheoStress RS150 (przeznaczony do badań płynów/cieczy i miękkich stał stałych).

Wymienione wyżej reometry są wyposażone w trzy tryby pracy pomiarowej: CS, CR i OCS co pozwala na pełną charakteryzację własności reologicznych płynów jak i miękkich ciał stałych.

Główne obszary naszych badań z użyciem technik reologicznych:

• Wpływ napełniaczy nieorganicznych na mechaniczne właściwości kompozytów polimerowych (Rys. 1.),

• Analiza procesu żelowania wodnych roztworów niskometylowanych pektyn (Rys. 2 i 3).

Polietylen jest jednym z najczęściej wykorzystywanych polimerów do produkcji tworzyw sztucznych. Ze względów ekologicznych czynionycj jest wiele prób uzyskania materiałow polimerowych napełnionych substancjami nieorganicznymi o właściwościach użytkowych zbliżonych do czystego polimeru. Wprowadzenie wypełniacza o wysokim moduledo materiałów polimerycznych o niskiej sprężystości prowadzi w wielu przypadkach do poprawy własności mechanicznych, jak również zmniejszeniem kosztów ich produkcji.

Na rysunku poniżej przedstawiono wartości modułu magazynowania (G’) oraz tangensa kąta stratności tan(δ) dla czystego polietylenu oraz układu napełnionego kredą.

Pektyna niskometylowana (LMP) jest heteropolisacharydem, którego główny składnik stanowi kwas poligalakturonowy o stopniu zestryfikowania grup karboksylowych poniżej 50%. Wykorzystywane są powszechnie w przemyśle spożywczym do teksturowania żywności z uwagi na swoje cenne właściwości stabilizujące, zagęszczające i żelujące. Pektyny niskometylowane z jonami metali wielowartościowych tworzą stabilne żele w zakresie pH 3-5 (Rys. 2.).

Badania ich właściwości wykonywane są głównie w trybie oscylacyjnym. Pomiary wykonywane w szerokim zakresie częstotliwości i pozwalają na określenie „spoczynkowej” struktury próbki bez jej mechanicznego uszkodzenia.