소개
열 분석 방법은 폴리머 분야에서 재료를 특성화하고 식별하는 데 널리 사용됩니다. 이 사례 연구에서는 DSC, TGA 및 TGA-FT-IR을 통해 PMMI를 조사했습니다. PMMI(폴리메타크릴메틸이미드)는 열가소성 폴리머입니다. 비정질 폴리머이기 때문에 투명도가 높은 것이 특징입니다. 따라서 자동차 산업의 헤드라이트 모듈과 같은 특정 애플리케이션이나 보다 일반적으로는 라이트 가이드, 렌즈, 광섬유, 조명기구 커버, 사이트 글라스 및 커버 렌즈와 같은 광학 부품에 사용할 수 있습니다.
테스트 결과
PMMA(폴리메틸메타크릴레이트)에 비해 PMMI는 열변형 온도가 더 높으며, 이는 PMMA에 비해 유리 전이 온도(Tg)가 더 높다는 점도 반영됩니다. 그림 1은 PMMA와 직접 비교한 PMMI의 2차 가열 곡선에 대한 DSC 결과를 보여줍니다. 이 두 등급의 경우, PMMA의 Tg는 109.1°C(중간점)이고 PMMI는 175.8°C(중간점)로 훨씬 높습니다.
DSC 실험의 첫 번째 가열 곡선(그림 2의 파란색 곡선)에서 162.2°C의 유리 전이 Tg 외에도 Tg 바로 다음 197.1°C에서 흡열 효과를 관찰할 수 있습니다. 이 효과는 두 번째 가열에서는 보이지 않으므로 휘발성 성분의 증발 효과일 수 있다고 가정할 수 있습니다. 이는 DSC 실험 후 시료의 무게를 재는 것만으로도 첫 번째 단계에서 입증할 수 있습니다(이 경우 약 1%의 질량 손실을 발견할 수 있습니다). PMMI의 유리 전이는 175.8°C(중간점)에서 두 번째 가열 곡선(그림 2의 빨간색 곡선)에서 확인할 수 있습니다.
질량 손실을 정량적으로 확인하기 위한 열분석 방법 중 하나는 열무게 분석(TGA)입니다. PMMI 샘플의 결과는 그림 3에 나와 있습니다. TGA 곡선에서는 RT에서 260°C까지의 온도 범위에서 1.0%의 질량 손실 단계가 관찰됩니다. 이 질량 손실 단계에 대한 질량 손실률의 최대값은 199.9°C에서 DTG 곡선(TGA 곡선의 첫 번째 도함수)에서 최소값으로 볼 수 있습니다. 이 질량 손실 단계는 DSC 측정의 첫 번째 가열 곡선에서 197.1°C(피크 온도)에서 관찰된 흡열 효과와 명확하게 일치합니다.
TGA를 사용하면 특정 온도에서 질량 손실을 정량화할 수 있습니다. 이제 시료의 구성에 대한 더 깊은 통찰력을 얻기 위해 이 질량 손실 단계에서 어떤 가스가 진화했는지 알아보는 것이 더 큰 관심사가 될 것입니다.
진화한 가스를 감지하고 식별하기 위해 TGA 시스템을 FT-IR 분광기에 연결했으며, 이는 NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® 을 사용하여 고유한 방식으로 수행할 수 있습니다. PERSEUS® 커플링 시스템은 TG 209 F1 Libra® 를 브루커 알파 FT-IR 분광기와 직접 연결한 것입니다.
그림 4는 PMMI에서 결합된 TGA-FT-IR 측정의 경우 그램-슈미트 곡선(빨간색)과 TGA 및 DTG 곡선을 보여줍니다. 그램-슈미트 곡선은 전체 IR 강도를 표시하며 질량 손실률(DTG)의 거울 이미지처럼 작동하는 동시에 질량 손실 단계 동안의 최대 강도를 보여줍니다.
IR 데이터를 자세히 평가하기 위해 200°C의 질량 손실 단계에서 개별 스펙트럼을 촬영하여 설치된 데이터베이스의 항목과 비교했습니다(그림 5). 이 경우 라이브러리와 비교한 결과 방출된 가스는 확실히 H2O임을알 수 있습니다.
결론
재료에 대한 이러한 통찰력을 통해 첫 번째 및 두 번째 가열 실행(그림 2)에 대한 DSC 결과도 더 정확하게 설명할 수 있습니다. 샘플의 수분 함량으로 인해 첫 번째 가열에서 나타난 유리 전이 온도는 두 번째 가열에서 나타난 온도보다 낮습니다. 폴리머의 수분은 가소제처럼 작용하여 유리 전이 온도를 크게 낮춥니다.