TGA Analisis Polypropylene Karbon Nano Fibers Komposit

5/14/2018 TGA Analisis Polypropylene Karbon Nano Fibers Komposit - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/tga-analisis-polypropylene-karbon-nano-fibers-komposit

TGA analisis polypropylene karbon nanofibers komposit

Abstrak

Penyelidikan TGA pada degradasi termal dari isotaktik uap karbon polypropylenee

nanofibers komposit dalam nitrogen tumbuh adalah kembali

porting. Evolusi massa sebagai fungsi temperatur adalah sigmoid tunggal untuk kedua

polypropylene dan polypropylene sarat dengan karbon nano-

serat. Suhu infleksi ini sigmoids meningkat saat konsentrasi karbon nanofibers meningkat.

Lebar

proses degradasi menyempit karena konsentrasi karbon nanofibers meningkat karena

homogenisasi yang lebih baik dari suhu lokal pro-

vided oleh konduktivitas termal yang tinggi dari nanofibers karbon. Analisis datatermogravimetri menunjukkan pembentukan polimer ecarbon nano-

serat antarmuka. Berdasarkan data TGA, struktur dua-lapisan diusulkan untuk antarmuka

karbon nanofibers epolypropylene. Lapisan eksternal lunak

dan memiliki ketebalan sekitar 10

2

nm yang batas-batas yang paling polimer molekul dalam interaksi dengan nanofibers.

Lapisan inti adalah kaku dan memiliki tebal

an urutan beberapa nanometer.

? 2008 Elsevier Ltd All rights reserved.

Keywords: Polimer; nanofibers Karbon; Komposit; Termogravimetri analisis; Polymere

nanofiber interaksi; Polipropilena 1. PengenalanIsotaktik polypropylene (IPP) memiliki tiga fase kristal

(A, b, g) [1 e 5] dan fase smectic mesomorphic [6]. Itu

rantai konformasi dari setiap fase kristal adalah 3

1

heliks.

Polimorfisme dari polypropylene (PP) yang muncul ke permukaan dari

berbeda kemasan helix ke dalam sel unit, seperti yang diamati

dengan sudut lebar hamburan sinar-X (WAXS). Tahap selalu

terjadi di reguler diproses PP seperti dilansir Natta dan

Corradini [7]. Kondisi kristalisasi khusus diperlukan

[8] untuk mendapatkan jumlah yang lebih tinggi dari fase b. Tahap g tidak cukup dieksplorasi, hanya baru-baru ini, berpusat muka nya orthorhom-

sel bic telah diklarifikasi [9,10].

Degradasi termal dari polipropilena isotaktik e mobil

bon nanofibers (IPPe CNFs) diharapkan menjadi hasil dari

superposisi dari dua sigmoids, satu mewakili ther-

mal degradasi dari polimer dan yang lainnya ditugaskan untuk

degradasi termal dari nanofibers. Karena tidak adanya oksigen dan karena stabilitas termal

yang tinggi karbon

nanofibers di atmosfer inert, hanya degradasi

polimer akan dirasakan oleh TGA (dalam kisaran suhu

50

?



C sampai 1000

?

C) [11,12].

2. Eksperimental teknik

IPP jenis Marlex HLN-120-01 (Philips Sumika Polypro-

pylene Perusahaan) dengan densitas 0,906 g / cm3

dan mencair aliran

tingkat di 230

?

C 12 min g/10 telah digunakan sebagai polimer

matriks. Uap tumbuh karbon nanofibers VGCNFs (PR-

24AG) dengan diameter berkisar antara 60 dan 100 nm

dan panjang antara 30.000 dan 100.000 nm telah sup-

menghujani oleh Pyrograf Produk, Inc dan digunakan untuk memperkuat

polimer matriks, sesuai dengan proses yang dikembangkan oleh

Lozano dan Barrera [13]. Dalam studi ini dimurnikan uap tumbuhkarbon serat (VGCF) dicampur ke dalam matriks IPP untuk

membentuk komposit nanofiber. Pemurnian VGCNFs im-

menghujani VGCNTs refluks dalam diklorometana dan deionisasi

air diikuti dengan penyaringan vakum (untuk 24 jam) dan pengeringan

pada 110

?

C selama paling sedikit 24 jam. Lozano et al. [14] menunjukkan bahwa proses pemurnian

tidak mempengaruhi panjang

VGCNFs.

