Введение
Методы термического анализа широко используются в области полимеров для определения характеристик и идентификации материалов. В данном примере PMMI был исследован с помощью ДСК, ТГА и ТГА-ФТ-ИК. PMMI (полиметакрилметилимид) - это термопластичный полимер. Поскольку это аморфный полимер, он отличается высокой прозрачностью. Поэтому он может использоваться в специфических областях, например, в автомобильной промышленности для модулей фар, или в более общих областях для оптических компонентов, таких как световоды, линзы, оптоволокно, крышки светильников, смотровые стекла и защитные линзы.
Результаты испытаний
По сравнению с ПММА (полиметилметакрилатом), ПММИ имеет более высокую температуру нагрева, что также отражается в более высокой температуре стеклования (Tg) по сравнению с ПММА. На рис. 1 показаны результаты ДСК 2-й кривой нагрева для PMMI в прямом сравнении с PMMA. Для этих двух марок Tg ПММА составляет 109,1°C (средняя точка), а ПММИ гораздо выше - 175,8°C (средняя точка).
На первой кривой нагрева в эксперименте ДСК (синяя кривая на рисунке 2), помимо Tg стеклования при 162,2°C, можно наблюдать эндотермический эффект при 197,1°C, непосредственно следующий за Tg. Поскольку этот эффект не наблюдается при втором нагревании, можно предположить, что это может быть эффект испарения летучего компонента. На первом этапе это можно доказать, просто повторно взвесив образец после эксперимента ДСК (в этом случае потеря массы составит около 1 %). Стеклование PMMI можно обнаружить на второй кривой нагрева (красная кривая на рис. 2) при температуре 175,8°C (средняя точка).
Одним из термоаналитических методов, позволяющих количественно проверить потерю массы, является термогравиметрический анализ (ТГА). Результаты для образца PMMI показаны на рисунке 3. На кривой ТГА наблюдается шаг потери массы в 1,0% в диапазоне температур от RT до 260°C. Максимум скорости потери массы для этого шага потери массы можно увидеть как минимум на кривой DTG (первая производная кривой ТГА) при 199,9°C. Этот этап потери массы четко соответствует эндотермическому эффекту, который наблюдался при 197,1°C (пиковая температура) на первой кривой нагрева при измерении ДСК.
С помощью ТГА можно количественно оценить потерю массы при определенной температуре; теперь было бы интереснее узнать, какой газ выделился во время этой потери массы, чтобы получить более глубокое представление о составе образца.
Чтобы обнаружить и идентифицировать выделившийся газ, система ТГА была соединена с ИК-Фурье спектрометром; это можно сделать уникальным способом с помощью NETZSCH PERSEUS® TG 209 F1 Libra® . Система сопряжения PERSEUS® представляет собой прямое соединение TG 209 F1 Libra® с ИК-Фурье спектрометром Bruker Alpha.
На рисунке 4 показана кривая Грама-Шмидта (красная), а также кривые ТГА и ДТГ, полученные в результате сопряженного измерения ТГА-ФТ-ИК на ПММИ. Кривая Грама-Шмидта отображает общую интенсивность ИК-излучения и является зеркальным отражением скорости потери массы (DTG), а также показывает максимальную интенсивность во время этапов потери массы.
Для детальной оценки ИК-данных был снят индивидуальный спектр на этапе массопотери при 200°C и сравнен с записями в установленных базах данных (рис. 5). В данном случае сравнение с library показывает, что выделяющийся газ определенно является H2O.
Заключение
Благодаря такому пониманию материала можно более точно объяснить результаты ДСК для первого и второго нагревов (рис. 2). Из-за содержания воды в образце температура стеклования при первом нагреве ниже, чем при втором. Влага в полимере действует как пластификатор и значительно снижает температуру стеклования.