Charakterystyka materiałowa polimerów za pomocą metod analizy termicznej - kompleksowe badanie PMMI za pomocą DSC, TGA i TGA-FT-IR

Wprowadzenie

Metody analizy termicznej są szeroko stosowane w dziedzinie polimerów do charakteryzowania i identyfikacji materiałów. W tym przypadku PMMI został zbadany za pomocą DSC, TGA i TGA-FT-IR. PMMI (polimetakrylometyloimid) jest polimerem termoplastycznym. Ponieważ jest to polimer amorficzny, charakteryzuje się wysoką przezroczystością. W związku z tym może być wykorzystywany w określonych zastosowaniach, takich jak przemysł motoryzacyjny do modułów reflektorów lub bardziej ogólnie do elementów optycznych, takich jak światłowody, soczewki, światłowody, osłony opraw oświetleniowych, wzierniki i soczewki osłonowe.

Wyniki testów

W porównaniu do PMMA (polimetakrylan metylu), PMMI ma wyższą temperaturę ugięcia cieplnego, co znajduje również odzwierciedlenie w wyższej temperaturze zeszklenia (Tg) w porównaniu do PMMA. Rysunek 1 przedstawia wyniki DSC 2. krzywej grzania dla PMMI w bezpośrednim porównaniu z PMMA. Dla tych dwóch gatunków, Tg PMMA wynosi 109,1°C (punkt środkowy), a PMMI jest znacznie wyższa i wynosi 175,8°C (punkt środkowy).

1) Wyniki DSC 214 Polyma dla próbki PMMA (krzywa niebieska) i próbki PMMI (krzywa czerwona) (drugie krzywe grzania; szybkość grzania: 10 K/min, masa próbki: PMMA 13,98 mg, PMMI 10,64 mg). PMMI w tym badaniu występował jako niesuszony granulat i był badany w stanie, w jakim go otrzymano.
2) Wyniki DSC 214 Polyma dla próbki PMMI (niebieska krzywa: pierwsze ogrzewanie; czerwona krzywa: drugie ogrzewanie) (szybkość ogrzewania: 10 K/min, masa próbki: PMMI 10,64 mg)

Na pierwszej krzywej grzania eksperymentu DSC (niebieska krzywa na rysunku 2) można zaobserwować - oprócz Tg przejścia szklistego przy 162,2°C - również efekt EndotermicznyPrzemiana próbki lub reakcja jest endotermiczna, jeśli do konwersji potrzebne jest ciepło.endotermiczny przy 197,1°C bezpośrednio po Tg. Ponieważ efekt ten nie jest widoczny podczas drugiego ogrzewania, można założyć, że może to być efekt parowania lotnego składnika. Można to udowodnić na pierwszym etapie, po prostu ponownie ważąc próbkę po eksperymencie DSC (w tym przypadku można by stwierdzić utratę masy o około 1%). Punkt przecięciaW teście reologicznym, takim jak przemiatanie częstotliwości lub przemiatanie czas/temperatura, punkt przecięcia jest wygodnym punktem odniesienia wskazującym punkt "przejścia" próbki.Przejście szkliste PMMI można znaleźć na drugiej krzywej grzania (czerwona krzywa na rysunku 2) w temperaturze 175,8°C (punkt środkowy).

Jedną z metod termoanalitycznych służących do ilościowej weryfikacji ubytku masy jest analiza termograwimetryczna (TGA). Wyniki dla próbki PMMI pokazano na rysunku 3. Na krzywej TGA w zakresie temperatur od RT do 260°C obserwuje się ubytek masy wynoszący 1,0%. Maksimum szybkości ubytku masy dla tego etapu ubytku masy można zaobserwować jako minimum na krzywej DTG (pierwsza pochodna krzywej TGA) w temperaturze 199,9°C. Ten etap utraty masy wyraźnie odpowiada efektowi endotermicznemu, który zaobserwowano przy 197,1°C (temperatura szczytowa) na pierwszej krzywej grzania pomiaru DSC.

3) Wyniki DSC 214 Polyma dla próbki PMMI (niebieska krzywa: pierwsze ogrzewanie) i TG 209 F1 Libra® (czarna krzywa ciągła: krzywa TGA; czarna krzywa przerywana: krzywa DTG) (szybkość ogrzewania: 10 K/min)
4) Zależna od temperatury zmiana masy (TGA, czarna krzywa ciągła), szybkość zmiany masy (DTG, czarna krzywa przerywana) i krzywa Grama-Schmidta (czerwona krzywa przerywana) próbki PMMI

Za pomocą TGA można określić ilościowo utratę masy w określonej temperaturze; teraz bardziej interesujące byłoby dowiedzieć się, jaki gaz wyewoluował podczas tego etapu utraty masy, aby uzyskać głębszy wgląd w skład próbki.

Aby wykryć i zidentyfikować wydzielający się gaz, system TGA został sprzężony ze spektrometrem FT-IR; można to zrobić w unikalny sposób za pomocą NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® . System sprzęgający PERSEUS® jest bezpośrednim połączeniem TG 209 F1 Libra® ze spektrometrem Bruker Alpha FT-IR.

Rysunek 4 przedstawia, dla sprzężonego pomiaru TGA-FT-IR na PMMI, krzywą Grama-Schmidta (czerwona) wraz z krzywymi TGA i DTG. Krzywa Grama-Schmidta wyświetla ogólną intensywność IR i zachowuje się jak lustrzane odbicie szybkości utraty masy (DTG), jednocześnie pokazując maksymalne natężenia podczas etapów utraty masy.

Aby szczegółowo ocenić dane w podczerwieni, poszczególne widma zostały pobrane na etapie utraty masy w temperaturze 200°C i porównane z wpisami w zainstalowanych bazach danych (rysunek 5). W tym przypadku porównanie z library pokazuje, że uwolnionym gazem jest zdecydowanieH2O.

5) Wyekstrahowane widmo IR dla PMMI w temperaturze 200°C (niebieska krzywa) w porównaniu z widmem library dla H2O (czerwona krzywa)

Wnioski

Mając ten wgląd w materiał, wyniki DSC dla pierwszego i drugiego cyklu ogrzewania (rysunek 2) można również wyjaśnić bardziej precyzyjnie. Ze względu na zawartość wody w próbce, Temperatura zeszkleniaPrzejście szkliste jest jedną z najważniejszych właściwości materiałów amorficznych i półkrystalicznych, np. szkieł nieorganicznych, metali amorficznych, polimerów, farmaceutyków i składników żywności itp. i opisuje obszar temperatury, w którym właściwości mechaniczne materiałów zmieniają się z twardych i kruchych na bardziej miękkie, odkształcalne lub gumowate.temperatura zeszklenia obserwowana podczas pierwszego ogrzewania jest niższa niż ta obserwowana podczas drugiego ogrzewania. Wilgoć w polimerze działa jak plastyfikator i znacznie obniża temperaturę zeszklenia.

Related Application Notes