tf f t Aalto-yliopisto Teknillinen korkeakoulu TENTTI KE-l 00.3400 Polymeerien ominaisuudet Tentin pvm:17.12.2010 KE-100.3400 Polymeerien ominaisuudet (5 op) 1. Mistä seikoista määräytyy optimaalinen käyttölämpötila seuraaville polymeeriryhmille? a) osittain kiteinen termoplastinen polymeeri b) amorfinen termoplastinen polymeeri c) elastomeeri eli kumi 2. Nanoselluloosaan voidaan kemiallisesti kiinnittää (eli oksastaa) mm. glysidyylimetakrylaattia. Millä polymeerianalyyttisillä menetelmillä näin muokatun nanoselluloosan ominaisuuksia mielestäsi kannataisi tutkia, ja perustele miksi? Miten voidaan osoittaa, että glysidyylimetakrylaatti todella on polymeroitunut nanoselluloosaan kiinni? 3. Mitä tarkoittavat seuraavat käsitteet? a) reologia b) viskoelastisuus c) dynaamismekaaninen termoanalyysi d) varastomoduuli e) leikkausohenema. Aalto-yliopisto Postiosoite Käyntiosoite Teknillinen korkeakoulu PL 16100 Kemistintie 1 Biotekniikan ja kemian 00076 AALTO Espoo tekniikan laitos
Ke-100.3400 Folymeerien ominaisuudet - laskutehtävät tenttiin 17.12.2010 Lasku 1 Assistentin ollessa ala-asteella opettaja siiiisti måiiiriirahoissa ja peluutti lapsilla lentopalloa ja jalkapalloa samalla pelivälineellä. Kysymykset: a) Valitse mielestäsi paras materiaali sisiikumiksi jalkapallon pelaamista varten ja esitä valinnallesi perustelut b) Onko parempi täyttaä p allo ilmal la v ai hiilidioksidilla? Miksi? c) Laskiko jalkapallon paine (0,8bar ylipainetta) koko'syyslukukauden aikana lentopalloiluun sopivalle tasolle (0,3 bar ylipaine) olettaen, että sitä ei pumpathr eikä tyhj ennetty välissä? Oletukset ja lfitötiedot: Liimpötila tai piiälinahka eivät merkittävästi vaikuttaneet kaasun läpäiserryyteen. Pallon pinta-ala : 4n?,paine lbar : 750 mmhg Taulukko 1. Muovien ja kumien kaasunläpäisykertoimien arvoja 25 oc:ssa. P (i 0-10cm3 (NTP)cm/(cm2.s.(cmHg)) Polymeeri N, Oz Coz Hzo polyeteeni (tih. 0,914) 0,696 2,88 12,6 90 polyeteeni (tih. 0,964) 0,r43 0,403 0,36 12,0 polystyreeni 0,788 2,63 10,5 I20A polyvinyylikloridi 0,0118 0,0453 0,015727 polytetrafluorieteeni I,I4 4,2 11,7 sellofaani 0,0032 0,0421 0,0047 1900 selluloosanitraatti 0,12 r,g5 2,r2 6300 polyisopreeni (luonnonkumi) 3,49 9,43 r53229a polykloropreeni I,I2 4,0 25,9 910 bufyylikuml (9812) 0,08 0,324 1?n 5,16110 r/3
