热重红外（TGFTIR）联用技术在PA6热解研究上的应用

摘要

PA6（尼龙6），是半透明或不透明乳白色粒子，具有热塑性、轻质、韧性好、耐化学品和耐久性好等特性，一般用于汽车零部件、机械部件、电子电器产品、工程配件等产品。PA6为大分子链上含有酰胺基团重复结构单元的一类聚合物，其热降解机理对于阻燃研究来说是相当重要的。

1 实验方法

1.1 样品及仪器

PA6（尼龙6，颗粒状，德国巴斯夫公司生产，工业品）

FTIR-850

可加热气体室及传输线附件

TG 209 F1（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30℃，以升温速率10℃/min升至700℃。

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200℃

传输线温度为210℃

可加热气体室温度为210℃

1.2.3 FTIR-850设定

分辨率为4cm^-1，测定范围4000-400cm^-1。

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PA6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，PA6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360—490℃，DTG曲线上只有一个失重峰，在450℃（43min）左右时，其热降解速率达到最大，说明PA6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 43min时PA6的热降解气相产物的FTIR谱图

43min时3000-2800cm^-1,2400-2300cm^-1,1800-1700cm^-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，在2900cm^-1附近出现了强吸收峰，经分析是烷基和CO₂的吸收峰，而在1710.88cm^-1出现的强吸收峰应为酰胺基的吸收峰，928 cm^-1和961cm^-1的吸收峰为酰胺IV的CONH变形振动吸收峰。结合PA6的主链结构可推断出以上吸收峰是主链降解后形成内酰胺的低聚物所造成的。1500 cm^-1附近为H₂O的吸收峰，2300cm^-1附近为CO₂的吸收峰，这说明此时气相产物含有水和二氧化碳。

从以上结果可以看出，TG-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。