열중량 및 시차주사열량법에 의한 PMMA 와 □-SAN의 열적거동

설수덕, 정미나

동아대학교 공과대학 화학공학과

Thermal behavion of poly(methyl methacrylate) and poly(□-methylstyrene-co-acrylonitrile) using TG and DSC method.

Soo-Duk Seul, Mi-Na Jung

Department of Chem. Eng., Dong-A Univ., Pusan, Korea

Ⅰ 서 론

2가지 이상의 단일중합체 또는 공중합체의 혼합물인 폴리머 블랜드(polymer blend)는 각 중합체의 장점을 살려 공업적으로 필요한 물성을 가지는 새로운 소재를 개발하는데 목적이 있다.

고분자재료의 열화는 합성이나 블랜드과정에서 미반응물 이나 오염물질이 잔유하거나, 가공과정에서 이러한 현상을 구명해야 무기, 유기 및 고분자화합물의 합성반응, 촉매반응, 생화학반응 등에 대한 반응조건 설정에 중대한 역할을 한다.

고분자 화합물에 대한 열열화 메카니즘 연구는 주로 열분석법이 사용되며 이 방법은 열안정성 결정에 중요한 역할을 한다.

열분석 기법은 열중량법, 시차열분석법, 시차주사열량법 및 열기계분석법 등이 있다.

본 연구는 poly(methacrylate)(PMMA)에 poly(□-methyl styrene-co- acrylonitrile)(SAN)을 혼합시켜 혼합비 변화, 기류변화에 따른 열분해 메카니즘을 열중량-시차주사열량법(TG-DSC)으로 구하였다.

Ⅱ 이 론

Name	Dependent	Independent	Slope	Intercept
Friedman (Derivative method)	[eqn: ln(dc/dt)]	1/T	-E/R	[eqn: lnA + ln(g(c))]
Ozawa (Integral method)	[eqn: ln beta]	1/Tmax	-E/R	[eqn: ln(AE/R) +] [eqn: ln(g(c_max ))]
Borchatdt and Daniels (DSC method)	[eqn: ln dH/dt over H-h]	1/T	-E/R	[eqn: lnA]

Ⅲ 실 험

열분해 실험에 사용된 장치는 일본 Rigaku사제 TG-DSC 이며, 구조변화는 shimazu 사제 퓨리어 전환 적외선 분광기를 사용하였다.

실험에 사용된 시료는 PMMA(Mw = 4.6 × 105),과 AN함량 27%의 SAN(Mw = 3.7 × 105)이다.

혼합물의 중량비는 PMMA/SAN =100/0∼0/100 으로하여 분말혼합시켜서 열분석하였고, 적외선분광분석은 상용성 있는 클로포름으로 0.5□의 필름으로 제조후 수일간 감압하에서 건조시켜 사용하였다.

시료는 8±0.1□을 취하여 유속 30□/min로 변화시켜 열중량곡선과 시차주사열량곡선을 얻어서 미분법, 적분법과 DSC법으로 분해반응속도 매개변수를 구하였다.

또는 FT-IR로 열분해 전후의 시료의 구도변화를 측정하여 열화메카니즘을 구명하였다.

Ⅳ 결과 및 고찰

① TG법

그림1은 SAN수지가 20%함유된 시료를 질소기류하에서 미분법으로, 그림2는 적분법으로 기울기에서 활성화에너지를 구하는 것이다.

② DSC법

그림3은 질소기류하에서 순수 PMMA, SAN 및 40% SAN수지가 첨가된 시료에 대한 시차주사열량곡선으로부터 DSC 법을 사용하여 피이크 면적에서 dH/dt와 1/T의 관계의 기울기로부터 활성화에너지를 구하였다.

그림4는 질소기류하에서 SAN수지의 혼합비 변화에 따라 구한 활성화에너지 값의 분포로 그림에서 SAN 60%가 첨가된 혼합물이 가성성에 비하여 높은 값을 나타내었다.

참고 문헌

1. Tibor Kelen, "Polymer Degradation." p.1.178 (1983)

2. Norman Grassis, Gerald scott, "Polymer Degradation and Stabilization," p.4 (1985)

3. W.L. Hawkins, "Polymer Stabilization," John Wiley & Sons (1972)

4. W. Schnabel,"Polymer Degradation," Hanser (1981)

5. C.D. Craver, Polymer charcterization, America Chemical Society 233, 253 (1983)

Fig.1 Derivative method plots at the fractional weifht losses for thermal decomposition of PMMA80/SAN20 mixture in the stream of nitrogen.

Fig.2 Integral method plots at the fractional weight losses for the thermal decomposition of PMMA80/SAN20 mixture in the stteam of nitrogen.

Fig.3 Application of DSC method for the various composition in the stream of nitrogen.

○ : PMMA100

□ : PMMA60/SAN40

△ : SAN100

Fig.4 Variation with composition of the activation energies detetmined using the various equation of thermal degradation for PMMA/SAN mixture in the stream of nitrogen.