Nichtisotherm

Die Ergebnisse zur katalysierten Oxidation der P120-Faser sind in Abbildung 8 wiedergegeben. Sie zeigen die relative Massenabnahme in Abhängigkeit von der Temperatur für die P120-Faser sowie für die P120-Faser nach einer Imprägnierung mit unterschiedlichen Ferrocenkonzentrationen in Dichlormethan (Abbildung 8(a)) und in NMP (Abbildung 8(b)).

Abbildung 8: Relativer Masseverlust der P120-Faser mit und ohne Ferrocen in Abhängigkeit von der Temperatur; dT/dt=0,3 K/min; (a) Imprägnierung mit CH2Cl2 als Lösungsmittel; (b) Imprägnierung mit NMP als Lösungsmittel; (1) P120, (2) P120 mit 0,002mol/l Ferrocen, (3) P120 mit 0,005mol/l Ferrocen, (4) P120 mit 0,01mol/l Ferrocen, (5) P120 mit 0,025mol/l Ferrocen.

In Abbildung 8(a) ist ein starker Einfluß der Ferrocenkonzentration auf das Oxidationsverhalten der Faser bei Verwendung von Dichlormethan als Lösungsmittel zu erkennen. Mit NMP als Lösungsmittel und einer Ferrocenkonzentration von 0,01mol/l ist zwar eine deutliche Verschiebung der Abbrandtemperatur zu niedrigeren Temperaturen zu erkennen, sie ist jedoch etwas schwächer als im Falle von Dichlormethan bei gleicher Ferrocenkonzentration (Abbildung 8(b)). Die geringere katalytische Wirkung nach einer Imprägnierung mit NMP als Lösungsmittel könnte darauf zurückgeführt werden, daß bei der Imprägnierung mit Dichlormethan ein höherer Anteil an Verunreinigungen entfernt wurde. Es wird nachfolgend gezeigt, daß eine Imprägnierung der gereinigten Faser mit NMP als Lösungsmittel zu einer stärkeren katalytischen Aktivität führt.

Die Ergebnisse analoger Studien zum Oxidationsverhalten der P120*-Faser sind in Abbildung 9 dargestellt.

Abbildung 9: Relativer Masseverlust der P120-Faser und der P120*-Faser mit und ohne Ferrocen in Abhängigkeit von der Temperatur; dT/dt=0,3K/min; (a) Imprägnierung mit CH2Cl2 als Lösungsmittel; (b) Imprägnierung mit NMP als Lösungsmittel; (1) P120, (2) P120*, (3) P120* mit 0,01mol/l Ferrocen, (4) P120* mit 0,025mol/l Ferrocen.

Aus Abbildung 9(a) folgt, daß eine Imprägnierung der P120*-Faser mit Ferrocen unter Verwendung von Dichlormethan als Lösungsmittel nicht zu einer beschleunigten Oxidation führt. Ein katalytischer Effekt wird aber unter Verwendung von NMP als Lösungsmittel erzielt, wie sich aus Abbildung 9(b) ersehen läßt. Sie zeigt zudem, daß bei einer Erhöhung der Ferrocenkonzentration die Oxidation beschleunigt wird. Die Gründe hierfür werden später an Hand von rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen und Augerspektren, die die Ferrocenverteilung auf der Faseroberfläche zeigen, diskutiert.

Das Überraschende an den Ergebnissen, insbesondere von Abbildung 9 ist, daß mit Ferrocen eine katalytische Aktivität erzielt wird, und daß die Ferrocenkonzentration der Imprägnierlösung zudem einen Einfluß auf die katalytische Aktivität aufweist. Reines Ferrocen, in das Quarzglasschälchen der Thermowaage eingewogen, sublimiert im Sauerstoffgasstrom bei Temperaturen über 70°C, wie in Abbildung 10 gezeigt ist. Aufgrund seiner Oxidationsstabilität ist auch davon auszugehen, daß Ferrocen bei diesen Temperaturen noch nicht von Sauerstoff oxidiert wird.

Es wurden deshalb Versuche zur katalysierten Oxidation der Fasern durchgeführt, wobei die imprägnierten Fasern zunächst bei Raumtemperatur eine Stunde mit Ozon behandelt wurden. Ozon ist im Gegensatz zu Sauerstoff in der Lage, Ferrocen bei tiefen Temperaturen zu oxidieren. Dies wurde durch Versuche mit einer dünnen Schicht von Ferrocen auf einem Glasplättchen gezeigt. Das Ferrocen färbte sich durch eine einstündige Ozonbehandlung braun, was einer Oxidation des Ferrocens entspricht. Als Reaktionsprodukte entstehen Polymere aus den Cyclopentadienylringen und Eisenoxide [46-48].

Die Ergebnisse der Oxidationsuntersuchungen mit entsprechend vorbehandelten Fasern sind in Abbildung 10 wiedergegeben.

Abbildung 10: Relativer Masseverlust der P120-Faser sowie der P120*-Faser mit und ohne Ferrocen nach einer 1-stündigen Ozonbehandlung bei Raumtemperatur in Abhängigkeit von der Temperatur; dT/dt=0,3K/min; NMP als Lösungsmittel für Ferrocen; (0) reines Ferrocen, (1) P120, (2) P120*, (3) P120* mit 0,005mol/l Ferrocen, (4) P120* mit 0,01mol/l Ferrocen, (5) P120* mit 0,025mol/l Ferrocen.

Diese Ergebnisse entsprechen weitgehend denen aus Abbildung 9(b). Das bedeutet, daß das Ferrocen auf der Faseroberfläche auch ohne Voroxidation mit Ozon bis zu Temperaturen von nahezu 500°C, bei denen die Faseroxidation mit Sauerstoff einsetzt, verbleibt.