CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN 5.1 Cơ chế làm nguội khi tôi trong dung dịch polyme PVP và PAG
5.8.3. Kiểm tra sự ôxi hóa của polyme bằng kỹ thuật phân tích nhiệt TG/DSC
Các polyme dưới tác dụng của nhiệt độ thường bị oxi hóa gây đứt mạch thậm chí đến một khoảng nhiệt độ nào đó sẽ bị cháy làm polyme mất khả năng sử dụng hay được gọi là hiện tượng lão hóa của polyme. Do vậy việc đầu tiên nghiên cứu dùng polyme để làm dung dịch tôi và nghiên cứu khả năng tái sử dụng polyme cần phải nghiên cứu sự thay đổi về trọng lượng và các điểm chuyển biến pha trong polyme đó. Dựa vào kết quả phân tích nhiệt DTG/DSC ta biết được khoảng nhiệt độ mà polyme bắt đầu bị oxi hóa để trong q trình tơi chúng ta cần phải có phương án tránh hoặc giảm thiểu vùng nhiệt độ làm việc của polyme nhằm làm tăng tuổi thọ của dung dịch tôi polyme.
Hình 5.46 là kết quả phân tích nhiệt của polyme PVP được sử dụng làm dung dịch tơi.
Hình 5.46 Đường cong TG/DSC của polyme PVP
Kết quả hình 5.46 cho thấy, PVP có sự giảm khối lượng nhỏ 14.67% ở dưới nhiệt độ 74,48oC là do sự bay hơi của nước [123]. Tại nhiệt độ khoảng 400oC bắt đầu thấy sự giảm khối lượng của PVP và đến nhiệt độ 430oC khối lượng PVP giảm 61.583%, kết quả nhận được về sự phân hủy nhiệt của PVP hay PVP bị đốt cháy kèm theo các đỉnh tỏa nhiệt được quan sát trên đường cong DSC tại nhiệt độ tương ứng [123]. Từ kết quả phân tích nhiệt trọng lượng/vi sai của dung dịch PVP cho thấy, PVP ổn định và không bị phân hủy nhiệt dưới 400oC. Do vậy trong q trình tơi, cần hạn chế nung nóng dung dịch polyme PVP lên khoảng nhiệt độ 400oC.
Mặc dù biết được khoảng nhiệt độ polyme PVP bắt đầu bị cháy nhưng trong thực tế của q trình tơi, lớp dung dịch tiếp xúc đầu tiên với vật tơi đều bị nung nóng đến nhiệt độ rất cao làm phần polyme bị lão hóa mất khả năng sử dụng. Mặt khác phần dung dịch tơi bên phía ngồi cũng bị nung nóng lên nhiệt độ nhất định làm cho polyme chưa bị thối hóa hồn tồn mà chỉ gây oxi hóa và đứt mạch làm giảm khối lượng phân tử của polyme dẫn đến làm giảm độ nhớt của dung dịch, ảnh hưởng đến cơ chế làm nguội theo ba giai đoạn và do đó làm thay đổi tốc độ nguội của dung dịch tôi. Tất cả các vấn đề này đều làm ảnh hưởng đến khả năng tái sử dụng của dung dịch tôi polyme.
Trong khuôn khổ luận án, tác giả đã đánh giá khả năng tái sử dụng của dung dịch tôi polyme PVP 4% và PAG 15% sau các lần tôi khác nhau thông qua sự đánh giá sâu chuỗi của độ nhớt, tốc độ nguội, mức độ oxi hóa chuỗi polyme bằng phương pháp FTIR và khối lượng phân tử polyme bằng phương pháp NMR. Đây cũng là phương pháp đánh giá đầu tiên và đầy đủ nhất về tuổi thọ của dung dịch polyme, trên cơ sở đó tác giả đưa ra phương pháp bổ sung polyme để đảm bảo sự thay đổi của nồng độ, tốc độ nguội của dung dịch tôi trong phạm vi cho phép.
Hình 5.47 là kết quả phân tích nhiệt của polyme PAG. Từ kết quả ta thấy, ở trên nhiệt độ 50oC trong polyme PAG bắt đầu có sự giảm khối lượng nhỏ, đến khoảng nhiệt độ 119oC khối lượng giảm 13,5% là do sự bay hơi của nước [123]. Tại nhiệt độ khoảng 200oC bắt đầu thấy sự giảm khối lượng của PAG và đến nhiệt độ 250oC khối lượng PVP giảm 74,159%, kết quả nhận được về sự phân hủy nhiệt của PAG hay PAG bị đốt cháy kèm theo các đỉnh tỏa nhiệt được quan sát trên đường cong DSC tại nhiệt độ tương ứng [123]. Từ kết quả phân tích nhiệt trọng lượng/vi sai của dung dịch PAG cho thấy, PAG ổn định và không bị phân hủy nhiệt trong khoảng nhiệt độ dưới 200oC. Do vậy trong quá trình tơi, cần hạn chế dung dịch tơi polyme PAG bị nung nóng lên khoảng nhiệt độ 200oC.
Như vậy, so sánh với polyme PVP thì PAG kém ổn định nhiệt hơn. Trong q trình tơi cần lưu ý thể tích dung dịch phải đủ lớn để đảm bảo nhiệt độ của dung dịch không tăng đến hoặc vượt quá nhiệt độ mà polyme bị đốt cháy.