Θερμοδυναμική μελέτη μιγμάτων πολυμερών σε ευρεία περιοχή θερμοκρασιών και πιέσεων

Abstract

The main aim of this thesis is the study of interactions between gases and polymers at extended range of temperature and pressure and especially the measurement of reliable experimental data for the scientific and industrial community and the development of theoretical models for the prediction of sorption of gases in polymers. An experimental apparatus that is based in the quartz crystal microbalance method was developed for the measurement of sorption data. The experimental study was focused on three areas, sorption of blowing agents in polymers, sorption of mixtures of gases in semicrystalline polymers and sorption of gases in copolymers. Afterwards, theoretical models were developed for the prediction of sorption of gases in polymers. But for the use of these models, the scaling constants of polymers were essential. These scaling constants can be determined by three ways: experimentally, by use of a group contribution method and by molecular simulation. Agreement between predictions of the models and experimental values was satisfactory.

Ο κύριος σκοπός της διατριβής είναι η μελέτη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ αερίων και πολυμερών σε ευρεία περιοχή θερμοκρασιών και πιέσεων και ειδικότερα η παροχή στην επιστημονική και βιομηχανική κοινότητα αξιόπιστων πειραματικών δεδομένων και η ανάπτυξη θεωρητικών μοντέλων για την πρόβλεψη της προσρόφησης αερίων σε πολυμερή. Για τη συλλογή πειραματικών δεδομένων προσρόφησης αναπτύχθηκε μια πειραματική διάταξη που βασίστηκε στη μέθοδο μικροζυγού κρυστάλλου χαλαζία. Η πειραματική μελέτη κινήθηκε σε 3 κατευθύνσεις, την προσρόφηση διογκωτικών αερίων σε πολυμερή, μιγμάτων αερίων σε ημικρυσταλλικά πολυμερή και αερίων σε συμπολυμερή. Στη συνέχεια αναπτύχθηκαν θεωρητικά μοντέλα για την πρόβλεψη της προσρόφησης αερίων σε πολυμερή τόσο σε ισορροπία όσο και σε θερμοκρασίες κάτω από την θερμοκρασία υαλώδους μετάβασης. Για τη χρήση αυτών των μοντέλων που βασίζονται στη θεωρία ψευδοχημικού δικτυακού ρευστού απαιτούνται οι σταθερές κλιμάκωσης των πολυμερών. Αυτές προσδιορίζονται είτε πειραματικά από τη μέτρηση ογκομετρικών ιδιοτήτων πολυμερών, είτε με μία μέθοδο συνεισφοράς ομάδων, είτε με μοριακή προσομοίωση. Οι προβλέψεις ήταν σε ικανοποιητική συμφωνία με τις πειραματικές μετρήσεις.