الكشف عن الملدنات في السلع الرياضية والألعاب الرياضية عن طريق TGA-FT- IR

مقدمة

غالبًا ما تكون السلع الرياضية ولعب الأطفال أو الحيوانات الأليفة مصنوعة من البلاستيك المرن. بعض الأمثلة على ذلك هي ألعاب المضغ الحسية والتماثيل الحركية، والتماثيل الحركية، والمقابض الناعمة وكذلك الكرات من أي نوع. البولي فينيل كلوريد متعدد الفينيل (PVC) هو أحد البوليمرات الشائعة الاستخدام، والذي يمكن جعله أكثر ليونة ومرونة بإضافة الملدنات. هذه المركبات ليست مرتبطة تساهمياً بسلسلة البوليمر، ولهذا السبب يمكن أن تتبخر أو تُشطف باللعاب أو العرق. يمكن أن تكون الغازات المنبعثة من الملدنات مثل الفثالات ضارة. وفي بعض الحالات، يمكن التعرف على ذلك من خلال الرائحة الكريهة.

من المعروف أن عائلة الفثالات تسبب عدداً من المخاطر الصحية. فهي تعمل مثل الهرمونات، وقد ثبت أنها تسبب تلف الكبد والعقم والسكري والسرطان وغيرها. لذلك، قام الاتحاد الأوروبي بحظر عدد من الفثالات في المنتجات التي تلامس الطعام، وفي لعب الأطفال، وفي أدوات الأطفال والمستلزمات الطبية منذ عام 2007.

سلوك التحلل وتحديد الملدنات وتحديد الملدنات

يمكن أن يساعد التحليل الحراري في الكشف عن الملدنات في البوليمرات. وعن طريق تحليل TGA-FT-IR، يمكن تحليل المنتجات فيما يتعلق بمحتواها من الملدنات وتحديد نوع الملدنات المستخدمة.

في حالة الاستخدام التالية، تم تقطيع الطبقة السطحية لكرات الألعاب المختلفة إلى قطع صغيرة وقياسها بجهاز PERSEUS^® TG 209 F1 Libra^® وفقًا لشروط القياس الواردة في الجدول 1.

الكرة رقم 1 تظهر العديد من خطوات فقدان الكتلة أثناء الانحلال الحراري، انظر الشكل 1. تنتج خطوات فقدان الكتلة هذه عن تبخر الملدنات أو المضافات العضوية الأخرى والتحلل الحراري للبوليمر في نطاق درجة حرارة يتراوح بين 200 درجة مئوية و500 درجة مئوية. تم اكتشاف تحلل الحشوات غير العضوية بين 500 درجة مئوية و700 درجة مئوية. تمثل القمم في منحنى DTG (معدل فقدان الكتلة) درجات حرارة معدلات فقدان الكتلة القصوى. ويعرض منحنى جرام شميدت الكثافة الكلية للأشعة تحت الحمراء ويتصرف كصورة معكوسة لمنحنى DTG ويظهر أيضًا أقصى درجات الشدة أثناء خطوات فقدان الكتلة. وهذا يثبت تفاعل المركبات المتطورة مع شعاع الأشعة تحت الحمراء.

الجدول 1: شروط القياس

وتظهر بيانات الأشعة تحت الحمراء الكاملة في الشكل 2 في مخطط ثلاثي الأبعاد يعتمد على درجة الحرارة ودرجة الموجات. ويُرسم منحنى TGA باللون الأحمر في الخلف ويوضح ارتباط فقدان الكتلة بالزيادة في كثافة الأشعة تحت الحمراء. في هذا المثال، يتم فحص خطوة فقدان الكتلة الأولى فقط بشكل أكثر دقة. لتحليل مفصل للملدنات الموجودة، تم استخراج طيف ثنائي الأبعاد للأشعة تحت الحمراء FT-IR ومقارنته بمكتبات الطور الغازي لتحديد المركبات المتطورة. تم العثور على تشابه كبير للطيف عند درجة حرارة 266 درجة مئوية مع أطياف مكتبة ثنائي ن-ن-أوكتيل الفثالات (DOP، أزرق) وثنائي (2-إيثيل هكسيل) الفثالات (DEHP، أخضر). يمكن افتراض أنه تم إطلاق مركب واحد أو خليط من الفثالات المختلفة. ومع ذلك، تشير هذه المقارنة بوضوح إلى أن الكرة رقم. 1 تحتوي على الفثالات الضارة. نظرًا لأن خطوة فقدان الكتلة التالية متداخلة قليلاً مع إطلاق الفثالات، فقد تم العثور أيضًا على كمية صغيرة من _ثاني أكسيد الكربون عن طريق FT-IR عند 266 درجة مئوية.

تم فحص كرة ثانية تحت نفس ظروف القياس. تظهر مقارنة بين قياسات TGA في الشكل 4. يمكن ملاحظة اختلاف واضح في سلوك الانحلال الحراري. ومع ذلك، بالنسبة للكرة رقم 2 أيضًا، تم اكتشاف أول خطوة لفقدان الكتلة في نطاق درجة الحرارة بين 200 درجة مئوية و280 درجة مئوية، مع وجود ذروة في منحنى DTG عند 266 درجة مئوية. يمكن فقط للأشعة تحت الحمراء FT-IR الحصول على معلومات مفصلة عن الملدنات المحتواة.

تُظهر المقارنة بين أطياف الأشعة تحت الحمراء فوق البنفسجية المستخرجة لعينتي الكرتين، اللتين تم استخلاصهما عند درجة حرارة 266 درجة مئوية، نمط اهتزاز مختلف تمامًا، انظر الشكل 5. تعطي المقارنة بين الأطياف عند درجة حرارة 266 درجة مئوية للكرة رقم 2 (باللون الأزرق) ومكتبة الطور الغازي توافقًا واضحًا مع طيف سترات التريبوتيل (باللون الأخضر). بالنسبة للكرة رقم 2، تم استبدال الملدنات الفثالات السامة بإستر الستريك غير السام، والذي يعمل أيضًا كملدن.

الملخص

يمكن فحص عمليات إطلاق الغازات وتحلل البوليمرات عن طريق التحليل الحراري. يشير قياس الثيرموغرافيات الحرارية إلى انبعاث الغازات بالفعل تحت 300 درجة مئوية. يمكن فقط لتحليل الغاز المتطور مثل FT-IR تحديد الغازات المنطلقة. في هذا المثال، كان من الممكن تحديد الملدنات المختلفة المستخدمة وبالتالي التمييز بين المضافات السامة وغير السامة. إن جهاز PERSEUS^® TG 209 F1 Libra^® مناسب تمامًا لحل هذه المهمة.