TGA-FT-IR - الحل الخاص بك لتحديد مزيج البوليمر وتكوينه

خلطات البوليمر هي مزيج من اثنين أو أكثر من البوليمرات . يتم دمجها لإنشاء مادة جديدة ذات خواص فيزيائية محسّنة مقارنةً بالمواد الخام المنفردة.

وبينما توفر الخلطات مزايا كبيرة خلال فترة خدمتها، إلا أنها تجعل إعادة التدوير في نهاية عمرها الافتراضي أمرًا صعبًا. تتمثل إحدى أهم المشاكل الأساسية في تحديد المادة كمخلوط وكذلك تركيبها لضمان فرزها بشكل صحيح وإمكانية إعادة استخدامها إن أمكن.

تحديد الهوية باستخدام مطياف TGA ومطياف FT-IR من Bruker Optics

يمكن تحديد مكونات المخلوط من خلال الجمع بين TGA و FT-IR. فمن ناحية، تعطي خطوات فقدان الكتلة معلومات عن كمية البوليمر. ومن 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 NETZSCH PERSEUS^® TG 209 F1 Libra^®.

اقرأ المذكرة التطبيقية الكاملة هنا!

مثال 1: التحليل الكمي لمكونات البوليمر المختلفة

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.

الشكل 1: تغير الكتلة المعتمد على درجة الحرارة (TGA، أخضر)، ومعدل تغير الكتلة (DTG، أسود) ومنحنى غرام شميدت (أحمر) لمزيج POM/PTFE

ولتحديد الغازات المتطورة، تم 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 لـ POM (باللون الأخضر). تم العثور على نواتج تحلل PTFE (البرتقالي) خلال خطوة فقدان الكتلة الثانية، قارن الشكل 2. من التحليل، يمكن إجراء التحليل أن المزيج الذي تم فحصه كان مصنوعًا بشكل أساسي من POM (92.6%) مع كمية بسيطة من PTFE (1.3%).

الشكل 2: أطياف الأشعة تحت الحمراء المستخرجة من مزيج POM/PTFE عند درجة حرارة 366 درجة مئوية (أزرق) و 582 درجة مئوية (أحمر) مقارنة بأطياف قاعدة البيانات لمزيج POM (أخضر) وPTFE (برتقالي)

الشكل 3: تغير الكتلة حسب درجة الحرارة (TGA، باللون الأخضر)، ومعدل تغير الكتلة (DTG، باللون الأسود) ومنحنى غرام شميدت (باللون الأحمر) لمزيج PA6/ABS

الشكل 4: مخطط ثلاثي الأبعاد لجميع أطياف الأشعة تحت الحمراء المكتشفة لمزيج PA6/ABS

الشكل 5: أطياف الأشعة تحت الحمراء المستخرجة من مزيج PA6/ABS عند درجة حرارة 456 درجة مئوية (أحمر) مقارنة بأطياف قاعدة البيانات الخاصة ب PA6 (أزرق) وABS (أخضر)

مثال 2: الكشف بين المكونات باستخدام تقنية FT-IR

كان المزيج النموذجي الثاني الذي تم فحصه عبارة عن خليط من PA6 وABS. ويعرض الشكل 3 منحنى TGA مع فقدان الكتلة بنسبة 98% من منحنى جرام شميدت مع ذروة عند 462 درجة مئوية. ومن هذه المنحنيات، لا يمكن ملاحظة أن العينة التي تم فحصها تتكون من أكثر من مادة واحدة. فقط تحليل الغاز المتطور يمكن أن يعطي المزيد من التبصر. استُخرج طيف ثنائي الأبعاد عند درجة حرارة 456 درجة مئوية (أحمر) وقارنته بقاعدة بيانات NETZSCH FT-IR للبوليمرات، انظر الشكل 5. 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.

حل قوي لتحديد مكونات مزيج البوليمر

ويُعد الربط بين TGA وFT-IR أداة مناسبة جدًا لتحديد خلائط البوليمرات. تمكّن منحنيات TGA من تحديد محتوى البوليمر كمياً، في حين يتم تحديد البوليمرات عبر غازات الانحلال الحراري مقارنةً بمكتبة المرحلة الغازية NETZSCH قاعدة بيانات FT-IR للبوليمرات. إنه حل جيد عندما تكون هناك حاجة إلى نتائج قابلة للقياس الكمي أو عندما يكون البوليمر أسود اللون، مما قد يجعل تحليل FT-IR عبر الأشعة تحت الحمراء عبر ATR صعبًا.

تعرّف على المزيد حول TGA-FT-IR وقاعدة بيانات NETZSCH FT-IR للبوليمرات في سلسلة ندواتنا القادمة عبر الإنترنت مع شركة Bruker Optics!

هناك الكثير من طرق التحليل القوية المتاحة التي تساعد في تطوير المواد وتحسين العمليات وتقييم العمر التشغيلي لمنتجاتك. ولكن يمكن الجمع بين القليل منها لتزويدك بمعلومات أكثر قيمة. أحد أفضل الأمثلة المعروفة في علم المواد هو الجمع بين قياس الثيرموغرافيات الحرارية (TGA) والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء (FT-IR).

وتستضيف شركتا "بروكر للبصريات" و"نت زدش" سلسلة من الندوات عبر الإنترنت في أغسطس لتوضيح المزيد من الأمثلة القوية التي تجعل من مطياف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه-التحويل الحراري-التحليل بالأشعة تحت الحمراء الحل الأمثل لتحليل التركيب المادي للمنتجات أو فشل المكونات خلال فترة خدمتها.

في 6 أغسطس 2020، سيركز الدكتور إيكيهارد فوجلن من شركة NETZSCH على تحليل تركيب المواد باستخدام TGA و TG-FT-IR.

في 13 أغسطس 2020، سيركز الدكتور سيرجي شيلوف من شركة Bruker Optics على تحليل الأعطال باستخدام TG-FT-IR.

سجّل الآن!