مقدمة
خلطات البوليمر هي مزيج من اثنين أو أكثر من البوليمرات. يتم دمجها لإنشاء مادة جديدة ذات خصائص فيزيائية مختلفة عن المواد الخام الخاصة بها. ويمكن أن تكون بدائل فعالة من حيث التكلفة للبوليمرات التقنية باهظة الثمن. تُستخدم خلائط بوليمرات ABS والكمبيوتر الشخصي على نطاق واسع كعلب للأجهزة والأجهزة الكهربائية وكذلك في صناعة السيارات للألواح الداخلية. تجمع هذه الخلائط بين خصائص المعالجة الممتازة والمقاومة العالية للحرارة ومقاومة الصدمات التي تتفوق على المكونات الفردية. وللحصول على صلابة أعلى، يمكن استخدام مزيج من PA6 وABS. مثال آخر مثير للاهتمام هو مزيج من POM وPTFE. يجمع هذا المزيج بين خصائص مواد التشحيم الذاتي ومعامل الاحتكاك المنخفض وخصائص مقاومة التآكل المحسنة عن طريق إضافة كميات صغيرة من PTFE إلى POM.
لذلك، تُستخدم هذه الخلطات في التطبيقات الترايبولوجية مثل أنظمة التروس. وبينما توفر الخلطات مزايا كبيرة خلال فترة خدمتها، فإنها تجعل إعادة التدوير في نهاية عمرها الافتراضي أمرًا صعبًا. وتتمثل إحدى المشاكل الأساسية في تحديد المادة كمخلوط وكذلك تركيبها لضمان فرزها بشكل صحيح وإمكانية إعادة استخدامها إن أمكن.
قياس وتفسير TGA-FT-IR وتفسيرها
وغالبًا ما يتم تحديد مكونات المخلوط عن طريق التحليل الطيفي أو الكروماتوغرافي. كما يمكن أن يكون الجمع بين TGA وFT-IR أداة مفيدة لتحديد هوية المخاليط. فمن ناحية، تعطي خطوات فقدان الكتلة معلومات عن كمية البوليمر من ناحية أخرى، تعمل غازات الانحلال الحراري، التي يتم الكشف عنها بواسطة الأشعة تحت الحمراء FT-IR، كبصمة للبوليمر وتساعد في تحديد الهوية من ناحية أخرى.
تم فحص الخلطات المختلفة باستخدام جهاز PERSEUS® TG 209 F1 Libra® في ظل ظروف القياس المدرجة في الجدول 1.
الجدول 1: شروط القياس
| العينة | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| كتلة العينة | 10.57 مجم | 9.72 مجم | 10.38 مجم |
| برنامج درجة الحرارة | RT - 850 درجة مئوية | RT - 850 درجة مئوية | RT - 850 درجة مئوية |
| معدل التسخين | 10 كلفن/دقيقة | 10 كلفن/دقيقة | 10 كلفن/دقيقة |
| جو الغاز | نيتروجين | نيتروجين | نيتروجين |
| معدل تدفق الغاز | 40 مل/دقيقة | 40 مل/دقيقة | 40 مل/دقيقة |
| بوتقة | Al2O3 (85 ميكرولتر)، مفتوح | Al2O3 (85 ميكرولتر)، مفتوح | Al2O3 (85 ميكرولتر)، مفتوح |
يصور الشكل 1 بيانات TGA-FT-الأشعة تحت الحمراء التي تم الحصول عليها لمزيج POM/PTFE. تم الكشف عن خطوتين لخسارة الكتلة بنسبة 92.6% و1.3% مع وجود قمم في منحنى DTG عند 366 درجة مئوية و582 درجة مئوية. تتصرف إشارة جرام شميت، التي تعرض التغيرات الكلية للأشعة تحت الحمراء، مثل الصورة المرآة لـ DTG. وقد لوحظت الحد الأقصى في نفس منطقة درجة الحرارة.
