Es wurde die Lineare TPD angewendet, bei der die Temperatur kontinuierlich mit einer bestimmten Aufheizgeschwindigkeit bis zu einer bestimmten Endtemperatur erhöht wird.
Die durch die Zersetzung der verschiedenen Oberflächengruppen entstehenden oder von der Faseroberfläche desorbierten Gase (CO, CO2, CH4, H2) werden mit ND-IR-Analysatoren (nichtdispersiver Infrarotdetektor, BINOS, Fa. Fisher-Rosemount, Wessling) registriert [6, 10, 13, 13, 32, 58-60]. Man erhält nach der Auswertung die Desorptionsgeschwindigkeit der infolge thermischer Zersetzung funktioneller Gruppen oder durch Desorption entstehenden Gase in Abhängigkeit von der Temperatur. Aus der Form dieser Desorptionsspektren kann man auf die Art der funktionellen Gruppen schließen [6]. Durch Integration der Fläche unter der Desorptionskurve kann die Gesamtmenge der entstehenden Gase berechnet werden. Der Wert wird zur Charakterisierung bzw. zum Vergleich unterschiedlicher Fasern benutzt.
In Tabelle 2 sind die Desorptionstemperaturen und die dazugehörigen desorbierten Gase verschiedener sauerstoffhaltiger Oberflächengruppen aufgeführt [6].
| Tabelle 2: Desorptionstemperaturen verschiedener sauerstoffhaltiger Oberflächengruppen. | ||
| CO2 physikalisch adsorbiert | ||
| 200-250 | stark saure Carboxylgruppen | |
| 350-400 | neutrale und schwach saure Gruppen mit 2 Sauerstoffatomen (z.B. Carbonylgruppen, Lactone, Lactole, Anhydride) | |
| 500-600 | Peroxide | |
| 400-450 | Anhydride | |
| 600-700 | Phenole, Hydrochinone | |
| 800-900 | Carbonyle, Chinone | |
| Pyrone, Chromene | ||
Man muß allerdings beachten, daß es mehrere Faktoren gibt, die eine eindeutige Zuordnung der Desorptionspeaks zu bestimmten funktionellen Gruppen erschweren. So wird die charakteristische Desorptionstemperatur einer funktionellen Gruppe durch experimentelle Faktoren wie die Aufheizgeschwindigkeit und durch chemisch-physikalische Faktoren wie die Porosität, die elektronischen Verhältnisse im aromatischen Grundgerüst, Nachbargruppen und die Art und Weise der Anbindung der funktionellen Gruppe an die Randatome (Zick-Zack- oder Lehnstuhl-Konfiguration) beeinflußt. Katalytisch aktive Substanzen, wie z.B. Alkalimetallionen, beeinträchtigen ebenfalls die genaue Zuordnung der Desorptionstemperatur zu einer funktionellen Gruppe [26, 27, 61, 62]. Bei hohen Temperaturen hat zudem das Boudouard-Gleichgewicht einen mehr oder weniger großen Einfluß auf die Desorption von CO bzw. CO2. Aus diesen Gründen werden in Tabelle 2 nur Desorptionsbereiche angegeben.
Der schematische Aufbau der zur Bestimmung der Desorptionsgeschwindigkeiten von CO und CO2 benutzten Anlage ist in Abbildung 5 dargestellt. Die Bildung von Methan und Wasserstoff wurde bei der verwendeten Faser nicht beobachtet.
| 1 | Argongasflasche | 5 | CO-Binos |
| 2 | Durchflußregler und Oxysorbpatrone | 6 | CO2-Binos |
| 3 | Regler/Transformator | 7 | Temperaturmessung |
| 4 | Ofen mit Quarzglasreaktor | 8 | Computer mit Meßkarte |
Das als Schutzgas verwendete Argon 4.8 mit einer vom Hersteller angegebenen Reinheit von 99,998% (= max. 1,07*10-6mol/h O2) wurde einer Gasflasche entnommen. Die Reinheit des Schutzgases reicht für die bei dieser Messung detektierten Sauerstoffmengen nicht aus; deshalb wurden zwischen der Argongasflasche und dem Quarzglasreaktor zwei Oxysorbpatronen angebracht, um den noch im Argon vorhandenen Sauerstoff zu entfernen. Dadurch wurde ein Sauerstoffgehalt von maximal 0,036*10-6mol/h im Argongasstrom erreicht.
In den Quarzglasreaktor wurden ca. 2g der Kohlenstoffaserprobe eingebracht. Der Quarzglasreaktor wurde von außen mittels eines durch einen Regler gesteuerten Ofens kontrolliert aufgeheizt. Das während des Aufheizens aus dem Quarzglasreaktor ausströmende Argon kann neben CO und CO2 noch Verunreinigungen, z. B. verschiedene aromatische und aliphatische Verbindungen sowie nicht sauerstoffhaltige Desorptionsprodukte, enthalten. Um diese zu entfernen, wurde zwischen dem Quarzglasreaktor und den ND-IR-Analysatoren ein Aromatenfilter eingebaut. An den ND-IR-Analysatoren wurde zur kontinuierlichen Erfassung der angezeigten Werte ein Computer mit einer entsprechenden Meßkarte angeschlossen. Dieser registrierte auch die im Reaktor direkt über der Probe gemessene Temperatur.
Nach dem Einstellen eines Argon-Gasstromes von 8l/h mittels Blasenzähler wurde der Reaktor mit einer konstanten Aufheizgeschwindigkeit von 10K/min von Raumtemperatur auf 1050°C aufgeheizt. Die Endtemperatur von 1050°C wurde etwa 30min konstant gehalten.