Durability of utilitarian objects from plastics - the impact of micro-heterogeneity and the early stages of degradation

Niniejsza praca magisterska dotyczyła wykrycia wczesnych etapów degradacji poli(chlorku winylu) PCW, oraz określenie ich wpływu na „czas życia” przedmiotów z nich wykonanych. Badania wykonano na komercyjnych próbkach PCW. Praca została podzielona na trzy części, część literaturową metodykę badań i część doświadczalną. Część literaturowa zawiera opisy metod degradacyjnych, charakterystykę poli(chlorku winylu), oraz opis i zasadę działania wykorzystanych metod spektroskopowych. Kolejny rozdział został poświęcony części doświadczalnej, istotą tego rozdziału były metody badań, które umożliwiły charakterystykę właściwości PCW. Następny rozdział poświęcony został opisowi warunków termicznej degradacji modelowych pastylek polimerowych. Spektroskopia w podczerwieni umożliwiła określenie składu badanych pastylek, postępujące zmiany oraz na określenie zawartości plastyfikatora. Pomiary UV–Vis wykazały zmiany postępującej degradacji, oraz umożliwiły zarejestrowanie powstających podwójnych sprzężonych wiązań natomiast dynamiczna analiza mechaniczna DMA umożliwiła określenie przejścia fazowego oraz wyznaczenie sztywności próbek. Badania wykazały iż zastosowany impuls termiczny ma istotny wpływ na właściwości mechaniczne polimeru.Przeprowadzone badania oraz dobór parametrów w umożliwiły wykrycie wczesnych etapów degradacji oraz zbadanie istniejącej korelacji pomiędzy stopniem degradacji a utratą pierwotnych właściwości badanego materiału. Zauważamy, iż postępująca degradacja szybciej zachodzi dla pastylek poddanych działaniu wysokiej temperatury przez krótki czas, następują wykwity plastyfikatora na powierzchnię. Otrzymane wyniki zachęcają do dalszych badan oceny stopnia degradacji oraz właściwości próbek polimerowych.The master’s thesis concerned the detection of early stages of degradation of poly (vinyl chloride) PVC and to determine their impact on the "lifetime" of objects made from this polymer. The researches were performed on a model polymer samples containing PVC (~60 %weight) and Tris(2-ethylhexyl) trimellitate (~40%) which served as a plasticizer. The thesis is divided into four parts, the analysis of the literature related to the subject, the research methodology and the experimental part followed by conclusions. First part contains descriptions of the methods of degradation, the characterization of poly (vinyl chloride). In next chapter the used instrumental methods are described. The essence of this chapter were methods of the research that enabled the characterization of the PVC properties. The next chapter is dedicated to the degradation of polymer pellets. The samples were divided to two lots and the first ones were exposed to the pulse of high temperature (180 oC, duration 30 min). The both lots were the aged at 80 oC for maximum 16 weeks was. The procedure led to the pellets with a pulse and without a pulse. Infrared spectroscopy has allowed to determine the composition of the pellets and follow its changes during the degradation process. Measurements of UV-VIS spectra have shown progress of degradation, and have detected the formation of conjugated C=C double bonds, whereas the dynamic mechanical analysis allowed to determine the temperatures of phase transitions and the values of modulus for the investigated samples. Studies have shown that the applied pulse has a significant effect on the mechanical properties of the polymer therefore indicating that the processing conditions have significant impact on subsequent degradation and lifetime of artefacts made of PCV. The distribution of plasticizer depends on thermal treatment of PVC material and have crucial impact on its mechanical properties and ultimate cracking. Even short exposure to high temperature may result in formation of conjugated double bonds in PVC what allowed the absorption of visible light at „carotenoid region”. This phenomenon may leads to further PVC degradation