تظهر البيانات الكاملة للأشعة تحت الحمراء لمزيج POM/PFTE في الشكل 2 في مخطط ثلاثي الأبعاد يعتمد على درجة الحرارة ودرجة الموجات. ويرسم منحنى TGA باللون الأحمر في الخلف ويوضح ارتباط فقدان الكتلة بالزيادة في كثافة الأشعة تحت الحمراء. لتحديد الغازات المتطورة، يتم استخراج الأطياف المفردة ومقارنتها بقاعدة بيانات NETZSCH FT-IR للبوليمرات، والتي تتكون من أطياف الانحلال الحراري للبوليمرات الشائعة. كان الطيف ثنائي الأبعاد خلال خطوة فقدان الكتلة الأولى متوافقًا بشكل جيد مع غازات الانحلال الحراري لبوليمرات POM (باللون الأخضر).
وقد وُجدت نواتج تحلل PTFE (برتقالية اللون) خلال الخطوة الثانية لفقدان الكتلة، قارن الشكل 3. من هذا التحليل، يمكن استنتاج أن المزيج الذي تم فحصه كان مصنوعًا بشكل أساسي من POM مع كمية بسيطة من PTFE.
كان المزيج النموذجي الثاني الذي تم فحصه عبارة عن خليط من PA6 وABS. يعرض الشكل 4 منحنى TGA مع فقدان الكتلة بنسبة 98% ومنحنى جرام شميدت مع ذروة عند 462 درجة مئوية. من هذه المنحنيات، لا يمكن ملاحظة أن العينة التي تم فحصها تتكون من أكثر من مادة واحدة. فقط تحليل الغاز المتطور يمكن أن يعطي مزيدًا من التبصر.
استُخرج الطيف ثنائي الأبعاد عند درجة حرارة 456 درجة مئوية (أحمر) وقارنته بقاعدة بيانات NETZSCH FT-IR للبوليمرات، انظر الشكل 6. تكشف هذه المقارنة بوضوح أن الطيف المقاس هو خليط من أكثر من بوليمر واحد. تم العثور على PA6 بأعلى تشابه. وبعد طرح الطيف، وُجد أن ABS هو المركب الثاني من هذا الخليط. تُظهِر الدوائر الحمراء نطاقات اهتزازية فريدة من نوعها لـ PA6 في الطيف المقاس، بينما تشير الدوائر الزرقاء إلى نطاقات مميزة لـ ABS.
يمكن أيضًا تحديد الخليط الثالث من ABS والكمبيوتر الشخصي بسهولة عن طريق اقتران TGA-FTIR. يوضح الشكلان 7 و8 بيانات القياس التي تم الحصول عليها. تم الكشف عن خطوتين متداخلتين لفقدان الكتلة بنسبة 30.0% و45.7% مع وجود قمم في منحنى DTG عند 438 درجة مئوية و520 درجة مئوية. يُظهر منحنى جرام شميت قممًا عند نفس درجات الحرارة. أعطت مقارنة الأطياف المقاسة عند درجات الحرارة هذه مع قاعدة بيانات NETZSCH FT-IR للبوليمرات توافقًا جيدًا مع ABS لخطوة فقدان الكتلة الأولى وPC لخطوة فقدان الكتلة الثانية.
الخاتمة
تُظهر هذه الأمثلة أن الوصل بين TGA و FT-IR أداة مناسبة جدًا لتحديد خلائط البوليمرات. تمكّن منحنيات TGA من تحديد محتوى البوليمر، في حين يتم تحديد البوليمرات عن طريق غازات الانحلال الحراري مقارنةً بمكتبة المرحلة الغازية NETZSCH FT-IR قاعدة بيانات الأشعة تحت الحمراء FT-IR للبوليمرات. إنه حل جيد عند الحاجة إلى نتائج قابلة للقياس الكمي. خاصةً عندما يكون البوليمر أسود اللون، مما قد يجعل تحليل FT-IR عبر الأشعة تحت الحمراء عبر ATR صعبًا. قد تحدث قيود عندما تتفاعل غازات الانحلال الحراري وتشكل جزيئات جديدة تختلف عن المركبات المنطلقة من البوليمرات النقية.