مقدمة
تُستخدم طرق التحليل الحراري على نطاق واسع في مجال البوليمرات لتوصيف المواد وتحديد خصائصها. في دراسة الحالة هذه، تم فحص PMMI بواسطة DSC وTGA وTGA-FT-IR. بولي ميثيل الميثيل ميثيل الميثيل (PMMI) هو بوليمر لدن بالحرارة. وبما أنه بوليمر غير متبلور، فإنه يتميز بشفافية عالية. ولذلك، يمكن استخدامه في تطبيقات محددة مثل صناعة السيارات لوحدات المصابيح الأمامية، أو بشكل عام للمكونات البصرية مثل موجهات الضوء والعدسات والألياف البصرية وأغطية المصابيح ونظارات الرؤية وعدسات الأغطية.
نتائج الاختبار
بالمقارنة مع PMMA (بولي ميثيل ميثاكريليت PMMA)، يتميز PMMI بدرجة حرارة انحراف حراري أعلى، وهو ما ينعكس أيضًا في ارتفاع درجة حرارة الانتقال الزجاجي (Tg) مقارنةً ب PMMA. يوضح الشكل 1 نتائج DSC لمنحنيات التسخين الثانية ل PMMI بالمقارنة المباشرة مع PMMA. بالنسبة لهاتين الدرجتين، تبلغ درجة حرارة الانتقال الزجاجي ل PMMA 109.1 درجة مئوية (نقطة المنتصف) وPMMI أعلى بكثير عند 175.8 درجة مئوية (نقطة المنتصف).
في منحنى التسخين الأول لتجربة DSC (المنحنى الأزرق في الشكل 2)، يمكن للمرء أن يلاحظ - إلى جانب الانتقال الزجاجي عند درجة حرارة 162.2 درجة مئوية - تأثير ماص للحرارة عند درجة حرارة 197.1 درجة مئوية مباشرةً بعد درجة الحرارة Tg. وبما أن هذا التأثير لا يُرى في التسخين الثاني، يمكن افتراض أنه قد يكون تأثير تبخر أحد المكونات المتطايرة. يمكن إثبات ذلك في الخطوة الأولى فقط من خلال إعادة وزن العينة بعد تجربة DSC (في هذه الحالة، يمكن للمرء أن يجد فقدان كتلة بنسبة 1% تقريبًا). يمكن العثور على الانتقال الزجاجي للمادة PMMI في منحنى التسخين الثاني (المنحنى الأحمر في الشكل 2) عند 175.8 درجة مئوية (نقطة المنتصف).
تتمثل إحدى طرق التحليل الحراري للتحقق من فقدان الكتلة كمياً في التحليل الحراري الثرموجرافي المتري (TGA). وتظهر نتائج عينة PMMI في الشكل 3. في منحنى TGA، لوحظت خطوة فقدان الكتلة بنسبة 1.0% في نطاق درجة الحرارة من RT إلى 260 درجة مئوية. يمكن رؤية الحد الأقصى لمعدل فقدان الكتلة لخطوة فقدان الكتلة هذه كحد أدنى في منحنى DTG (المشتق الأول لمنحنى TGA) عند درجة حرارة 199.9 درجة مئوية. تتوافق خطوة فقدان الكتلة هذه بوضوح مع التأثير الماص للحرارة الذي لوحظ عند 197.1 درجة مئوية (درجة حرارة الذروة) في منحنى التسخين الأول لقياس DSC.
عن طريق TGA، يمكن للمرء أن يحدد كمية فقدان الكتلة عند درجة حرارة معينة؛ وسيكون من المهم الآن معرفة الغاز المتطور خلال خطوة فقدان الكتلة هذه، من أجل الحصول على نظرة أعمق في تكوين العينة.
وللكشف عن الغاز المتطور وتحديده، تم اقتران نظام TGA بمطياف FT-IR؛ ويمكن القيام بذلك بطريقة فريدة من نوعها باستخدام NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra®. إن نظام اقتران PERSEUS® هو اقتران مباشر لجهاز TG 209 F1 Libra® بمطياف Bruker Alpha FT-IR.
ويوضح الشكل 4، بالنسبة إلى قياس TGA-FT-IR المقترن على PMMI، منحنى جرام-شميت (باللون الأحمر) إلى جانب منحنيات TGA وDTG. ويعرض منحنى جرام-شميدت الكثافة الكلية للأشعة تحت الحمراء ويتصرف كصورة معكوسة لمعدل فقدان الكتلة (DTG) بينما يُظهر أيضًا أقصى كثافة خلال خطوات فقدان الكتلة.
لتقييم بيانات الأشعة تحت الحمراء بالتفصيل، تم أخذ الطيف الفردي عند خطوة فقدان الكتلة عند درجة حرارة 200 درجة مئوية ومقارنتها مع المدخلات في قواعد البيانات المثبتة (الشكل 5). في هذه الحالة، تُظهر المقارنة مع المكتبة أن الغاز المنطلق هو بالتأكيد H2O.
الخاتمة
من خلال هذه الرؤية الثاقبة للمادة، يمكن أيضًا تفسير نتائج DSC لعمليات التسخين الأولى والثانية (الشكل 2) بشكل أكثر دقة. نظرًا لمحتوى العينة من الماء، فإن درجة حرارة الانتقال الزجاجي التي شوهدت في التسخين الأول أقل من تلك التي شوهدت في التسخين الثاني. تعمل الرطوبة في البوليمر كمادة ملدنة وتقلل بدرجة كبيرة من درجة حرارة الانتقال الزجاجي.