18.05.2023 by Claire Strasser, Aileen Sammler
Бързо и прецизно: DSC и PeakSeparation за идентифициране на полимери в опаковъчни фолиа
Прозрачни твърди фолиа за запазване на свежестта на нарязаните колбаси и сирена.
Стабилни чашки за кисело мляко.
Цветни, гъвкави опаковки за кафе.
В зависимост от приложението, тези високотехнологични продукти може да се нуждаят от кислородонепроницаемост, прозрачност или възможност за отпечатване и да притежават определена гъвкавост и/или стабилност. Такива свойства могат да бъдат постигнати само чрез използването на различни компоненти, като например множество полимерни слоеве. За тази цел полимерите на свой ред се подбират в зависимост от техните собствени свойства.
Научете как многослойните опаковъчни фолиа могат да бъдат изследвани по отношение на техния състав с помощта на диференциална сканираща калориметрия (DSC) и усъвършенствания софтуерен пакетNETZSCH PeakSeparation .
Диференциалната сканираща калориметрия се е доказала в опаковъчната индустрия като бърз и лесно достъпен метод за идентифициране на отделни полимери в многослойно фолио. В следващия пример е изследвано налично в търговската мрежа композитно фолио с помощта на DSC уредNETZSCH .
Пробата беше подготвена в тигела Concavus®® , изработен от алуминий, и равномерно притисната към дъното на тигела с помощта на плъзгащ се капак, който е специално разработен за измервания на много тънки проби като филми.
На фигура 2 са показани резултатите от измерването на DSC отпървия ивтория цикъл на нагряване. И при двете нагрявания са открити множество припокриващи се пикове между 108°C и 121°C. Това показва наличието на различни полимери; температурният диапазон тук е типичен за различните видове полиетилен с ниска плътност.
При1-вото нагряване допълнително е открит пик при 176°C, който показва наличието на EVOH (полиетиленвинилов алкохол). EVOH е известен също като бариерна пластмаса и се използва широко в опаковъчната промишленост поради добрата си непропускливост за вещества като кислород. Температурата му на топене зависи от съдържанието на етилен; температура на топене от 176 °C съответства на съдържание на етилен между 35 и 38 mol-% [1]. При второто нагряване пикът при 176 °C се измества към по-ниска температура (159 °C). Това изместване вероятно се дължи на топенето на смесена фаза, образувана между полиетилен и EVOH. Широкият ефект между 230°C и 280°C ще бъде изследван по-подробно по-долу.
За тази цел композитното фолио беше разделено на два слоя: гъвкаво, оцветено в алуминиев цвят фолио и второ, по-тънко, отпечатано фолио. Между двата слоя е поставен допълнителен слой хартия.
Двете фолиа от двете страни на хартиения слой бяха измерени отделно едно от друго. Кривите на DSC са представени на фигура 3.
Отпечатаното фолио (синя крива, фигура 3) - с изключение на пика при 253,9 °C, показан на фигура 2- показва същите ефекти като композитния материал като цяло. За разлика от него, оцветеният в алуминий филм (черната крива) създава само един пик, съответно при 255°C (1-во нагряване) и 248°C (2-ро нагряване). Този температурен диапазон е типичен за топенето на PET.
С тези резултати може да се направи следното заключение за състава на композитния филм: По-тънкото, отпечатано фолио се състои от различни видове полиетилен, както и от EVOH; оцветеното в алуминий фолио е PET. Външният вид на слоя от PET по отношение на цвета показва алуминиево покритие, което може да се използва например като светлинен щит в опаковките [2]. Пикът на топене на алуминия (660,4 °C) е извън измервания температурен диапазон и поради това не е открит.
Идентифициране на припокриващи се върхове с помощта на програмата PeakSeparation в Proteus®
За да се идентифицират ясно трите припокриващи се пика между 108°C и 121°C, открити по време на измерването на отпечатаното фолио, DSC кривата отвторото нагряване (синята пунктирана линия, фигура 3) беше оценена с PeakSeparation в програмата Proteus® софтуера. PeakSeparation позволява представянето на експерименталните данни под формата на адитивно припокриване на пикове. Тази програма предлага различни видове криви, като Пирсън, Гос, Коши и др. Тук беше избрана прогресията на кривата на Фрейзър-Сузуки заедно със смес от прогресията на кривата на Фрейзър-Сузуки и асиметричната крива на Коши. Чрез прилагането на тези профили към измерената DSC крива става възможно математическото разделяне на насложените пикове.
Фигура 4 показва резултатите от PeakSeparation. Четири изчислени пика могат да се свържат с DSC кривата от експеримента (синята пунктирана линия). Пиковете при 108°C, 118°C и 120°C са типични за различните видове полиетилен с ниска плътност (PE-LD, PE-LLD).
Допълнителен пик при 92°C (оранжева крива) може да се отдаде на топенето на small кристалити.
Коефициентът на корелация между сумата от четирите изчислени криви и измерената крива е определен на 0,999 и по този начин потвърждава доброто съответствие на изчислените ендотермични пикове с измерените данни.
Резюме
DSC измерванията дават ценна информация за състава на опаковъчните фолиа. Тези сложни материали се състоят от различни слоеве, които понякога могат да бъдат идентифицирани само с едно DSC измерване. Опаковката, показана в нашия пример, се състои най-малко от PET, EVOH и няколко вида полиетилен с различна плътност.
Диапазоните на топене на различните полимери често се намират близо един до друг. Въпреки това пълно разделяне на пиковете и/или точно характеризиране на материала може да се постигне чрез внимателно подготвяне на пробата и прилагане на PeakSeparationсофтуер.
Тази програма позволява разделянето на припокриващи се пикове, като се използват профили от следните видове пикове: Гаус, Коши, псевдоВойт (линейна комбинация от Гаус и Коши), Фрейзър-Сузуки (асиметричен Гаус), модифициран Лаплас (двустранно закръглен) и Пирсън. С него експерименталните данни се напасват като адитивна суперпозиция от върхове. Тя може да се прилага за криви, получени чрез различни аналитични методи, като диференциална сканираща калориметрия (DSC), термогравиметрия (TGA) и дилатометрия (DIL), за FTIR-криви и MS-криви.
Намаление на цената на функцията PeakSeparation
Възползвайте се! Цената на функцията PeakSeparation на Proteus® версия 8 и 9 вече е значително намалена! Попитайте регионалния си контакт за оферта!
Останете на линия! Приложенията за опаковки съставляват около 50% от производството на пластмаса. Тъй като пластмасите имат слаба биоразградимост, но са ценен ресурс дори след изтичане на експлоатационния им срок, фокусирането върху начините за рециклиране сега е по-важно от всякога. Следващата седмица ще говорим за инструментите на NETZSCH за идентифициране и количествено определяне на различните състави на пластмасите в потока на рециклиране!
Литература:
[1] Бариерни смоли | Свойства, обработка и боравене с EVOH, част 1, Gene Medlock, 02 февруари 2015 г. http://bit.ly/17Ous83
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Verbundfolie
