Aplikasi Dari Analisis Termal Metode Untuk Karakter

8/18/2019 Aplikasi Dari Analisis Termal Metode Untuk Karakter

1/20

APLIKASI DARI ANALISIS TERMAL METODE UNTUK KARAKTER-ISASIDARI POLIMER MINERAL-MONTMORILONITE NANOCOMPOSITES

Agnieszka Leszczynska dan Krzysztof Pielichowski*

Departemen kimia dan teknologi polimer, Cracow University of Technology, ul. Warszawska 2, !"#"$$ Cracow, %olandia

&nalisis termal adalah alat yang 'erguna untuk menyelidiki sifat#sifat polimer clay nanocomposites dan mekanisme per'aikansifat termal. %eker(aan review ini menya(ikan contoh aplikasi Diferensial pemindaian kalorimetri )D*C+, suhu termodulasiDiferensial pemindaian kalorimetri )T#D*C+, analisis dinamik termal mekanis )D&+, analisis mekanis termal )T&+,thermogravimeric analisis )T-+ dan metode thermoanalytical yaitu T- diga'ungkan dengan transformasi ourier *pektroskopi/nframerah )T-#T/0+ dan spektroskopi massa )T-#*+ di karakterisasi 'ahan nanocomposite. 1ompleks perilaku dari matriks

polimer yang 'er'eda 'erdasarkan modifikasi dengan mineral montmorilonite se'entar di'ahas.

Kata kunci:

DMA, DSC, mineral montmorilonite, polimer nanocomposites, !, analisis termal, MA

Pengenalan

*elama dekade ada telah terus meningkat minat dalam 'idang nanocomposites polimer clay karena modifikasi dari matriks

polimer dengan (umlah kecil dari partikel nano ter'ukti efektif di en#hancing 'arrier mekanis, panas, tahan api, dan sifat

optis dari 'er'agai polimer. etode analy#sis termal yang secara luas diterapkan untuk menandai perilaku termal

%olimerik nanomaterials. i'liografi kaya pada polimer clay nanocomposites menun(ukkan 'ahwa efek mineral

montmorilonite )T+ pada sifat termal polimer kompleks dan 'anyak faktor con#penghormatan kepada peningkatan,

T dispersi, kekuatan interaksi antar wa(ah, efek katalitik yang dise'a'kan oleh organomodifier dan3atau mineral

montmorilonite diri, (enis matriks polimer, metode persiapan, dll. 4amun, peker(aan ini tidak dimaksudkan untuk men(adi

menyelami#sive review pada ciri#ciri termal 'ahan hy#'rid polimer yang mengandung 'erlapis silikat, tetapi /lus#trates

aplikasi ser'aguna T& metode dalam 'idang yang sedang 'erkem'ang penelitian polimer nanomaterials5.

Dalam se'uah karya Tian dan Tagaya D*C metode digunakan untuk menyelidiki pengaruh rute persiapan 'ahan nanocomposite pada morfologi polimer. %anas mencair poly)lactic acid+3mont#morillonite )%6&3T+

nanocomposites 'eru'ah dengan peningkatan konten nanoadditive, tergantung pada metode persiapannanocomposite 7"8. %eru'ahan entalpi, " , sistem %6& T disiapkan oleh ekstrusi meleleh pencairan ituconsi#dera'ly le'ih tinggi daripada yang diperoleh dengan metode pelarut dis solusi, -am'ar ". /tu dianggap 'ahwa kekuatan mengikat antara %6& dan senyawa anorganik dalam komposit yang disiapkan oleh melelehekstrusi metode adalah le'ih tinggi dari pada orang#orang yang disiapkan oleh pelarut dis solusi metode.


2/20

Metode analisis termal

Diferensial pemindaian kalorimetri

Diferensial pemindaian kalorimetri )D*C+ telah secara luas diterapkan dalam penyelidikan 'er'agai fenomena yang ter(adi

selama pengo'atan termal organoclays dan nanocomposites polimer tanah liat, meli'atkan mencair, transisi kristalisasi,

menyem'uhkan dan kaca.

9 %enulis untuk korespondensi: kpielich;riad.pk.edu.pl

Gambar


3/20

6C>?4*1&, %/


4/20

kristalisasi untuk menurunkan suhu diamati untuk mencair diperparah %oli )'utilena terephthalate+ nanocomposites

)%T+ 7"G8.

&nalisis kinetik kristalisasi polimer mem'erikan le'ih lan(ut informasi tentang efek partikel nano pada mekanisme

pem'entukan inti dan perkem'angan kristal#kristal#itu menun(ukkan peningkatan tingkat kristalisasi polypropylene

rendah T isi seperti yang di'uktikan oleh waktu setengah#kristalisasi )t "32+ 7E8. /tu le'ih rendah )di'andingkan dengan

murni polimer+ untuk kristalisasi dari

'anyak matriks polimer yang diu'ah dengan @T 7""#"!8.

