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TGA試験結果に及ぼす大気と試料形状の影響

はじめに

熱重量測定(TG)または熱重量分析(TGA)-ISO 11358またはDIN 51006などに準拠-は、定義された条件下で試料を熱天秤で加熱することにより、様々な物質、材料、混合物の熱安定性と組成を調べることができます。ここでは周囲の雰囲気が重要な役割を果たすため、試料とその環境との相互作用による影響、すなわち吸着、脱着、分解、酸化過程に主眼が置かれます。

例えば、不活性熱分解条件下(窒素雰囲気など)では、得られる結果は酸化条件下(空気や酸素の存在下)で得られる結果とは根本的に異なります。

測定結果

雰囲気の影響

図1は、熱可塑性エラストマーブレンドSEBS/PP(スチレン-エチレン-ブタジエン-スチレン/ポリプロピレン)の窒素雰囲気下での分解(緑色の曲線)を、空気中での同じ測定(青色の曲線)と比較したものである。酸化に弱い材料の分解は、空気中では明らかに早く始まっている:不活性ガス雰囲気下では391℃(外挿開始温度)であったのに対し、空気中では312℃であった。さらに、酸化分解は複数のステップで起こり、これは1次微分ではっきりと確認できる。いずれの場合も、加熱速度は20 K/分、試料質量は10 mgであった。

SEBS/PPの熱重量分析曲線。窒素(緑)と空気(青)の環境下での明確な分解を示す。
1) SEBS/PPの窒素雰囲気中での分解挙動(緑色の曲線)と空気中での分解挙動(青色の曲線)の違い

減圧下、すなわち真空中では、ポリマー混合物中の揮発性成分の沸点を下げることができるため、ポリマーの分解から分離しやすくなる。図2は、熱可塑性エラストマーSEBSと低分子可塑剤の混合物の測定結果を示している。真空下(赤い曲線)では、可塑剤の分離はかなり低い温度で起こる。これにより、可塑剤の含有量を正確に測定することができ、ここでは61.2%である。窒素雰囲気下では、分解プロセスがポリマーの分解と部分的に重なり、DTG曲線(青い点線)は0に戻らなかった。

SEBS混合物中の可塑剤分離の比較:温度ピークを示す赤い曲線(真空)と青い曲線(窒素)。
2) SEBS混合物中の可塑剤の分離挙動を、窒素中での標準測定(青色曲線)と真空中での比較(赤色曲線)。

試料形状の影響:表面質量比

分解分析では、表面質量比も再現性のある測定結果を得るために重要です。比表面積が大きいと(例えば粉体)、同じ質量のバルク材料よりもかなり低い温度と急峻な質量損失ステップで分解が起こります。表面対質量比は、ポリマー試料の分解プロセスにも影響する。ポリマー試料は、コンパクトな試料として入手できる場合もあれば、small に切断されたものもある。図3は、試料質量が同じ10mgのSEBS/PP試料(青色曲線)を、バルク試料(赤色曲線)と比較して、切り分けたSEBS/PP試料(青色曲線)の分解挙動の違いを示している。

Al2O3るつぼ中のSEBS/PP試料のDTAおよびTG分析グラフ。
3)SEBS/PP試料の分解;Al2O3るつぼ中での測定;赤:試料10mg(1個)、青:試料10mg(20個)
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