Tinggi geser pencampuran telah digunakan untuk membubarkan VGCNFs

homogen seluruh matriks IPP. Pencampuran memiliki

telah dilakukan oleh Rheomix Haake pada 180

?

C selama 9 min

dengan kecepatan 65 rpm diikuti dengan pencampuran tambahan di

90 rpm selama 5 menit. Komposit sarat dengan berbagai jumlah

dari VGCNFs (0%, 1%, 2,5%, 5%, 7,5%, 10%, 15%, dan 20%

berat.) telah disusun.

Sampel diperoleh sebagai panas telah ditekan menjadi lembaran

dengan ketebalan sekitar 0,6 mm pada sekitar 180

?C dan pada

berat 9000 kg untuk 100 s. TGA investigasi terhadap ther-

mal stabilitas komposit IPPe VGCNF dalam nitrogen, memiliki

telah dilakukan dengan menggunakan Instrumen TA (TGA Q500). Addi-

nasional data mengenai penyebaran VGCNFs dalam

polimer matriks (IPP) telah diperoleh dengan menggunakan Philips

Transmisi Elektron Mikroskop operasi pada 200 kV.

3. Eksperimental Hasil dan diskusi

Gambar. 1 menunjukkan ketergantungan suhu sampel

massa untuk IPPe VGCNFs komposit, untuk pembebanan yang berbeda con-

centrations dari VGCNFs (berkisar antara 0% berat. sampai dengan berat 20%.VGCNFs). Untuk memastikan reproduktifitas baik exper-



Data imental semua sampel memiliki bobot sekitar 10,0? 1,5 mg.

Kesalahan eksperimental untuk data TGA sebagaimana dicatat set

ditemukan menjadi lebih baik dari 1%. Untuk mengamati dengan mudah umum

tren dan perbedaan antara set data yang berbeda TGA, semua

data set (kecuali satu untuk polimer murni) telah

bergeser ke atas sepanjang sumbu vertikal dengan 4 mg relatif terhadapdata sebelumnya ditetapkan. Data percobaan tidak bergeser

sepanjang sumbu horisontal.

Ketergantungan suhu dari massa komposit yang mematuhi

bentuk seperti biasa sigmoid [11,12]. Evolusi massa sebagai

fungsi temperatur untuk kedua IPP yang masih asli dan

IPP e VGCNFs komposit dijelaskan oleh asimetris tunggal

sigmoid. Dari Gambar. 1 itu melihat bahwa degradasi termal

pergeseran IPP terhadap suhu yang lebih tinggi sebagai konsentrasi

dari VGNCFs meningkat. Ini substantiates interaksi

antara rantai makromolekul dan VGCNFs mengungkapkan

pembentukan sebuah antarmuka e IPP VGCNF dengan pendinginan yang lebih baik stabilitas. Dalam kesalahan eksperimental, tidak ada massa tambahan

kerugian telah melihat sebagai suhu VGCNF IPPe

komposit telah dibangkitkan dari 700

?

C sampai 1000

?

C.

Untuk meningkatkan resolusi analisis TGA, yang pertama

turunan dari kehilangan massa versus suhu degradasi

telah dianalisis. Dependensi seperti yang diperoleh dikumpulkan

pada Gambar. 2. Seperti pada gambar sebelumnya, semua data set ditunjukkan pada Gambar.

2

telah bergeser ke atas sebesar 0,1 g /

?

Relatif terhadap data sebelumnya C

ditetapkan. Data untuk polimer murni tidak bergeser, tanpa

setiap pergeseran horisontal. Ketergantungan dari massa yang hilang deriva-

tive dibandingkan suhu harus menyajikan sebuah lonceng seperti bentuk (Lor-

entzian atau Gaussian) sebagai proses derivasi mengubah

titik belok ke titik ekstrim. Dari Gambar. 2 teramati bahwa untuk semua spektrum, turunan

dari massa sisa(Versus suhu sampel) sebagai fungsi dari temperatur,

K arakteristik, memiliki maksimum tunggal, asimetris, dan bergeser ke arah

suhu yang lebih tinggi karena konsentrasi VGCNF di-

berkerut. Turunan dari massa sisa sampel

sebagai fungsi temperatur sampel telah dipasang oleh mantan

cenderung Breit Wigner Fano membentuk garis Lorentz:

di mana x adalah temperatur, P

1mendefinisikan suhu pada



mana tingkat kehilangan massa maksimum, P

2

mengidentifikasi lebar

dari turunan, P

3

, P4

, P

5

dan P

6

adalah konstanta. Yang sederhana

Lorentzian bentuk simetris dan tidak dapat memasukkan secara akurat

data eksperimen. Para lineshape berdegenerasi diusulkan ke

sebuah Lorentzian seperti bentuk baris untuk P

4 ¼ 0 dan P

5 / P

6 ¼ 1. Itu

Breit Wigner Fano telah sering digunakan [15 e 17] di variabel-

teknik spektroskopi ous (seperti Raman) untuk mensimulasikan

asimetris resonansi baris.

