Въведение
Полимерните смеси са комбинация от два или повече полимера. Те се комбинират, за да се създаде нов материал с различни физични свойства от тези на суровините. Те могат да бъдат рентабилни алтернативи на скъпите технически полимери. Смеси от ABS и PC се използват широко като корпуси за електрически устройства и уреди, както и в автомобилната индустрия за вътрешни панели. Тези смеси съчетават отлични свойства за обработка с висока топлоустойчивост и устойчивост на удар, превъзхождащи отделните компоненти. За постигане на още по-висока якост могат да се използват смеси от PA6 и ABS. Друг интересен пример е комбинацията от POM и PTFE. Тази смес съчетава свойствата на самосмазващите се материали, нисък коефициент на триене и подобрени свойства на износоустойчивост чрез добавяне на small количества PTFE към POM.
Поради това тези смеси се използват в трибологични приложения, като например системи за зъбни колела. Макар че смесите предлагат значителни предимства по време на експлоатационния си живот, те затрудняват рециклирането в края на живота. Един от най-основните проблеми е идентифицирането на материала като смес, както и на неговия състав, за да се гарантира, че той е правилно сортиран и може да бъде използван повторно, ако е възможно.
Измерване и интерпретация на TGA-FT-IR
Идентифицирането на компонентите на дадена смес често се извършва чрез спектроскопски или хроматографски анализ. Също така комбинацията от TGA и FT-IR може да бъде полезен инструмент за идентифициране на смесите. От една страна, стъпките на загуба на маса дават информация за количеството на полимера, а от друга - пиролизните газове, открити чрез FT-IR, действат като пръстов отпечатък на полимера и помагат за идентификацията.
Различни смеси бяха изследвани с PERSEUS® TG 209 F1 Libra® при условията на измерване, изброени в таблица 1.
Таблица 1: Условия за измерване
| Образец | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Маса на образеца | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Температурна програма | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| Скорост на нагряване | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Газова атмосфера | Азот | Азот | Азот |
| Дебит на газа | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Тигел | Al2O3 (85 μl), отворен | Al2O3 (85 μl), отворен | Al2O3 (85 μl), отворен |
На фигура 1 са представени получените TGA-FT-IR данни за сместа POM/PTFE. Открити са две стъпки на загуба на маса от 92,6 % и 1,3 % с пикове в DTG кривата при 366 °C и 582 °C. Сигналът на Грам Шмидт, показващ цялостните промени в ИЧ, се държи като огледален образ на DTG. Максимуми се наблюдават в същата температурна област.
Пълните инфрачервени данни за сместа POM/PFTE са показани на фигура 2 в 3D диаграма, зависеща от температурата и вълновите числа. Кривата на TGA е нанесена в червено отзад и показва корелацията на загубата на маса с нарастването на интензитета на инфрачервения спектър. За идентифициране на отделените газове се извличат единични спектри и се сравняват с базата данни за FT-IR полимери на NETZSCH, която се състои от пиролизни спектри на често срещани полимери. Двуизмерният спектър по време на първата стъпка на загуба на маса е в добро съответствие с пиролизните газове на ПОМ (зелено).
Продуктите от разлагането на PTFE (оранжево) са открити по време на втората стъпка на загуба на маса, сравни фигура 3. От този анализ може да се заключи, че изследваната смес е била съставена основно от POM с незначително количество PTFE.
Втората примерна смес, която е изследвана, е смес от PA6 и ABS. На фигура 4 е показана TGA кривата със загуба на маса от 98 % и кривата на Грам Шмидт с пик при 462 °C. От тези криви не може да се види, че изследваният образец се състои от повече от един материал. Само анализът на еволюиралия газ може да даде повече информация.
2D спектърът е извлечен при 456°C (червено) и е сравнен с базата данни за FT-IR полимери на NETZSCH, вж. фигура 6. Това сравнение ясно показва, че измереният спектър е смес от повече от един полимер. Установено е, че PA6 е с най-голямо сходство. След изваждането на спектъра, ABS е открит като второто съединение от тази смес. Червените кръгчета показват уникалните вибрационни ленти за PA6 в измерения спектър, докато сините кръгчета маркират характерните ленти за ABS.
Третата смес от ABS и PC също може лесно да бъде идентифицирана чрез TGA-FTIR свързване. Фигури 7 и 8 показват получените данни от измерванията. Две припокриващи се стъпки на загуба на маса от 30,0 % и 45,7 % бяха открити с пикове в DTG кривата при 438 °C и 520 °C. Кривата на Грам Шмидт показва пикове при същите температури. Сравнението на измерените спектри при тези температури с базата данни за FT-IR полимери на NETZSCH дава добро съответствие с ABS за първата стъпка на загуба на маса и PC за втората стъпка на загуба на маса.
Заключение
Тези примери показват, че комбинирането на TGA и FT-IR е много подходящ инструмент за идентифициране на полимерни смеси. Кривите на TGA позволяват количествено определяне на съдържанието на полимери, докато идентифицирането на полимерите се извършва посредством пиролизните газове, сравнени с библиотеката за газовата фаза NETZSCH FT-IR Database for Polymers. Това е добро решение, когато са необходими количествено измерими резултати. Особено когато полимерът е черен, което може да затрудни FT-IR анализа чрез ATR. Ограничения могат да възникнат, когато пиролизните газове взаимодействат и образуват нови молекули, които се различават от съединенията, отделяни от чистите полимери.