Vliv dlouhodobého přirozeného stárnutí na strukturu iPB-1 a rychlost přeměny fáze II – I

Kaszonyiová M.¹*, Rybnikář F.¹, Lapčik L.², J. Vilčáková³

¹Department of Polymer Engineering, Tomas Bata University in Zlin, 760 01, Czech Republic.

² Department of Food Technology, Tomas Bata University in Zlin, 760 01, Czech Republic.

³Centre of Polymer Systems, Tomas Bata University in Zlín, 760 01, Zlín, Czech Republic.

*for correspondence, e-mail: mhribova@utb.cz, address: Department of Polymer Engineering, Faculty of Technology, Tomas Bata University in Zlin, Vavreckova 275, 760 01, Czech Republic

Isotaktický polybuten-1 (iPB-1) je termoplastický polymer s vysokou krystalinitou a vynikajícími fyzikálními vlastnostmi, což z něj dělá ideální materiál pro výrobu různých výrobků, jako jsou například trubky, obaly kabelů, vodovodní potrubí a další. Tyto pozoruhodné vlastnosti jsou nepříznivě ovlivněny pomalou přeměnou původní fáze II na stabilní fázi I, která sice zlepšuje vlastnosti, ale zároveň je spojena se smršťováním o 4 % v důsledku rozdílných hodnot hustoty obou fází. Dále, jak se ukazuje, iPB-1 podléhá přirozenému stárnutí, což může ovlivnit jeho fyzikální a mechanické vlastnosti.

Studie dlouhodobého přirozeného stárnutí vzorků iPB-1 s různou molekulovou hmotností ukázala, že rychlost transformace z počáteční fáze II do stabilní fáze I se výrazně snižovala s časem stárnutí trvajícím až 17 let. Celková krystalinita se s časem stárnutí také snižovala a malé množství fáze II zůstávalo nestabilní po dobu minimálně 17 let. Vzorek s nižší molekulovou hmotností (DP 0400) vykazoval vyšší rychlost fázové transformace II na I než vzorek PB 0110, dokonce i po opakovaném tavení polymeru a jeho nové krystalizaci.

Hlavním fenoménem stárnutí iPB-1 je pravděpodobně změna poměru funkčních skupin methyl/methylen, která může být způsobena štěpením vedlejších řetězců. Tento proces snižuje geometrickou pravidelnost molekulového řetězce a zpomaluje postupující fázovou transformaci II na I. Předpokládá se, že separace vedlejších řetězců také vede k tvorbě skupin, které dále zpomalují fázovou transformaci, ale tyto skupiny mohou být odstraněny opakovaným tavením vzorku.

Tyto výsledky jsou důležité pro průmyslové aplikace iPB-1, protože ukazují, že přirozené stárnutí může ovlivnit jeho fyzikální a mechanické vlastnosti.

1. KASZONYIOVÁ, M., F. RYBNIKÁŘ, L. LAPČÍK a J. VILČÁKOVÁ. The effect of long-term natural aging on the iPB-1 structure and the II – I phase transformation rate. Polymer Degradation and Stability. 2021, 183. ISSN 01413910. Doi:10.1016/j.polymdegradstab.2020.109437

2. BENÍČEK, L., L.CHVÁTALOVÁ, M. OBADAL, R. ČERMÁK, V. VERNEY and S. COMMEREUC. Photo-degradation of isotactic poly(1-butene): Multiscale characterization. Polymer Degradation and Stability. 2011, 96(10), 1740-1744. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2011.08.001..

3. CHANDRA, R. Review of investigations on degradation and stabilization of poly(1-butene). Progress in Polymer Science. 1985, 11(1-2), 23-27. DOI: 10.1016/0079-6700(85)90006-1.

4. BIGG, D. M., K. J. HEATER, B. L. GRUNDEN, D. E. BADOWSKI, J. G. RICKS and J. BRASCH. Analysis of the degradation of poly(1-butene) pipe through oxidation induction time tests. Advances in Polymer Technology. 2005, 24(3), 215-225. DOI: 10.1002/adv.20045.

5. SHAO, H., S. WANG, D.JIANG and A. HE. Effect of Antioxidant System on Aging Properties of Poly(1-butene) and the Aging Mechanism. Journal of Macromolecular Science, Part B. 2016, 55(7), 643-651. DOI: 10.1080/00222348.2016.1186526.

6. SUN, B., L.CUI, X. JIANG, B. JIANG, W. YAO and A. HE. Influence of catalyst residues on thermo-oxidative aging and thermal stability of poly(butene-1). Chinese Journal of Polymer Science. 2014, 32(5), 633-639. DOI: 10.1007/s10118-014-1433-x.

7. SINGH, R. P. and A. SYAMAL. Effect of copper (II) chelate on photo-degradation of poly (1-butene). Journal of Materials Science [online]. 1981, 16(12), 3324-3330 [cit. 2020-07-07]. DOI: 10.1007/BF00586293.

8. SINGH, R.P. Kinetics of photo-sensitized and photo-stabilized photo-degradation of isotactic poly(1-butene). Polymer Degradation and Stability [online]. 1985, 13(4), 313-326 [cit. 2020-07-07]. DOI: 10.1016/0141-3910(85)90080-1.

9. CHANDRA, R. Thermal and photo-oxidative degradation of poly-1-butene film in the presence of zinc thiopicoline anilide. Journal of Applied Polymer Science [online]. 26(8), 2509-2518 [cit. 2020-07-07]. DOI: 10.1002/app.1981.070260802.