熱重-紅外（TG-FTIR）聯(lián)用技術(shù)在PA6熱解研究上的應(yīng)用

天津港東科技股份有限公司  應(yīng)用分析部

摘要

PA6（尼龍6），是半透明或不透明乳白色粒子，具有熱塑性、輕質(zhì)、韌性好、耐化學(xué)品和耐久性好等特性，一般用于汽車零部件、機械部件、電子電器產(chǎn)品、工程配件等產(chǎn)品。PA6為大分子鏈上含有酰胺基團重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的一類聚合物，其熱降解機理對于阻燃研究來說是相當重要的。

1 實驗方法

1.1 樣品及儀器

PA6（尼龍6，顆粒狀，德國巴斯夫公司生產(chǎn)，工業(yè)品）

FTIR-850

可加熱氣體室及傳輸線附件

TG 209 F1（德國耐馳公司）

1.2實驗程序設(shè)定

1.2.1 TGA設(shè)定

氣氛為30ml/min的高純氮氣

熱重分析的起始溫度為30℃，以升溫速率10℃/min升至700℃。

1.2.2 可加熱氣體室及傳輸線溫度設(shè)定

傳輸線接口溫度為200℃

傳輸線溫度為210℃

可加熱氣體室溫度為210℃

1.2.3 FTIR-850設(shè)定

分辨率為4cm^-1，測定范圍4000-400cm^-1。

1.3 實驗方法

通氣30min后，在FTIR-850軟件中開啟連續(xù)采集，采集間隔為1min，選擇等待trigger。

取一粒PA6顆粒放入樣品坩堝中，按1.2設(shè)定好的實驗程序運行TGA與FTIR。

2 實驗結(jié)果與討論

圖1  TG曲線及其一階導(dǎo)數(shù)曲線

從圖1中可以看出，PA6在N₂氣氛中的熱分解過程只有一個失重區(qū)間，其熱失重溫度范圍主要發(fā)生在360—490℃，DTG曲線上只有一個失重峰，在450℃（43min）左右時，其熱降解速率達到最大，說明PA6的熱降解是一步完成的，借助FTIR可以對其熱解過程中產(chǎn)生的氣體進行研究。

圖2 43min時PA6的熱降解氣相產(chǎn)物的FTIR譜圖

43min時3000-2800cm^-1,2400-2300cm^-1,1800-1700cm^-1處的峰值達到最大，這和DTG曲線完全一致。從圖2中可以看出，在2900cm^-1附近出現(xiàn)了強吸收峰，經(jīng)分析是烷基和CO₂的吸收峰，而在1710.88cm^-1出現(xiàn)的強吸收峰應(yīng)為酰胺基的吸收峰，928 cm^-1和961cm^-1的吸收峰為酰胺IV的CONH變形振動吸收峰。結(jié)合PA6的主鏈結(jié)構(gòu)可推斷出以上吸收峰是主鏈降解后形成內(nèi)酰胺的低聚物所造成的。1500 cm^-1附近為H₂O的吸收峰，2300cm^-1附近為CO₂的吸收峰，這說明此時氣相產(chǎn)物含有水和二氧化碳。

從以上結(jié)果可以看出，TG-FTIR聯(lián)用技術(shù)是研究聚合物熱降解行為或機理的一個有用工具。