P. Kannan[10]对近年来学者描述PS热降解动力学模型进行了总结,指出因PS降解过程条件不同各热降解动力学模型存在很大的差异,并建议提出一个通用的动力学模型来描述PS热解过程的本质。
P. Kannan[11]接下来利用TG研究了环境气氛和升温速率对EPS热解动力学的影响。实验研究表明随着升温速率变高,TG曲线向高温处移动,并且EPS质量损失速率也变快;升温速率对挥发峰值温度有重大影响;EPS在有氧环境气氛下比在惰性环境气氛中的热解起始温度低,且惰性气氛中的分解速率可能与环境气体的热导率有关,而两者的差别主要体现在分解初期的反应机理不同,随后两者的反应过程基本一致。
国内对PS的热分析主要有:
汤子强[12]运用TG研究了PS热解反应动力学,获得了其热解反应动力学参数,并对其热解机理进行了探讨。研究表明PS分解容易且速度很快;热解机理的研究表明,其分解反应近似1级。
朱新生[13]基于Arrhenius理论及相关公式,从理论上推导出活化能与幂指数的依赖关系,并用于分析聚苯乙烯热降解过程及机理之间关系。研究表明聚苯乙烯热分解反应主要有链转移反应和解聚反应;活化能越低、幂指数越高,链转移反应就越强烈,相反,活化能越高、幂指数越低,解聚反应就越强烈;解聚反应的产物主要以单体为主,而链转移反应的产物主要是非单体性化合物;热分解温度、热分解环境气氛和添加剂会影响到聚苯乙烯的热分解反应。高温、惰性环境气氛和碱性添加剂对解聚反应的进行是有利的;低温、含氧环境气氛和酸性添加剂则对链转移反应的进行有利。论文网
吴用等[14]运用TG研究了PS在空气中的热分解动力学。研究表明PS在空气中热分解有两个阶段,第一阶段为主要阶段,其温度范围为250.59~397.41℃,PS失重率约为85%;第二阶段温度范围为397.41℃开始至515.29℃结束,PS失重率为15%。同时利用Coats-Redfern法研究了其热解动力学,研究表明聚苯乙烯主要失重阶段,即第一阶段的热分解为二级化学反应,其平均活化能为166.19kJ/mol,lnA值为32.15。
曾文茹[15]运用TG研究了聚苯乙烯(PS)在氮气中的热解过程,采用等转化率法研究了不同升温速率下的TG曲线,并运用软件程序拟合得到了PS热解活化能随转化率的变化关系。动力学的拟合结果表明:PS在热分解初期活化能较低,约为80kJ/mol,主要是PS大分子链中任意弱键的断链反应,其反应速率很快;随着反应进行,活化能逐渐增大,当转化率α>0.3后趋于平缓,此阶段的活化能约为145kJ/mol,反应主要为PS主链本身的断裂、解聚;当α>0.9时,活化能迅速减小,反应以链终止反应为主。
胡利芬[16]采用热重法对聚苯乙烯(PS)进行了热分解动力学研究。结果表明:PS热解分为两个阶段,温度范围为340~520℃,并在400~444℃达到最大热失重速率;当升温速率增加时,其最大热失重速率处温度有所升高,热分解的起始和终止温度也相应提高,但最后的残留质量百分数基本一致,为4.4~4.8%。运用等转化率法和比较法求得活化能为136.76kJ/mol,指前因子lnA为26~28,机理函数的积分形式为。
虽然目前国内外对EPS热分析的研究较多,但是因为选材、实验条件、数据处理方法不同,所获得的结果存在很大的差别,并且很多研究者研究EPS的热分解主要是用来指导处理废塑料、回收再利用资源,还有应用于消失模铸造工艺中,很少有研究者将其用于材料的燃烧研究分析中。