Seperti ada memperhatikan fromFig. 3, data eksperimen yang cukup

juga dilengkapi oleh bentuk garis yang diusulkan. Dari persamaan ini

maksimum dm / d T, yang sebenarnya merupakan suhu

di mana tingkat kehilangan massa adalah maksimum (bernama juga infleksi

suhu e T

Saya

), Telah diperkirakan. Gambar. 4 menggambarkan de-

pendence T

Saya

pada konsentrasi VGCNFs. Hal ini memperhatikan

dari Gambar. 4 bahwa T

Saya

naik karena konsentrasi VGCNFs dis-

persed dalam matriks polimer meningkat. Para Depen-

dence dari suhu infleksi pada konsentrasiVGCNFs baik dijelaskan dengan persamaan:

dimana T

1

, T

2

, Dan C adalah konstanta pas dan x adalah berat

sebagian kecil dari VGCNFs. Hal ini memperhatikan bahwa T

1 Þ T

2 ¼ T

Saya0



, Di mana

T

Saya

0

adalah suhu infleksi untuk polimer murni. Itu

data eksperimen dengan baik dilengkapi dengan persamaan ini (lihat titik-theted garis pada Gambar. 4). Yang sesuai dengan cocok parameter

adalah T

1 ¼? 21.616? 1K, T

2 ¼ 22.078? 1 K, dan C ¼

0,00003? 0,00001. Hal ini terkait dengan T

Saya

0

¼ 462? 1K,

yang merupakan nilai yang dapat diterima dan menegaskan diusulkan equa-

tion (lihat Gambar. 4). Pergeseran dari T

Sayakarena konsentrasi

VGCNFs meningkat menunjukkan peningkatan dari

stabilitas termal IPP pada loading dengan VGCNFs dan kontra-

perusahaan pembentukan IPP antarmuka VGCNFs e. Ini adalah antar-

wajah yang bertanggung jawab untuk peningkatan keseluruhan dari termal

stabilitas komposit IPPe VGCNFs.

Lebar (dihitung antara titik-titik infleksi dari

derivatif) dari turunan pertama dari massa yang hilang (versus tem-

temperature) tergantung pada konsentrasi VGCNFs (lihat

Gambar. 4). Hal ini melihat bahwa lebar dari degradasi termal

proses (W) dipersempit oleh pemuatan polimer ma-

trix dengan CNFs. Ketergantungan W pada loading dengan

VGCNFs (x) telah dilengkapi oleh:

W ¼ W 1 W 2 Th

exp ð DxÞð4 Th

dimana W1

, W 2

, Dan D adalah konstanta pas dan W 1 W 2 Th

perwakilan-

sents lebar dari degradasi termal untuk murni

polimer. Ketergantungan lebar degradasi termalpada konsentrasi VGCNFs sangat baik dijelaskan oleh

persamaan (lihat garis tebal pada Gambar. 4). Parameter sebagai-

sociated untuk paling cocok adalah: W1 ¼ 19,5? 0,5 K, W 2 ¼ 3,5?

0,5 K, andD ¼? 0,10? 0,04. Nilai negatif dari D mencerminkan

penyempitan proses degradasi termal sebagai con-

centration dari VGCNFS tersebar dalam IPP meningkat.

TGA data yang telah digunakan untuk memperkirakan fraksi massa dari polimer yang

terletak di antarmuka, mI x

, Dengan menggunakan

ekspresi:



wherem I0

adalah massa polimer murni pada suhu di

yang hilangnya massa tingkat suhu murni adalah maksimum (T

I0

), M (x)

I0adalah massa dari berat x% komposit yang mengandung.

VGCNF yang tidak att terdegradasi

I0. Seperti yang disimpulkan dari

Persamaan. (5), fraksi massa (saya x

) Mendefinisikan stabilitas IPP e

VGCNFs. Dari Gambar. 5 dapat diketahui bahwa aku x

meningkat sebagai

jumlah VGCNF tersebar dalam IPP meningkat.

