Elastomers and Composites Vol. 51, No. 3, pp. 206~211 (September 2016) Print ISSN 2092-9676/Online ISSN 2288-7725 DOI: http://dx.doi.org/10.7473/EC.2016.51.3.206 Influence of Sample Preparation on Thermogravimetric Analysis of Poly(Ethylene-co-Vinyl Acetate) Sang-jin Lee and Sung-Seen Choi † Department of Chemistry, Sejong University, 209 Neungdong-ro, Gwangjin-gu, Seoul 05006, Korea (Received August 10, 2016, Revised August 31, 2016, Accepted September 2, 2016) Abstract: Experimental error sources for thermogravimetric analysis (TGA) of poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) were investigated and sample preparation method to reduce the experimental error was suggested. Maximum dissociation tem- peratures of EVA for the first and second dissociation reactions (T and T , respectively) were measured. By decreasing the weight of raw EVA, the T increased but the the T decreased. When weight of the raw EVA was over 10 mg, the TGA curve showed abnormal behaviors. The abnormal TG behaviors were explained by gathering and instantaneous evap- oration of acetic acid formed by deacetylation of the VA unit. When TGA analysis of EVA was performed using untreated (raw) EVA, the experimental errors were about 1%. In order to eliminate the abnormal TG behaviors and to reduce the experimental errors, EVA film made by solvent casting was used. For the treated EVA (EVA film), the abnormal TG behav- iors did not appear, the T decreased by about 2 C but the T increased by about 6 C, and the experimental errors were reduced by 0.5%. Keywords: EVA, TGA, experimental error, sampling method Introduction Poly(ethylene-co-vinyl acetate) (EVA) 는 에틸렌과 비닐아세 테이트(VA) 의 공중합체이며 VA 함량에 따라 그 특성이 달라 진다. VA 함량이 낮은 EVA 는 열가소성이 우수하고, VA 함 량이 높은 것은 고무 특성이 향상된다. 일반적으로 EVA 는 저 밀도 polyethylene (LDPE) 보다 극성이 크고 결정화도가 낮으 며 유연성과 저온 특성이 우수하여 상업적으로 광범위하게 사 용하고 있다. 일반적으로 VA 함량이 6~2 wt%인 EVA 는 내노 화성이 우수해 코팅제로 사용하며, VA 함량이 15~18 wt%인 것은 polypropylene (PP) 나 PE 와 함께 혼합하여 필름으로 사 용하고 있으며, VA 함량이 30 wt% 이상인 EVA 는 주로 접착 제로 사용하고 있다. 1,2 열무게분석법(TGA) 는 고분자의 열적 안정성 연구와 승온 속도에 따른 최대 열분해온도의 변화로부터 활성화 에너지를 측정하는 데 유용한 방법이다. 3 TGA 를 이용한 열안정성 연구 의 예로 난연성 평가와 열산화 안정성 평가를 들 수 있다. 4-6 열분해 반응에 대한 활성화 에너지는 Kissinger method 을 이 용하여 구할 수 있고 고분자의 노화에 따른 활성화 에너지를 비교할 수 있다. 7,8 EVA 는 두 단계로 열분해가 이루어지는데, 첫 번째는 단계는 VA 작용기를 포함한 1,2- 제거 반응(1,2- elimination) 에 의한 탈아세틸화(deacetylation) 반응이고, 두 번째 단계는 불포화 이중결합(~C=C~) 이 포함된 주쇄의 분해 반응이다. 9 일반적으로 TGA 분석 시 주요 오차발생 요인은 시료의 표 면적과 무게, 두께 등을 들 수 있다. 10-12 시료의 두께가 두꺼 울수록 시료의 내부까지 열이 전달되는 데에 시간이 더 걸리 며 시료 표면과 내부의 온도 차이가 더 발생한다. 그 결과 주 쇄의 분해에 대한 변곡점 온도는 점점 증가하는 경향성을 보 인다. 고분자에 곁 사슬이 있는 경우에는 주쇄의 분해가 일어 나지 않고 열분해 반응에 의해 곁사슬 작용기만이 제거되는 경우가 있으며, EVA 의 탈아세틸화 반응이 여기에 속한다. 13,14 EVA는 VA 함량이 많아지면 유동성이 증가하여 탈아세틸화 반응이 잘 일어나 열분해 변곡점 온도가 감소하는 경향을 보 인다. 15,16 EVA 주쇄의 열분해 반응이 일어나기 전 VA unit 의 탈아세 틸화 반응에 의해 생성된 아세트산이 쉽게 휘발되어 사라질 수 있으나 일부는 시료 내부에 모여 순간적으로 기화될 가능 성이 있다. 본 연구에서는 원재료 EVA 의 무게에 따른 열분해 거동의 차이를 조사하였으며, 탈아세틸화에 의해 생성된 아 세트산의 순간 기화에 의한 거동을 관찰하였다. EVA 의 TGA 분석 시 실험 오차를 줄이고 재현성을 높이기 위한 시료 준 비 방법을 제시하였다. Corresponding author E-mail: [email protected]
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Influence of Sample Preparation on Thermogravimetric Analysis … · 2018-12-11 · Influence of Sample Preparation on Thermogravimetric Analysis of Poly(Ethylene-co-Vinyl Acetate)
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