ABS树脂是使用最广泛的工程塑料之一,其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良,还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点,容易涂装、着色,还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工,广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域,是一种用途极广的热塑性工程塑料。
ABS在加工成型过程中基本上处于高温熔体状态,极易遭受热氧降解和水解,所以研究其热降解机理是相当重要的。同时ABS树脂在空气中极易燃烧,释放黑烟和有毒气体,在很多场所需要进行阻燃改性。
热重-红外联用技术(TGA-FTIR)是利用吹扫气(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(通常为200-250℃)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ABS树脂的热解行为进行分析。
1 实验方法
1.1 样品及仪器
ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,颗粒状,POLIMAXX公司生产,工业品)
FTIR-850 傅里叶变换红外光谱仪
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40ml/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900℃。
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ABS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,ABS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330—500℃,DTG曲线上只有一个失重峰,在430℃(40min)左右时,其热降解速率达到最大,说明ABS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 40min时ABS的热降解气相产物的FTIR谱图
40min时3000-2800cm-1, 1700-1400cm-1,700cm-1附近处的峰值达到最大,这和DTG曲线完全一致。从图2中可以看出,699.72cm-1是苯环的单取代吸收峰,1500 cm-1附近是苯环的吸收峰,1600 cm-1是C=N和C=C双键的吸收峰,2871.91 cm-1和2943.24 cm-1是亚甲基的吸收峰,3029.90 cm-1和3067.24 cm-1代表乙烯基上C-H的伸缩振动吸收峰。
2240 cm-1处没有发现氰基的吸收峰,而1600 cm-1处有C=N吸收峰,说明ABS分解前氰基已经发生环化反应。在N2气氛下,ABS的分解在670 cm-1,2358 cm-1,3745 cm-1,3675cm-1处没有吸收峰,说明ABS的无氧分解过程中没有二氧化碳和水产生。