Bahkan lebih, ketergantungan ofm saya x

(Lihat Persamaan (5).) Pada konsentrasi-

trasi sipil dari VGCNFs hampir linier. Sebagai konsentrasiVGCNFs sebanding dengan bidang kontak total antara IPP

dan VGCNFs, Gambar. 5suggests bahwa ketebalan antarmuka

IPP e VGCNFs tidak signifikan dipengaruhi oleh konsentrasi

dari VGCNFs. Dengan asumsi bahwa kepadatan VGCNF adalah tentang

2 kg / m

3

, Kepadatan polimer adalah sekitar 1 kg / m

3

, Rata-rata

diameter VGCNFs adalah sekitar 80 nm dan panjang rata-rata

65.000 nm, ketebalan e IPP lunak antarmuka VGCNFs

telah diperkirakan dari urutan 10

2

nm. Nilai ini

konsisten dengan jari-jari rotasi IPP [18] dan menunjukkan

yang semata-mata rantai yang memiliki molekul dalam kontak dengan

nanofibers memiliki stabilitas termal ditingkatkan. Interface ini

elastis karena segmen ini tidak dalam jarak dekat

dari CNFs. Oleh karena itu, rantai ini makromolekul masih melestarikan

tingkat tertentu fleksibilitas.

Sebuah analisis rinci dari massa sisa dari kompositpada suhu yang cukup besar (di atas 700

?

C) mengungkapkan bahwa berat

residu PPE VGCNFs melebihi berat VGCNFs.

Oleh karena itu, adalah berspekulasi bahwa beberapa atom karbon yang berasal

dari rantai polimer melilit nanofibers tidak terpengaruh oleh perlakuan termal. Untuk

menjelaskan peningkatan ini

diasumsikan bahwa beberapa molekul polimer ditangkap oleh

VGCNFs melalui interaksi van der Waals. Seperti yang diamati dari

Gambar. 5, fraksi polimer tersebut ditangkap oleh van der Waals

interaksi relatif kecil dan tergantung secara linier pada konsentrasi-trasi sipil dari VGCNFs. Hal ini menunjukkan bahwa karbon tambahan



atom skala sebagai permukaan total nanofibers menunjukkan bahwa

ketebalan lapisan inti tidak tergantung secara signifikan

pada konsentrasi VGCNFS dalam IPP. Sebenarnya, estimasi

ketebalan dikawinkan ini lapisan tambahan dengan asumsi bahwa densitas

dari VGCNFs adalah 2 kg / m

3dan kepadatan polimer adalah tentang

1 kg / m

3

adalah urutan dari 10

0

nm.

Dalam rangka untuk mengeksploitasi manfaat yang diperoleh dari nano-

meteran skala ukuran VGCNFs itu adalah wajib untuk mencapai yang baik

dispersi VGCNFs dalam IPP. Transmisi elektron mil-

croscopy (TEM) penyelidikan dipergunakan untuk memeriksa

dispersi dari nanofiller dalam matriks polimer. Sebagaidapat melihat dari Gambar. 6, bahkan untuk dimuat komposit

dengan VGCNFs 20% filler dengan baik tersebar dalam poli-

Meric matriks. Ini tingkat hasil dispersi dalam besar sur-

wajah daerah dan menjelaskan efek antarmuka pada

makroskopik termal stabilitas dari matriks polimer.

4. Kesimpulan

Analisis rinci dari degradasi termal dari IPPe

Komposit VGCNFs mengungkapkan fitur unik dan menakjubkan kembali

Garding morfologi dan struktur ini nanoreinforced

komposit (Gbr. 7). Peningkatan yang diamati dari termal

stabilitas IPP dengan pemuatan dengan VGCNFs adalah bukti langsung

untuk keberadaan sebuah antarmuka e IPP VGCNFs. Matematis

pemodelan disediakan estimasi kuantitatif pada infleksi

suhu shift dan menyarankan homogenisasi yang lebih baik

distribusi temperatur dalam nanokomposit sebagai

pemuatan VGCNFs meningkat.

Data percobaan menyarankan bahwa IPPe VGCNFs di-

terface memiliki struktur dua-lapisan.

Lapisan eksternal atau lembut memiliki ketebalan sebanding dengan

jari-jari rotasi polimer dan berkontribusi terhadap en-

hanced stabilitas termal dari komposit. Untuk IPP VGCNFs eketebalan ini telah diperkirakan dari urutan 10

2

nm.