&nalisis kinetik isotermal kristalisasi dari polypropylene#sam'ung maleat anhidrida copol#ymer )%% # g # =&+

'erdasarkan nanocomposites menun(ukkan sig#nificant peru'ahan eksponen &vrami n 'ahwa indi#cated peru'ahan

proses pertum'uhan kristal dari pertum'uhan tiga dimensi kristal murni polimer untuk pertum'uhan spherulitic dua

dimensi untuk nanocomposites. Untuk %% # g # =& sampel, nilai n yang dekat dengan tiga dalam kisaran suhu

dianalisis crys#tallization ) c+ dan mungkin mewakili proses pem'entukan inti athermal, yang diikuti oleh

pertum'uhan kristal tiga#di#mensional. Untuk nanocomposites nilai n 'erkisar di sekitar 2.G#2.2 menun(ukkan 'ahwa pertum'uhan crys#tal mungkin tidak ter(adi dalam tiga dimensi pada tingkat yang sama 7E8. Demikian pula,

D*C isotermal hasil syndiotactic polystyrene )s%*+ nanocomposites con#taining $H massa Clay mengungkapkan

sangat heteroge#neous pem'entukan inti, merangsang peru'ahan proses pertum'uhan kristal dari campuran dua

dimensi dan tiga dimensi kristal pertum'uhan dua dimensi spherulitic pertum'uhan 7"8. Di diekstrusi %oli#&mida#A

)%A+ nanocomposites dengan T, setelah peningkatan awal kecil di tingkat keseluruhan kristalisasi pada rendah

T konsentrasi, silikat terse'ar lay#ers menurun secara keseluruhan tingkat kristalisasi %A dengan kenaikan

le'ih lan(ut konten T 7"$8. %ada konsentrasi yang le'ih tinggi ini, lapisan silikat 'erperilaku se'agai

heterogeneities yang memperlam'at pertum'uhan kristal %A. Demikian pula, di %oli )# caprolactone+ (umlah yang

sangat kecil dari tanah liat secara dramatis meningkatkan tingkat kristalisasi 7"A8. 4amun, tanah liat tinggi

konsentrasi dikurangi tingkat kristalisasi. %erilaku kompleks kristalisasi mengungkapkan (uga nanocomposites

polylactide )%6&+ 7"B8. *e'agai contoh, ketika 'ahan#'ahan yang mengkristal dari meleleh di kisaran suhu dari "2G#

"!GI C, kristalisasi tingkat material komposit adalah sekitar "$ sampai 2G kali lipat le'ih cepat daripada T%0 rapi.

Tingkat kristalisasi T%0 rapi tercatat meningkat 'erkepan(angan yakin epo )AG menit+ di 2GGI C, sementara tingkatuntuk sampel kompos#ite tercatat untuk mengurangi. Wu et al . mencegah#ditam'ang energi aktivasi untuk

transportasi segmen poly)'utylene terephthalate+ )%T+ ke permukaan kristal tum'uh dengan metode 1issinger 7"G8.

=asilnya ditun(ukkan 'ahwa hi'rida dengan (umlah kecil dari tanah liat disa(ikan energi aktivasi le'ih rendah

daripada murni %T, sedangkan orang#orang dengan le'ih tinggi 'ongkar muat clay menun(ukkan le'ih tinggi

energi aktivasi.

&nalisis kinetik nanocomposites syndiotactic ",2#poli'utadien )s%+ mengungkapkan le'ih kecil &vrami

kristalisasi eksponen dan le'ih 'esar tingkat con#stant, sehu'ungan dengan murni s% 7"E8. 1ristal#lization utama di 'awah kondisi isotermal ditampilkan 'aik

ABE Therm. 23 d040r3 Cal3, 5$, ))%


5/20

%@6/


6/20

"ig# $ *kema model asal#usul mungkin 'e'erapa mencair puncak diamati dalam studi D*C nanocomposites %A3@T 72E8

syarat pencairan fraksi spesifik lamellae yang di'entuk di 'awah tekanan dalam volume tersisip nanoclay lem'aran

dan diikat pada lapisan host oleh kuat interaksi ionik )interfacial+ )ig. !+.


7/20

6C>?4*1&, %/


8/20

Gambar %

%rofil D*C %& dan %& T nanocomposite 7"8

kenaikan temperatur transisi gelas ) g+ 'anyak polimer 'erdasarkan modifikasi dengan mont#morillonite,misalnya di poly)methyl methacrylate+ )%&+ 7"8, -am'ar .


