はじめに
ポリアミドは、優れた機械的耐性を特徴とする半結晶性ポリマーであるため、自動車産業やロボット産業におけるケーブル保護など、様々な技術用途に使用されている。ポリアミド粉末はSLS（選択的レーザー焼結）の材料としても人気があり、3Dプリンティング法ではあらゆる形状の物体を作ることができる。
しかし、ポリアミドは水にも非常に弱い。ポリアミドの分子鎖には極性アミド基があり、水のような極性液体を引き寄せるため、このポリマーは環境中に存在する水分を吸収する。水分子はポリアミド鎖間隙の自由体積を増加させ、その結果ポリマーが膨潤し、機械的負荷で分子鎖が滑りやすくなる。これはガラス転移の低下につながり、水による可塑化効果と呼ばれる。[1, 2, 3]
その結果、水の取り込みはポリアミドの機械的、熱的、電気的特性に劇的な影響を与える。特に、含水率の増加は剛性と強度の低下につながり、靭性は増加する。[3, 4, 5]
DSCがポリアミドのガラス転移に及ぼす湿度の影響を調査ポリアミドのガラス転移
以下では、ポリアミド6（PA6）のガラス転移に対する湿度の影響を調査する。この目的のため、0%から4.9%の間で異なるレベルの水分を含む試料についてDSC測定を行った。
表1に測定条件をまとめた。PA6のガラス転移は通常、水分蒸発による吸熱（吸熱性）ピークと重なっている。このため、温度変調型DSC測定では、反転効果（例：ガラス転移）と非反転効果（例：揮発成分の蒸発、硬化）を分離して測定する必要があります[6]。
表1：測定条件
| 測定装置 | DSC 300Caliris, Hモジュール | |||
| 試料 | 乾燥（湿度0） | 1.湿度2 | 3.湿度3 | 4.湿度9 |
| 試料質量 | 9.92 mg | 10.04 mg | 10.26 mg | 10.44 mg |
| 容器 | Concavus® (アルミニウム）、穴あき蓋付き | |||
| 温度範囲 | -60°C～240°C | |||
| 加熱速度 | 5K/分 | |||
| 加熱時間 | 60 s | |||
| 振幅 | 0.8 K | |||
PA6のガラス転移温度
図1は、湿度1.2%での試料の全熱流を示しており、これは変調のない従来のDSC曲線に相当する。38.8℃の吸熱（吸熱性）がポリアミド6のガラス転移を示している。しかし、ガラス転移は吸熱（吸熱性）ピークと重なっているため、この評価は正確ではない。これはおそらく、試料に含まれる離水と緩和効果によるものであろう。融解が224.2℃（ピーク温度）で起こる前に、PA6の非晶質部分が部分的に結晶化し、DSC曲線における193.3℃（ピーク温度）の発熱（発熱性）ピークを説明している。
図2は、温度変調型DSC測定で得られた生のDSC信号とともに、全熱流を表示したものです。全ヒートフロー（連続線）は、上述のように標準的なDSC測定と同等です。生の信号（破線）は、材料が温度変調に対して実際にどのように反応するかを示しています。
図3では、全熱流を反転部分と非反転部分に分けている。これにより、ガラス転移と蒸発ピークを分離することができる。ガラス転移はDSC信号の反転部分で検出され、蒸発効果は非反転部分で検出される。
その後、ガラス転移は正確に評価された（40.4℃の中間点）。しかし、非反転シグナルは、吸熱（吸熱性）ピークが最初に想定したよりもはるかに広いことを強調している。緩和と蒸発によるこの効果は、21.2 J/gのエンタルピーに関係している。
PA6のガラス転移温度に及ぼす湿度の影響
図4は、異なる試料の反転信号を示している。含水率が高いほど、ガラス転移温度は低くなる。乾燥試料と4.9%の水分を含むPA6のガラス転移には70℃以上の差がある。
結論
ポリアミドは吸湿性があるため、周囲の環境から湿気を吸収する。これは、材料の特性や加工に影響を与える。PA6に含まれる水分がsmall の量であっても、そのガラス転移を劇的に低下させます。このため、試料の含水率は、チェックとコントロールに不可欠なパラメータである。
DSC 300Caliris を用いて温度変調型DSC測定を行うのが、信頼性が高く迅速な方法です。