Hodnocení termodegradace PVC folií Zadání: Proveďte hodnocení tepelné odolnosti PVC kolorimetrickou metodou Předmět normy: Norma ČSN EN ISO 305 "Plasty – Stanovení tepelné stability homopolymerů a kopolymerů vinylchloridu a jejich směsí obsahujících chlor – Metoda změny barvy" uvádí dvě metody pro hodnocení stability PVC na základě změny zbarvení při expozici zvýšené teplotě. Pro zvýšení objektivity je vhodné metodu doplnit měřením barevnosti, které se taktéž provádí podle zvolené normy. Norma ČSN 01 1718 "Měření barev" platí pro měření barev, tj. jejich chromatičnosti a kolority, a pro jejich číselné vyjadřování v některé z kolorimetrických soustav. Obsahuje základní ustanovení o měření barvy prvotních i druhotných světelných zdrojů a způsoby číselného vyjádření, požadavky na měřicí přístroje i na podmínky měření. Norma platí pro všechna odvětví zabývající se měřením barvy světla nebo předmětů.
Definice: Tepelná odolnost (stálost za tepla, nebo tepelná stabilita) podle ČSN EN ISO 472 (640001) Plasty – Slovník vyjadřuje schopnost materiálu odolávat odbourávání, které je způsobeno teplem. Podle ČSN EN ISO 305 je tepelná stabilita, kterou chápeme jako schopnost materiálu odolávat účinku zvýšených teplot, nazvána jako doba stálosti a vyjadřuje se v minutách. Účelem zkoušky stanovení tepelné odolnosti je určení doby, která je mírou délky přípustného tepelného namáhání materiálu při zvýšené teplotě. Pomůcky Sušárna, kolorimetr Lovibond Ci5 (RT850i) se softwarovým příslušenstvím, svorky, hliníková folie, přenosné stojany, stopky. Postup práce: 1. Seznámení se s normou ČSN EN ISO 305 "Plasty – Stanovení tepelné stability homopolymerů a kopolymerů vinylchloridu a jejich směsí obsahujících chlor – Metoda změny barvy"
Norma předepisuje,jak postupovat při stanovení tepelné odolnosti PVC a podobných materiálů. Pro realizaci experimentu byla zvolena metoda B: Metoda v sušárně. 2. Seznámení se s normou ČSN 01 1718 "Měření barev". Norma předepisuje jak postupovat při stanovení barvy polymerních materiálů, což je možné využít při stanovení tepelné odolnosti PVC folií. Zkušební vzorky exponované tepelnému namáhaní po různě dlouhou dobu se následně měří na fotokolorimetru. Vyhodnocením se pak stanoví nejen barevnost, ale také tepelná odolnost materiálu. 3. Příprava zkušebních vzorků. Použijete metodu B. Zkušební vzorky (10 vzorků) se vyříznou z PVC folie o tloušťce 1 mm a velikosti hrany 15 mm. Takto připravené vzorky se vloží na zkušební podložky zhotovené z nové hliníkové fólie, takové, aby se na ni dalo uložit po jednom tělese z každé proměřované směsi a vloží se na přenosný stojan do předem vytemperované sušárny (200 °C). Pozor – sušárnu otevřít na co nejkratší dobu. Po uzavření dveří se začíná měřit doba vystavení zkušebního vzorku zvýšené teplotě. Doba tepelného namáhání se pohybuje se podle stádia degradování v časovém intervalu od 5 do 30 minut. Jednotlivé podložky se vzorky se postupně vytahují ve zvolených intervalech, aby se získala škála různě degradovaných zkušebních vzorků. (podrobný popis – viz text normy) 4. Zjišťování činitelů prostupu světla. Stanovení činitelů prostupu světla () se provede v oblasti vlnových délek 380 – 770 nm (s krokem 10 nm) pomocí kolorimetru (spektrofotometru) Lovibond Ci5. Měření je založeno na transmisi světla D65, jehož zdrojem je v přístroji pulsní kalibrovaná xenonová výbojka. Vzorek je vkládán mezi zdroj a detektor. Jak správně obsluhovat kolorimetr bude vysvětleno vyučujícím před zahájením samotného měření. 5. Vyhodnocení barevnosti termodegradovaných PVC folií. Určení trichromatických souřadnic a vyplnění kolorimetrického trojúhelníka Trichromatická soustava slouží k číselnému vyjádření chromatičnosti či kolority. V principu se jedná o to, že aditivním mísením tří vhodně zvolených měrných (základních) světel lze navodit vjem kterékoliv barvy. Kolorimetrické množství těchto světel je pak měřítkem udávajícím barvu, která se vystihuje buďto velikostí trichromatických složek anebo jejich poměrem, trichromatickými souřadnicemi.