9/20

%@6/


10/20

'erkaitan dengan kemampuan 'ahan untuk menghilangkan energi se'agai fungsi temperatur. D& datamenun(ukkan peningkatan yang signifikan dalam penyimpanan modulus selama rentang temperatur yang luasdari se(umlah polimer nano#komposit dengan T, seperti %KD 7!"8, %% 7$8 dan %& 7$$8.

Dalam nanocomposites %A kenaikan linear modulus penyimpanan dengan meningkatnya konten tanah

liat adalah o'#disa(ikan dengan simultan penurunan intensitas puncak utama relaksasi 7$A8. %eru'ahan linier

modulus suhu di 'awah g 'erada di accor#tarian dengan model kopling paralel, karena dalam keadaan kacaamorf maupun kristal fase %A memiliki sifat mekanik yang serupa. Di atas kaca suhu transisi fase amorfmen(adi kenyal dan penyimpanan modulus peru'ahan dari sekitar " /%1 untuk " %a.

%eningkatan thermomechanical sifat nanocomposites dapat di(elaskan se'agai gerakan termal di'atasi polimer

ditutupi oleh clay nanoplates. @rientasi partikel nano dan tingkat tinggi struktur polimer mempengaruhi sifatthermomechanicl (uga. *elain morfologi polimer, kekuatan interphase interaksi ditun(ukkan untuk men(adi faktor

penting 7$B8. %engenalan compati'ilizer makromolekul untuk meningkatkan sifat interphase dan memfasilitasi

pengelupasan @T adalah menguntungkan dalam hal sifat thermomechanical.

etode D& adalah sering digunakan untuk mencegah tam'ang kaca suhu transisi 'ahan polimer dari

puncak kehilangan sudut tangen )tg+.

Therm. 23 d040r3 Cal3, 5$, ))% AE"


11/20

6C>?4*1&, %/


12/20

pertautan silang le'ih rendah kepadatan 7$F8. Dalam kasus i%%#clay nanocomposites titik relaksasi perilaku muncul

pada konten organoclay "H massa 7AG8. *e'elum titik ini, efek pendi#noclay dapat dia'aikan dan peningkatan

mo'ilitas (aringan dinis'ahkan untuk penurunan massa molekul dari rantai polimer, seperti 'iasanya ter(adi selama

pemrosesan meleleh dinamis *etelah titik ini, namun, mo'ilitas rantai dan relaksasi ter'elakang (aringan diamatidan dikaitkan dengan pem'entukan (aringan pengisi mesoscopic. /tu diidentifikasi dampak nanodispersed @T

tactoids dan lapisan pada mo'ilitas i%% rantai lemah se'elum pem'angunan (aringan percolated pengisi. *alah satu

mungkin 'erpendapat 'ahwa (aringan pengisi percolated menginduksi gerakan koperasi i%% rantai

melalui kon(ungsi @T lem'ar dengan i%% rantai, mengaki'atkan ter'elakang relaksasi struktur 'erorientasidan peningkatan reversi'ility struktural dari i%%3@T.

4amun, kinetik analisis kaca transisi dan evaluasi energi aktivasi le'ih informatif pada perilaku relaksasi

polimer 'erdasarkan modifikasi T itu hanya g pengukuran . Kyazovkin et al . de#termined energi aktivasi

kaca transisi dari D& 'er(alan 7$"8. *uhu puncak, p, telah ditentukan di lima frekuensi yang 'er'eda, f dan plot ln f

7s. p M" menampilkan 'aik linearitas diper'olehkan untuk cal#culate energi aktivasi kaca transisi )!AG kN mol

M" %*

dan $G kN mol M" untuk nanocomposite %* M tanah liat+. Data diperoleh relaksasi menun(ukkan 'ahwa gerakanmolekul rantai pan(ang di nanocomposite %*#clay ditemui penghalang energi yang nyata le'ih 'esar daripada dalamz perawan /ni 'erarti 'ahwa pada suhu yang sama nanocomposite harus memiliki mo'ilitas mo#lecular le'ihrendah dari polimer perawan. =al ini melihat 'ahwa peru'ahan dalam mo'ilitas molekuler, yang diklaim men(adifaktor utama yang 'erkontri'usi untuk transportasi dari spesies kem'ali aktif )misalnya, oksigen dan radikal+ dalam

polimer, mungkin men(elaskan reaktivitas le'ih rendah nanocomposite dan, karenanya, yang le'ih 'esar kimia dansta'ilitas termal di'andingkan dengan perawan %*.

