Thermal degradation of polypropylene in the temperature range of 450℃ to 650℃ was carried out with temperature interval of 50℃ under constant nitrogen flow. Among the degradation products, only gas fraction at room temperature was analysed by gas chromatography. The main fraction of them was propane in this temperature range. A considerable amount of methan, ethylene, ethane, butane, and pentane were observed. With the temperature rise, the fraction of propane decreased, while that of methane and ethylene increased. But the effect of temperature on the change of the fraction of ethane and butane was not important. At higher flow rate of carrier gas, the fraction of methane increased, while that of propane decreased. The change of the fraction of ethane, ethylene, and butane was not significant with the change of carrier gas flow rate. The ratio of gas fraction(at room temperature) to initial sample weight increased steadily with the temperature rise, about 15% at 450℃ up to about 60% at 650℃.
Kinetic studies on the thermal degradation of polypropylene were also carried out under air atmosphere using TGA with heating rate of 5℃/min. and 8℃/min. Two methods were employed to determine kinetic parameters. One is the classical method of Freeman and Carroll and the other is the graphical method reported by Leo Reich, et al. The activation energy E and the order of reaction n obtained from the above methods were as follows.
Freeman and Carroll's method;
Heating rate 5℃/min., E=34.4 Kcal/mol n=0.92
Heating rate 8℃/min., E=42.3 Kcal/mol n=0.90
Leo Reich's method;
Heating rate 5℃/min., E=32.4 Kcal/mol n=0.90
Heating rate 8℃/min., E=33.2 Kcal/mol n=0.90
Polypropylene을 450 - 650℃ 의 온도범위에서 질소 분위기하에서 열분해하였다. 실험온도의 간격은 50℃ 로 하였으며 carrier gas 인 질소의 유량은 15ml/min. 와 60 ml/min. 의 두가지 경우에 대해서 분해생성물의 변화를 관찰하였다. 포집된 열분해 생성물중에 상온에서 기체인 부분만을 따로 분리하여 gas chromatograph 로 분석하였다. 실험온도와 carrier gas 의 유량 조건하에서는 푸로판이 가장 많이 검출되었으며 그의 메탄, 에틸렌, 에탄, 부탄, 펜탄 등이 상당량 확인되었다. 온도가 높아질수록 푸로판의 생성량은 감소하였으며 반면 메탄과 에틸렌의 생성량은 증가하였다. 에탄과 부탄의 생성량은 온도에 크게 영향을 받지 않았다.
Carrier gas 의 유량을 증가시키면 메탄의 양은 유량이 낮을때보다 조금 증가하였고 그대신 푸로판의 경우는 조금 감소하였다. 그외 에틸렌, 에탄, 부탄의 양은 거의 같았다. gas 부분이 시료량에 대한 백분율은 온도가 높아질수록 증가하는 경향을 보였다.
Polypropylene 이 공기중에서 열분해할때 거기에 연관된 kinetic parameter 를 결정하기 위하여 TGA 를 사용하는 실험도 열분해 분해생성물이 온도와 carrier gas 의 유량에 따른 변화를 고찰하는 실험과 함께 행하였다.
Heating rate 5℃/min 와 8℃/min 의 두가지 경우에 대하여 thermogram 을 그려서 Freeman 과 Carroll의 식 (10) 과 Leo Reich 가 제안한 식 (24) 를 사용하여 활성화에너지 E와 반응차수 n 를 결정하였다.
이 결과를 종합하면 다음과 같다.
Freeman과 Carroll 의 방법
Heating rate q= 5 ℃/min, n = 0.92 E=34.4 Kcal/mol
Heating rate q=8 ℃/min, n = 0.90 E = 42.3 Kcal/mol
Leo Reich 의 방법 :
Heating rate q=5 ℃/min, n = 0.90 E = 32.4 Kcal/mol
Heating rate q=8 ℃/min,$ n = 0.90 E = 33.2 Kcal/mol