Analisis TGA menunjukkan juga lapisan bagian dalam atau inti baru, dengan

ketebalan urutan 10

0

nm. Lapisan ini sementara sebagai-

menandatangani kontrak dengan molekul-molekul milik VGCNFs yang lo-

kombatan sekitar VGCNFs pada jarak yang lebih kecil atau sama dengan

10

0nm. Molekul seperti terjebak sekitar VGCNFs mol-



Cules oleh kuat van der Waals interaksi. Interaksi ini

lebih kuat daripada energi obligasi Ce C dan sesuai

selama proses degradasi termal molekul adalah con-

didenda dalam lapisan inti atau kaku sementara polimer degradasi

dan volatilizes. Penyebaran yang sangat baik dari VGCNFs dalam matriks polimer (IPP),

dikonfirmasi oleh data TEM, mendukunginterpretasi yang diusulkan.

Gambar. 7. Sebuah model adhesi rantai polipropilena untuk VGCNFs. Dari atas ke bawah,

panel pertama menunjukkan e IPP morfologi VGCNFs di kamar marah-

K arakteristik. Panel kedua menunjukkan morfologi IPPeVGCNFs pada suhu lebih rendah

dari suhu di mana hilangnya massa adalah maksimum (T

I0

). Beberapa makro-

rantai molekul berinteraksi dengan VGCNFs telah dihapus karena peningkatan gerakan

molekul (perhatikan bahwa sebagian besar rantai yang tidak memiliki dosa molekullapisan keras diuapkan). Panel Ketiga menggambarkan eVGCNFs IPP tepat di atas suhu di

mana hilangnya massa maksimum tercapai. De-

lipatan kepadatan rantai makromolekul dalam interaksi dengan VGCNFs adalah melihat.

Panel terakhir menunjukkan VGCNFs di atas 700

?

C. Pada rentang temperatur

700

?

E1000 C

?

C polimer sepenuhnya menguap; hanya molekul terjebak oleh kuat van der Waals interaksi

yang tersisa pada VGCNFs. Untuk molekul seperti itu

energi dari interaksi van der Waals (dengan molekul terdekat VGCNFs) lebih kuat dari energi

ikatan CEC. Lapisan keras diwakili oleh

warna abu-abu kuat sedangkan warna abu-abu terang dikaitkan ke lapisan elastis. Rasio

antara abu-abu terang dan putih menunjukkan secara kualitatif fraksi

polimer terkurung dalam lapisan lunak pada suhu tertentu (relatif terhadap RT).

Gambar. 4. Pengaruh pembebanan dengan VGCNFs pada suhu di manadegradasi termal maksimum (kiri sumbu, lingkaran terbuka). Pengaruh beban-

ing dengan VGCNFs pada lebar proses degradasi (sumbu kanan, bintang).

Gambar. 5. Ketergantungan fraksi rantai polimer ditangkap dalam elas-

tic lapisan antarmuka pada pemuatan polimer dengan VGCNFs (sumbu kiri, diisi

bujur sangkar). Ketergantungan fraksi rantai polimer (sebenarnya kebanyakan C

atom) ditangkap dalam lapisan keras antarmuka pada pemuatan polimer dengan

VGCNFs (sumbu kanan, bintang).

Gambar. 3. Turunan pertama relatif massa sampel terhadap sampel tem-

temperature sebagai fungsi dari suhu. Garis hitam sempit merupakan sebagaidata yang tercatat dan garis abu-abu paling cocok (diperoleh dengan menggunakan Pers. (1)).



Gambar. 2. Ketergantungan turunan pertama dari sinyal TGA (versus suhu) pada suhu di

wilayah degradasi. Inset menunjukkan emperature t

ketergantungan dari sinyal TGA untuk rentang temperatur seluruh (50

?

E1000 C?

C). Silahkan melihat vertikal offset 0,1 g /

?

C dan tidak horizontal offset.

Gambar. 1. Ketergantungan suhu dari berat komposit IPP eVGCNFs. Bentuk sigmoidal

tunggal diperhatikan dan pergeseran suhu di mana

kecepatan degradasi termal maksimum sebagai beban dengan VGCNFs meningkat

ditekankan oleh garis putus-putus. Inset menunjukkan data TGA untuk le yang

kisaran suhu (50

?Ce1000

?

C). Silahkan melihat offset vertikal 4 mg dan tidak ada horizontal offset.

TGA Analisis Polypropylene Karbon Nano Fibers Komposit

Documents

Transcript of TGA Analisis Polypropylene Karbon Nano Fibers Komposit