Dengan menggunakan D& (uga ditemukan 'ahwa mem'atasi 'e'erapa dari rantai polimer mengurangi

'esarnya kerugian respon dalam materi 7A"8. 1etika daerah di'atasi sekitar pengisi partikel cukup 'esar untuktumpang tindih, transisi kaca yang kedua dapat diidentifikasi se'agai suhu yang kecil, tinggi, 5 relaksasi di (e(ak garis

singgung kerugian. *ekunder ini, 5, transisi mungkin transisi kaca rantai nylon#A di wilayah yang di'atasi, se'agai

di(elaskan oleh


13/20

%@6/


14/20

hu'ungi 7E8. enariknya, sta'ilitas termal polycar'onate )%C+ nanocomposite menurun dengan peningkatan

tingkat dispersi @T 7E$8. Degradasi %C dipercepat oleh @T atau produk dari degradasi karena polimer

dipamerkan menguning dan pengurangan massa molekul dalam kontak dengan T. 4amun demikian, modifikasi

adalah menguntungkan dalam hal tahan api. Umumnya, degradasi alkylammonium kation tersisip men(adi mineral

montmorilonite lapisan diyakini mengikuti mekanisme eliminasi =offman yang meli'atkan pem'entukan

hidrokar'on tak (enuh )olefin+, amina, dan asam proton yang tersisa pada permukaan T 7EA8. 1ehadiran situs

asam yang diyakini untuk menghasilkan efek katalitik pada awal tahap proses degradasi polimer mengaki'atkan pergeseran awal suhu degradasi menu(u kawasan suhu rendah. enomena ini diamati di %KC 7EB8, %A 7EE8 dan %%

7EF8.

=asil analisis kinetik proses degradasi dapat dianggap dalam hal energi ham'atan serta menawarkan wawasan

ke dalam mekanisme per'aikan sta'ilitas termal. etode isoconversional seperti metode riedman 7FG8, @zawa 7F"8

dan lynn dan dinding 7F28 serta metode dikemukakan oleh Kyazovkin 7F!, F8, memerlukan melakukan

serangkaian perco'aan program suhu 'er'eda dan menghasilkan nilai#nilai energi aktivasi efektif se'agai fungsi darikonversi.

1inetik analisis menerapkan metode isoconversional lan(utan ditun(ukkan efektif aktivasi energi yang nyata

le'ih 'esar dari keseluruhan proses degradasi nanocomposites %*#clay dan menun(ukkan peningkatan energiaktivasi efektif nanocomposite di konversi yang le'ih rendah di'andingkan dengan murni %* 7$", F$8. 1enaikan itukemungkinan mewakili pergeseran mem'atasi

Therm. 23 d040r3 Cal3, 5$, ))% AE!


15/20

6C>?4*1&, %/


16/20

ekanisme per'aikan sta'ilitas termal (uga dinis'ahkan peru'ahan dalam dinamika gerak molekul polimer

7"G!8.


17/20

%@6/


18/20

! Darierni T.-. 6ee (a, . 1ontopoulou dan

N. *. %arent, polimer ! )2GG2+ $E!.

N. orawiec, &. %awlak, . *louf, &. -aleski,

hou, O. an, D. ao dan >. ia, N. appl %olym. *ci., FF )2GGA+ !2$B "" W. . Ou, =. . >hai, =. ?. -uo >. . >hou, 4. Whitely dan W.#%. %anci, N. Therm. du'ur. Cal., BE )2GG+ "G".

"2 Wang ?., C. *hen, =. 6i, 6i t. dan N. Chen, N. appl %olym. *ci., F" )2GG+ !GE.

"! C. /. W. Calcagno, C. . ariani, *. 0. Teieira dan

0. *. auler, polimer, E )2GGB+ FAA.

" T.#. Wu, *.#. =su, C.#. Chien dan N.#?. Wu, %olym.


19/20

Therm. 23 d040r3 Cal3, 5$, ))% AE$ 6C>?4*1&, %/hang, t. u,

2G" )2GGG+ 2E2G.

O. Dong, D. Wang dan C. C. =an, polimer, B )2GGA+

B"!".

2B 1. Karlot,


20/20

2 )2GGA+ B. 0. &. Kaia, Chem. ater., "! )2GG"+ 2FBF.

$A 1. asenelli#Karlot, anetti, -. Camino, 0. Thomann dan 0. lhaupt, ""2 N. . =wu, -. N. Niang, >. . -ao, W. Oie dan

%olimer, 2 )2GG"+ $G". W. %. panci, N. appl %olym. *ci., E! )2GG2+ "BG2.

"G2 =. *tretz &., . W. Wootan, %.

Documents

Aplikasi Dari Analisis Termal Metode Untuk Karakter