Trichromatická
soustava
je
definovaná
hodnotami
trichromatických
členitelů
x ( ), y ( ), z ( ), což jsou poměrná kolorimetrická množství měrných světel X, Y, Z – trichromatické složky světla. Ty se počítají integrací součinu poměrného spektrálního rozložení měřeného barevného světla (barevného podnětu) F () a trichromatických členitelů
x ( ), y ( ), z ( ) . X F ( ) x ( ) d ( ) Y F ( ) y ( ) d ( )
Z F ( ) z ( ) d ( ) V praxi se však integrace často nahrazuje sumací jednotlivých součinů v pravidelných intervalech vlnových délek podle vztahů:
X F ( ) x ( ) Y F ( ) y ( ) Z F ( ) z ( ) ∆ ... je sumační interval.
kde
Hodnoty spektrálního činitele jasu, odrazu či prostupu měřeného vzorku se pro jednotlivé vlnové délky násobí hodnotami trichromatických členitelů a poměrným spektrálním složením zvoleného normalizovaného druhu světla. Součty těchto činitelů pak udávají trichromatické složky X, Y, Z. Trichromatické souřadnice se pak počítají z jednotlivých trichromatických složek podle vztahů:
x
X X Y Z
y
Y X Y Z
z
Z X Y Z
kde
x y z 1
Pro stanovení přirozených souřadnic barvy se její trichromatické souřadnice vynesou do kolorimetrického trojúhelníku xy. Náhradní vlnová délka se d charakterizující barevný tón se stanoví zjištěním průsečíku polpřímky bodu barvy normalizovaného druhu světla, tj. bílé barvy D65 (x65 = 0,3127, x65 = 0,3290) a bodu barvy sledované s křivkou spektrálních světel. Nastavení SW pro tuto operaci vám demonstruje vyučující, poté proceduru již pouze opakujte a ukládejte data. Ke každému vzorku si také zapište subjektivní hodnocení barvy – pozorování prostým okem.
Sestrojení transmisních (absorpčních) spekter degradovaných zkušebních vzorků Transmisní spektra prezentují závislost naměřené transmitance na vlnové délce. Z uložených dat zkonstruujte spektra. Vyhodnocení tepelné stability PVC Hodnota tepelné odolnosti zkoušeného materiálu L (%) lze odhadnout z vývojových křivek zabarvení a z hodnot indukčních period. Norma předpokládá vizuální hodnocení, ale pro objektivnější zpracování zkoušky doporučuje spektrometrické stanovení. Indukční perioda nejlépe odpovídá hodnotě trichromatické složky Y. Závislost tepelné stability se vynese jako funkce času degradace materiálu v sušárně. Doba v minutách, po kterou je hodnota tepelné stability nezávislá na čase, se vyhodnocuje jako doba tepelné stability PVC, která odpovídá době „do první zpozorované změny barvy“ dle normy, zatímco doba „do konce zkoušky“ odpovídá zčernání vzorku. Porovnejte se záznamy subjektivního pozorování, které můžete do grafu vynést jako značky k jednotlivým datovým bodům. Pokud můžete, je vhodné sadu vzorků vyfotografovat, na bílém pozadí, i když pro dokumentaci slouží samy archivované vzorky, které po proměření připnete na karty s identifikací série a údajem o příslušném čase a teplotě.
6. Vypracujte zkušební protokol. Protokol o zkoušce musí obsahovat následující údaje: a)
odkaz na tuto normu,
b)
všechny podrobnosti potřebné k identifikaci zkoušeného materiálu, včetně metody přípravy vzorku,
c)
tabulku naměřených činitelů prostupu světla v oblasti sledovaných vlnových délek,
d)
kolorimetrický trojúhelník s vynesenými hodnotami náhradních vlnových délek,
e)
grafickou závislost transmisních (absorpčních) spekter degradovaných vzorků,
f)
grafickou závislost vývojových křivek zabarvení degradovaných vzorků a vytýčení tepelné stability PVC.
Použitá literatura: 1. ČSN EN ISO 472 (640001) Plasty – Slovník 2. ČSN EN ISO 305 "Plasty – Stanovení tepelné stability homopolymerů a kopolymerů vinylchloridu a jejich směsí obsahujících chlor – Metoda změny barvy" 3. ČSN 01 1718 "Měření barev".
