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| Abbildung 29: CO2- und CO-Desorptionsspektren der mit 0,01 mol/l Ferrocen in NMP imprägnierten P120*-Faser nach einer Oxidation bei 450°C; (a) CO2-Desorptionsspektren nach Reaktionszeiten von 0,5h (___), 5h (- - -) und 20h (---); (b) CO-Desorptionsspektren nach Reaktionszeiten von 0,5h (___), 5h ( - - -) und 20h (---). |
Nach allen Oxidationszeiten sind die desorbierten CO2- und CO-Mengen stark angestiegen. Nach Oxidationszeiten von 0,5h und 20h ergeben sich ähnliche Desorptionsspektren für CO2 (Abbildung 29(a)). Die Temperaturen für die maximalen Desorptionsgeschwindigkeiten liegen bei 365°C und ca. 490°C. Nach einer 20-stündigen Oxidation ergibt sich im Vergleich zur 5-stündigen Oxidation ein höherer CO2-Peak.
Nach 5-stündiger Oxidation sind die Desorptionspeaks mit Ausnahme desjenigen bei 490°C weniger ausgeprägt; zudem erstreckt sich die CO2-Desorption bis zu höheren Temperaturen.
Im Falle der CO-Desorption ergibt sich erneut eine Übereinstimmung der Temperaturen für die maximale Desorptionsgeschwindigkeit für Oxidationszeiten von 0,5h und 20h (Abbildung 29(b)). Diese Temperaturen liegen bei ca. 700°C und 790°C. Demgegenüber sind die Desorptionspeaks nach 5-stündiger Oxidation deutlich zu höheren Temperaturen (770°C bzw. 900°C) verschoben. Nach 5-stündiger Oxidation wird sowohl die maximale Menge an CO wie auch an CO2 desorbiert. Es ist auffallend, daß die CO2-Desorption bei hohen Temperaturen sehr stark abfällt und dieser Abfall mit dem starken Anstieg der CO-Desorption korreliert. Vermutlich hat diese Korrelation ihre Ursache in der Boudouard-Reaktion. Dennoch kann der CO-Peak bei ca. 700°C (0,5h und 20h Oxidationsdauer) bzw.770°C (5h Oxidationsdauer) nicht ausschließlich der Bouduoard-Reaktion zugeschrieben werden, da die CO-Bildungsgeschwindigkeit um ca. eine Größenordnung höher ist als die CO2-Bildungsgeschwindigkeit.
Die Zuordnung der Desorptionspeaks zu den einzelnen funktionellen Gruppen ist der Tabelle 2 zu entnehmen. Nach einer Oxidation sind auf der Faseroberfläche laut TPD-Spektren hauptsächlich neutrale und schwach saure Gruppen mit zwei Sauerstoffatomen (Carbonyle, Lactone, Lactole, Anhydride) und peroxidische Gruppen (CO2-Desorption) sowie Phenole, Carbonyle und Hydrochinone/Chinone (CO-Desorption) vorhanden.
Die Ergebnisse der integralen Auswertung der Flächen der Desorptionspeaks sind in Tabelle 7 wiedergegeben. Sie zeigt die bis zu einer Temperatur von 1050°C desorbierten Gesamtmengen an CO2 und CO sowie die daraus berechnete Menge an Sauerstoff und das Verhältnis der desorbierten Mengen von CO2 und CO. Die entsprechenden Ergebnisse für die P120- und P120*-Faser sind vergleichend dargestellt.
| Tabelle 7: Tabellarische Übersicht der TPD-Ergebnisse der P120- und P120*-Faser sowie der mit 0,01 mol/l Ferrocen in NMP imprägnierten p120*-Faser nach verschieden langer Behandlungszeit in Sauerstoff. | ||||
| Faser | nCO2, mmol/g | nCO, mmol/g | nO, mmol/g | nCO2 / nCO |
| P120 | 0,264 | 0,997 | 1,525 | 0,265 |
| P120* | 0,260 | 0,962 | 1,482 | 0,270 |
| P120* 0,5 h bei 450°C | 2,692 | 14,652 | 20,036 | 0,184 |
| P120* 5,0 h bei 450°C | 4,179 | 23,775 | 32,133 | 0,176 |
| P120* 20 h bei 450°C | 3,551 | 20,775 | 27,877 | 0,171 |
Aus diesen Werten geht hervor, daß die P120- und P120*-Fasern nur sehr wenig Sauerstoff besitzen. Durch die Oxidationsbehandlung wird die Konzentration an Gruppen, die sich unter Bildung von CO2 und CO zersetzen (und damit der Gesamtsauerstoffgehalt der Faser) signifikant erhöht. Die maximale Menge an Sauerstoff wird nach einer 5-stündigen Oxidation desorbiert. Das Mengenverhältnis von CO2 und CO nimmt mit steigender Oxidationsdauer geringfügig von 0,18 auf 0,17 ab.