Úvod
Směsi polymerů jsou kombinací dvou nebo více polymerů. Jejich kombinací vzniká nový materiál s jinými fyzikálními vlastnostmi, než mají jejich suroviny. Mohou být cenově výhodnou alternativou drahých technických polymerů. Směsi ABS a PC se široce používají jako kryty pro elektrická zařízení a spotřebiče a v automobilovém průmyslu pro vnitřní panely. Tyto směsi kombinují vynikající zpracovatelské vlastnosti s vysokou tepelnou odolností a odolností proti nárazu, která převyšuje odolnost jednotlivých složek. Pro ještě vyšší houževnatost lze použít směsi PA6 a ABS. Dalším zajímavým příkladem je kombinace POM a PTFE. Tato směs kombinuje vlastnosti samomazných materiálů, nízký koeficient tření a lepší vlastnosti odolnosti proti opotřebení přidáním small množství PTFE k POM.
Proto se tyto směsi používají v tribologických aplikacích, jako jsou převodové systémy. Zatímco směsi nabízejí během své životnosti významné výhody, na konci životnosti ztěžují recyklaci. Jedním z nejzásadnějších problémů je identifikace materiálu jako směsi a také jeho složení, aby bylo zajištěno jeho správné roztřídění a možnost jeho opětovného použití, pokud je to možné.
Měření a interpretace TGA-FT-IR
Identifikace složek směsi se často provádí pomocí spektroskopické nebo chromatografické analýzy. Také kombinace TGA a FT-IR může být užitečným nástrojem pro identifikaci směsí. Na jedné straně kroky ztráty hmotnosti poskytují informace o množství polymeru a na druhé straně pyrolýzní plyny detekované pomocí FT-IR působí jako otisk prstu polymeru a pomáhají při identifikaci.
Různé směsi byly zkoumány pomocí přístroje PERSEUS® TG 209 F1 Libra® za podmínek měření uvedených v tabulce 1.
Tabulka 1: Podmínky měření
| Vzorek | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Hmotnost vzorku | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Teplotní program | RT - 850 °C | RT - 850 °C | RT - 850 °C |
| Rychlost ohřevu | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Plynová atmosféra | Dusík | Dusík | Dusík |
| Průtok plynu | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Kelímek | Al2O3 (85 μl), otevřený | Al2O3 (85 μl), otevřený | Al2O3 (85 μl), otevřený |
Na obrázku 1 jsou znázorněny získané TGA-FT-IR údaje směsi POM/PTFE. Byly zjištěny dva stupně úbytku hmotnosti 92,6 % a 1,3 % s vrcholy na křivce DTG při 366 °C a 582 °C. Gramův Schmidtův signál, který zobrazuje celkové IR-změny, se chová jako zrcadlový obraz DTG. Maxima byla pozorována ve stejné teplotní oblasti.
Kompletní IR data směsi POM/PFTE jsou zobrazena na obrázku 2 v 3D grafu v závislosti na teplotě a vlnovém čísle. Křivka TGA je vynesena červeně vzadu a ukazuje korelaci úbytku hmotnosti s nárůstem intenzity IR. Pro identifikaci vyvíjených plynů jsou jednotlivá spektra extrahována a porovnána s databází NETZSCH FT-IR polymerů, která se skládá z pyrolýzních spekter běžných polymerů. 2D spektrum během prvního kroku ztráty hmotnosti bylo v dobré shodě s pyrolýzními plyny POM (zelené).
Produkty rozkladu PTFE (oranžová barva) byly nalezeny během druhého kroku ztráty hmotnosti, srovnej obrázek 3. Z této analýzy lze vyvodit závěr, že zkoumaná směs byla tvořena převážně POM s menším množstvím PTFE.
Druhou zkoumanou příkladnou směsí byla směs PA6 a ABS. Na obrázku 4 je zobrazena křivka TGA s hmotnostním úbytkem 98 % a Gram Schmidtova křivka s píkem při 462 °C. Z těchto křivek nebylo patrné, že by se zkoumaný vzorek skládal z více než jednoho materiálu. Více informací může poskytnout pouze analýza vyvíjeného plynu.
2D spektrum bylo extrahováno při 456 °C (červeně) a porovnáno s databází NETZSCH FT-IR polymerů, viz obrázek 6. Toto srovnání jasně ukazuje, že naměřené spektrum je směsí více než jednoho polymeru. Největší podobnost byla zjištěna u PA6. Po odečtení spekter byl jako druhá sloučenina této směsi nalezen ABS. Červené kroužky označují jedinečné vibrační pásy pro PA6 v naměřeném spektru, zatímco modré kroužky označují charakteristické pásy pro ABS.
Třetí směs ABS a PC lze také snadno identifikovat pomocí TGA-FTIR spojení. Obrázky 7 a 8 ukazují získané údaje z měření. Byly zjištěny dva překrývající se stupně úbytku hmotnosti 30,0 % a 45,7 % s píky na křivce DTG při 438 °C a 520 °C. Gramova Schmidtova křivka vykazuje píky při stejných teplotách. Srovnání naměřených spekter při těchto teplotách s databází FT-IR polymerů NETZSCH poskytlo dobrou shodu s ABS pro první krok hmotnostního úbytku a PC pro druhý krok hmotnostního úbytku.
Závěr
Tyto příklady ukazují, že spojení TGA a FT-IR je velmi vhodným nástrojem pro Identify polymerních směsí. Křivky TGA umožňují kvantifikovat obsah polymerů, zatímco identifikace polymerů se provádí pomocí pyrolýzních plynů porovnávaných s knihovnou plynné fáze NETZSCH FT-IR Database for Polymers. Jedná se o dobré řešení v případě potřeby kvantifikovatelných výsledků. Zejména pokud je polymer černý, což může ztížit FT-IR analýzu pomocí ATR. Omezení mohou nastat, když pyrolýzní plyny interagují a tvoří nové molekuly, které se liší od sloučenin uvolňovaných z čistých polymerů.