热重红外联用在PP热解分析的应用

热重红外联用在PP热解分析的应用

PP（聚丙烯）无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低密度聚乙烯，可在100℃左右使用。具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响，但低温时变脆，不耐磨、易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。PP在加工成型过程中基本上处于高温熔体状态，所以研究其热降解机理是相当重要的。

1.  实验方法

1.1样品及仪器

PP（聚丙烯，颗粒状，Borealis公司生产，工业品）

FTIR-850

可加热气体室及传输线附件

TG 209F1（德国耐驰公司）

1.2  实验程序设定

1.2.1 TGA设定

气氛为30ml/min的高纯氮气

热重分析的起始温度为40℃（保持1min），以升温速率60℃/min快速升至180℃，然后以20℃/min升至600℃。

1.2.2 可加热气体室及传输线温度设定

传输线接口温度为210℃

传输线温度为220℃

可加热气体室温度为220℃

1.2.3 FTIR-850设定

ZnSe窗片；重复扫描次数：8次；分辨率为4cm^-1；测定范围4000-700cm^-1，扫描时间间隔：1分钟。

1.3实验方法

通气30min后，在FTIR-850软件中开启连续采集，采集间隔为1min，选择等待trigger。

取一粒PP颗粒放入样品坩埚中，按1.2设定好的实验程序运行TGA与FTIR。

2 实验结果与讨论      

图1 TG曲线及其一阶导数曲线 

从图1中可以看出，PP在N₂气氛中的热分解过程只有一个失重区间，其热失重温度范围主要发生在390—500℃，DTG曲线上只有一个失重峰，在470℃（18min）左右时，其热降解速率达到最大，说明PP的热降解是一步完成的，借助FTIR可以对其热解过程中产生的气体进行研究。

图2 18min时PP的热降解气相产物的FTIR谱图

18min时2965cm^-1处的峰值达到最大，这和DTG曲线完全一致。从图2中可以看出，2965cm^-1附近出现了很强的吸收峰，说明有CH₃-（2963cm^-1,2879cm^-1）和-CH₂-（2928cm^-1），在890cm^-1出现了烯烃的吸收峰，这两处为多种烷烃和多种烯烃的混合物，证明了PP的无规断链降解机理。

从以上结果可以看出，TGA-FTIR联用技术是研究聚合物热降解行为或机理的一个有用工具。

图3 Gram-Schmidt图

从图3可以看出分解产物浓度在20min时达到最大，与DTG曲线上18min时热降解速率最大，基本吻合，只有2分钟的延迟。

由此可见，热重-红外联用技术（TGA-FTIR）利用吹扫气（通常为氮气或空气）将热失重过程中产生的挥发分或分解产物，通过恒定在高温下的管道及气体池，引入FTIR的光路中，并通过FTIR检测、分析判断逸出气组分结构的一种技术。该技术可用于测定样品在程序控制温度下产生的质量变化及分解过程产生气体的化学成分，可对PP树脂的热解行为进行分析。