Přejít k obsahu


Free and constrained amorphous phases in polyethylene: Interpretation of 1H NMR and SAXS data over a broad range of crystallinity

Citace:
CHMELAŘ, J., POKORNÝ, R., SCHNEIDER, P., SMOLNÁ, K., BĚLSKÝ, P., KOSEK, J. Free and constrained amorphous phases in polyethylene: Interpretation of 1H NMR and SAXS data over a broad range of crystallinity. Polymer, 2015, roč. 58, č. 10.02.2015, s. 189-198. ISSN: 0032-3861
Druh: ČLÁNEK
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Free and constrained amorphous phases in polyethylene: Interpretation of 1H NMR and SAXS data over a broad range of crystallinity
Rok vydání: 2015
Autoři: Ing. Josef Chmelař , Richard Pokorný , Patrik Schneider , Klára Smolná , Mgr. Petr Bělský Ph.D. , Juraj Kosek
Abstrakt CZ: Polyethylen (PE) se vyskytuje v různých formách od vysokohustotních až k nízkohustotním (ko-)polymerům. Morfologie PE silně ovlivňuje jeho vlastnosti a je široce zkoumána včetně obsahu fází. Většina studií se obyčejně zabývá pouze krystalinitou a nekriticky přejímá klasický třísložkový model PE, který uvažuje krystalickou (rigidní) fázi a amorfní (mobilní) fázi oddělené přechodovou (semirigidní) složkou. Ukazujeme, že v případě nižších hustot PE může toto přiřazení semirigidních a mobilních složek být nesprávné. Bylo vyšetřováno fázové složení průmyslových vzorků PE s krystalinitou od 35 do 82 hm. % pomocí low-field 1H NMR a stanovovány charakteristické rozměry lamelárních stacků pomocí maloúhlového rentgenového rozptylu (SAXS). Na základě našich výsledků navrhujeme novou interpretaci morfologie PE při krystalinitách pod 60 hm. %, která uvažuje krystalickou fázi, omezenou (semirigidní) amorfní fázi uvnitř lamelárních stacků a volnou (mobilní) amorfní fázi mimo stacky. Přechodové segmenty jsou též přítomny, ale nejsou detekovány jako zvláštní složka. Kromě toho je provedeno srovnání experimentálních dat s předpověďmi modelu na základě rekonstruovaných 3D replik sferulitů PE, které ukazuje výbornou shodu v obsahu fází. Naše poznatky jsou důležité pro odhadování aplikačních vlastností (např. efektivní difuzivity), které silně závisejí na prostorovém rozložení amorfní a krystalické fáze.
Abstrakt EN: Polyethylene (PE) is available in various grades ranging from high-density to very-low density (co-) polymers. The morphology of PE strongly influences its properties and is extensively studied, including the content of phases. Most studies are usually concerned only with the crystallinity and non-critically adopt the classical three-component model of PE, which considers a crystalline (rigid) and an amorphous (mobile) phase separated by an interfacial (semi-rigid) component. We provide evidence that this assignment of the semi-rigid and mobile components can be incorrect at lower PE densities. The phase composition of industrial PE samples with crystallinities from 35 to 82 wt. % was studied using low-field 1H NMR and the characteristic dimensions of the lamellar stacks were measured using small-angle X-ray scattering (SAXS). Based on our results, we propose a new interpretation of PE morphology at crystallinities below 60 wt. %, which considers the rigid crystalline phase, the constrained (semi-rigid) amorphous phase inside the lamellar stacks and the free (mobile) amorphous phase outside the stacks. Interfacial chain segments are also present, but not detected as a separate component. Moreover, experimental data are compared with model predictions based on reconstructed 3D replicas of PE spherulites and an excellent agreement in the phase content is obtained. Our findings are important for the estimation of application properties (e.g., effective diffusivity), which strongly depend on the spatial distribution of the amorphous and crystalline phases.
Klíčová slova

Zpět

Patička