J.F. Vega

Departamento de Fsica Macromolecular

IV Curso de Iniciacin a la Investigacin

Instituto de Estructura de la Materia (Madrid), Marzo 2007

Las macromolculas en movimiento: de la Reptacin al

Flujo

Lneas de Investigacin

1. Sntesis y modelizacin de nuevas poliolefinas con arquitectura controlada

2. Arquitectura y dinmica molecular. Propiedades viscolasticas

3. Fenmenos de cristalizacin: experimentos y modelizacin

4. Procesado de polmeros y fenmenos inducidos por el flujo

5. Arquitectura molecular, estructura y propiedades: Simulacin por ordenador

Cadena de Conocimiento

Sntesis

Arquitectura Molecular

Estructura y Propiedades Mecnicas

Mecnica de FluidosDinmica Molecular

Fsica-qumica

SimulacinSntesis

ProcesadoSimulacinProcesado

SimulacinCristalizacin

SimulacinDinmica molecular

Estructura

Monmeros SegmentosArquitecturaCH2 CH2

CH2CH3

CH2

CH2CH2

R R

R

R

R

RR

R

R

R

R

R

R

R

R

R

Microstructura

Temperatura

Mezcla

Deformacin

Nivel Estructural y Propiedades

Escalas en Fsica Macromolecular

Segmental

Movimiento de cadena

Orden

Separacin de fases

Propiedades macroscpicas

Local

Enmaraamiento

Difusin

Cristal

Mezcla

Atomica

meso

macroat

omic

micro

nano

Fsico-qumica: Arquitectura molecular

a- PP

mPEh

mPEc

SEC/LS

2 3 4 5 6 7 80.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2 3 105 g/mol1.2 105 g/mol bEH

pEH

p

Log(M)

40 50 60 70 80 90 100 1100.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Lineal 5 10 15 20

conc

entra

tion

Temperatura de elucin (C)

CRYSTAFPOLIETILENO

POLIPROPILENO

Son polidispersos y heterogneos!

Mecnica de Fluidos

w (rad/s)

T(Nm)

R

d

Fluid

Wall

Wall

Before: Wall at Rest

Fluid

Wall

Wall

After: Top Wall Set in motioninduces shear stress

FVelocity, v

shear rate = v/d

d

Viscoelasticidad Lineal

Liquido Polmero

e

oN M

RTKGr=

t0 / tF M3.4

Mecnica de Fluidos

Slido

Dinmica Molecular: Tubos y reptacin

Long and flexible

Coil conformation

Reptacin

Edwards, 70s

de Gennes, 1979 (Nobel, 1991)

Doi and Edwards, 80s

M3

M3.4

PE/PP/PS

1. ReptacinG(t) =GN0exp(-t/ td)

td M3l-ADN: Fluorescence

Microscopy/Reometry (1994)

3. Relajacin del tubo

Doble reptacin

2. Fluctuaciones td M3.4Chu et al. , 1994 (Nobel 1997)

td=3te(M/Me)3 (1-(Me/M)0.5)2

NMR, NSE (2002)

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 100.0

0.1

0.2

0.3

0.4

120k

180k

500k

800k1000k2300k3600k

G" (

MP

a)

ln aT / rad s-1

-6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 140.0

0.1

0.2

0.3

42 ramas /1000 C

23 ramas /1000 C

15 ramas /1000 C

Lineal

G" (

MP

a)ln (rad/s)

Peso Molecular Ramificacin

Efecto de la arquitectura molecular

Poliolefinas: aplicaciones

http://www.leopard.es/product_info-37+1488.html

100 101 102 10310-1

100

c2

/ s-1

c1

w /

MP

a

Curva de Flujo

Extruido lisos < sc1

Piel de tiburnsc1 < s < sc2

Tipo bambs > sc2

sw =P

4 LD

g =4 Qp R 3

.

LD h =sw

g.

Procesado en extrusin

Lineal

R1

R2

R3

104

105

106

100 101 102 103

sw

(Pa)

ga(s-1)

"Sharkskin"

Flujo estable

.

00.0150.030

0.0400.060

RCL/104 C

Procesado:Arquitectura Molecular

Ramificacin de cadena larga

10-3 10-1 101 103103

104

105

106

107

Lineal

Long Chain BranchingResistencia a la extensin

e (t

) / P

a s

t / s

Simulacin por Ordenador

Flujo

Viscosidad Tiempo de relajacin

Simulacin del flujo en boquilla: elementos finitos

Nano y Microestructura.Propiedades Mecnicas

Rayos X, Transiciones trmicas y mecnicas

-100 0 1000.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

(Cristal)

Rgida, Tg (Mvil)

T (C)

tan

b,Tg (Mvil)

SemicristalinoAmorfo

Desordenado

Ordenado

Simulacin por Ordenador

14 16 18 20 22 24 260

1

2

3

4

200

110

I (a.

u.)

2

1400 1440 1480 15200.00

0.05

0.10a

(c

m-1)

I (a.

u.)

(cm-1)

1405 1410 1415 1420 14250.00

0.01

0.02

0.03

0.04

Comonomer increase

860 880 900 920 940 9601415

1416

1417

1418

1419b

(kg/m3)

18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 18.81415

1416

1417

1418

1419

Experimental

Simulacin

(c

m-1)

ab/2 (2)

25 30 35 40 45 50 55 600.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

130311

121320400

211220

201111

310

011

120

020

210

I (a.

u.)

2

Raman

WAXS

a,b,c

? ?

Grupo de estructura Molecular y Propiedades de PolmerosDepartamento de Fsica Macromolecular

Nivel Estructural y PropiedadesFsico-qumica: Arquitectura molecular