Úvod
Směsi recyklovaných polyolefinů, složené převážně z polyethylenu a polypropylenu, představují důležité suroviny v mechanické recyklaci plastů. Používají se k dalšímu zpracování na nové lisované díly, extruzní výrobky, fólie, obalové komponenty a technické plastové aplikace, kde složení recyklátu výrazně ovlivňuje zpracovatelské vlastnosti a výkonnost finálního materiálu. Vzhledem k tomu, že PE a PP mají odlišné rozsahy tání, krystalinitu, rozsahy zpracovatelnosti a tepelnou stabilitu, je tepelná charakterizace těchto směsí nezbytná pro posouzení identity materiálu, kvality recyklátu a vhodnosti pro další zpracování.
Souběžná termogravimetrie a diferenciální skenovací kalorimetrie poskytují v rámci jednoho měření informace jak o úbytku hmotnosti, tak o tepelných přechodech, díky čemuž je tato technika obzvláště užitečná pro komplexní směsi recyklovaných polymerů.
Měřicí podmínky
Tabulka 1: Podmínky měření
| Přístroj | STA Jupiter® |
|---|---|
| Teplotní rozsah | 30 °C až 600 °C |
| Rychlost ohřevu | 20 K/min |
| Atmosféra | Dusík |
| Průtok plynu | 70 ml/min |
| Hmotnost vzorku | 13,9 mg |
| Tavicí kelímek | 85 µl Pt/Rh s děrovaným víkem |
Výsledky a diskuze
Souběžné měření metodami TGA a DSC u recyklované směsi PE-PP (obrázek 1) ukazuje několik charakteristických tepelných jevů. V nižším teplotním rozsahu jsou v signálu DSC patrné dva překrývající se endotermické jevy tání. První příspěvek k tání se objevuje přibližně při 123 °C a lze jej přiřadit polyethylenové frakci, zatímco druhý příspěvek k tání přibližně při 158 °C je charakteristický pro polypropylen. Vzhledem k tomu, že toky recyklovaných polymerů často obsahují částečně překrývající se frakce materiálu, přísady nebo typy polymerů s širokým spektrem tání, nejsou tyto signály v surové křivce DSC zcela izolované.
Použití softwaru „ NETZSCH “ Peak Separation je proto výhodné. Umožňuje matematicky oddělit překrývající se efekty tání a vyhodnotit je jednotlivě. V tomto měření poskytují oddělené plochy píků individuální entalpie tání přibližně 42 J/g pro podíl související s PE a 106 J/g pro podíl související s PP. To zlepšuje interpretaci složení směsi a usnadňuje porovnávání různých šarží recyklátu nebo sledování změn kvality materiálu. Bez Peak Separation by se překrývající endotermické jevy projevily pouze jako kombinovaná tepelná odezva, což by snížilo přesnost hodnocení jednotlivých složek.
Při vyšších teplotách vykazuje křivka DSC další tepelné jevy v oblasti nad 400 °C, zatímco křivka TGA zaznamenává odpovídající úbytek hmotnosti způsobený pyrolytickým rozkladem polymerní směsi v prostředí dusíku. K hlavnímu rozkladu dochází při teplotách nad přibližně 400 °C a vede k úplnému úbytku hmotnosti. Současné snímání obou signálů také zvyšuje spolehlivost interpretace složitých recyklátů. K vrcholům tání dochází, zatímco signál TGA zůstává stabilní, což potvrzuje, že se jedná spíše o Fázové přechodyTermín fázový přechod (nebo fázová změna) se nejčastěji používá pro popis přechodů mezi pevným, kapalným a plynným skupenstvím.fázové přechody než o degradační procesy. Naproti tomu vysokoteplotní efekty DSC odpovídají úbytku hmotnosti zaznamenanému na TGA a lze je proto spojovat s rozkladem. Tyto kombinované informace jsou cenné pro recyklační firmy a zpracovatele materiálů, protože poskytují vhled jak do identifikace polymerů, tak do tepelné stability v rámci jediného experimentu, a to bez vlivu přípravy vzorků nebo odlišných měřicích podmínek.
Shrnutí
Souběžná analýza metodami TGA a DSC poskytuje stručnou a výstižnou charakteristiku směsi recyklovaných polymerů PE a PP. Software NETZSCH Peak Separation vylepšuje vyhodnocení tím, že rozlišuje překrývající se tavné píky a umožňuje přesnější posouzení podílu jednotlivých polymerů. Díky tomu je tato metoda velmi vhodná pro kontrolu kvality, identifikaci materiálů a charakterizaci recyklovaných polyolefinových směsí z hlediska výrobního procesu.