Ke-100.3400 Polymeerien ominaisuudet - laskutehtävät tenttiin L7.12.2010 Lasku 2 Otetaan polymeeriseos, joka koostuu kolmesta erilaisesta polystyreenistä;259 polymeeri 1:ta, 50g 2:ta ja25g3:ta. Tiedetåiiin, että polymeerien 1 iaz moolimassajakauma on yksihuippuinen ja ideaalisen kapea. Edelleen tiedetåiiin, ett?i polymeeri 1:n moolimassa on kolminkertainen polymeeri 2:n moolimassaan verrattuna. Lopuksi polymeeri 3:lle on mitattu M*:2,0x10s glmol ja on annettu tieto, että sen moolimassajakauma on leveä. Koko polymeeriseokselle mziiiritettiin valonsironnan avulla moolimassaksi 112500 g/mol ja osmoottisen paineen perusteella saatiin moolimassaksi 60000 g/mol. Arvioi mittausten perusteella polymeeri 3:n M,. Lt )
lämpötilassa on I x 105 paxs, rasiutumisreimpötila 1 100c ja se alkaa hajota 1600c toimivat parhaiten 2xr02 paxs, joten erlme voi kiyfttiä uutta polymeeriä.,, Sinä Ke-100'3400 Polymeerien ominaisuudet - Iaskutehtävät tenttiin 17.12.2a10 Lasku 3 uutena työntekijrinä osailistut ensimmäiseen palaveriisi polymeeriyritys oy:ssä. Yrityksen tuotekehityspäällikkö on åi,inessä:,,eilen saimme valmiiksi uuden synteeftisen polymeerin ennakkoarvioinnit. Polymeerin sulaviskositeeui r40oc lämpötilassa. " siihen tuotantoinsinööri kommentoi :,Meidåin ekstruuderimme tavoittelet taskulaskintasi tarkistaaksesi arvion uuden polymeerin sulaviskositeetista 1600c liimpötilassa ja yhtäkkiä kaikkien katseet kääntyvät sinuun. oletko tuotantoinsinöörin kanssa sam&r miertä uuden polymeerin soveltuwudesta tuotantoon? Millaisia keinoja voisit ehdottaa polymeerin kayncikerpoisuuden parantamiseksi? )/J
KE- 1 00.3400 Polymeerien ominaisuudet n=m m t=t n p=t m Kaavakokoelma v,=l=m n p pv=nrt k=ar-# M,=MoX, p=1-w! o=! e(t)=!=j(r)ro lmlo A -\-'l lo n-pxaxtxlp v NMR: (mm)=(mmm)+0,5(mmr) (n)=(m)+0,5(mrr) (mr) = (mmr) + 2(rmr) = (mn) + 2(mrm) (mmmr) + 2(rmmr) = (mmrm) + (mmrr) (mrn) + 2(mrrm) = (rrmr) = (rrmm) (mmm) = (mmmm) + O,5(mmmr) (mmr) = (mmmr) + 2(rmmr) = (mmmr) + (mmn) (rmr) = 0,5(mrmr) + 0,5(rmrr) (mrm) = 0,5(mnnr) + O,5(mmrm) (rrm) = 2(mrrm) + (mrn) = (mmrr) + (rmn) (m)=(rm)+0,5(mrrr) Bemoulrinmali: #=t Ensimmäisen +(mmmxfmr) asteen Markovin malli: 4(mrm)!rrr) (mmr)'z - t =, Enantiomorfinen malli:?(2 (mr) =1 ;--- a -+ (mr) + 2(rr) (rr) 1 = 1 Moolimassa: M.=+y=+ tv,=4+=4',y: pp=y,_ Ln, L,', Lw, Lr,M, M, Viskositeetti: (mn)2,t,=!-l n,,=4-40 =t-to n, -4,0 lnrl, r--'r,. (r*\ " 0o l0 'sp eo t0 ',,"a =-, rl*n =i [7J = Itm.-r [;j T,"d =lrtl+ ko[rt]2c (Huggins) lql= n" Mi (Mark-Houwink) ros =------=f--f (williams-landel-feny) ry=kxexpf -- r^^t --17,44t(r-4) qnäcr_fo_,,\ ( a\ -!s'svr-r wrrj'' T, 51,6+ (f -rr) '' Vakiot: {: 8,3145 J/(K mol) N1: 6,02),_x1023 mol-r g: 9,g066 5 njs2 ooc : 273,15 K I bar: los pa Moolimassat (g/mot): H 1,009 c 12,An N 14,007 0 $,ggg Al 26,982 Cl 35,453 Ti 47,g67 Zr gi.z24 IRT ) I