Introduktion
Polymerblandinger er en kombination af to eller flere polymerer. De kombineres for at skabe et nyt materiale med andre fysiske egenskaber end deres råmaterialer. De kan være omkostningseffektive alternativer til dyre tekniske polymerer. Blandinger af ABS og PC bruges i vid udstrækning som huse til elektriske apparater og apparater samt i bilindustrien til indvendige paneler. Disse blandinger kombinerer fremragende forarbejdningsegenskaber med høj varmebestandighed og slagfasthed, der er bedre end de enkelte komponenters. For at opnå endnu større sejhed kan man bruge blandinger af PA6 og ABS. Et andet interessant eksempel er kombinationen af POM og PTFE. Blandingen kombinerer egenskaberne ved selvsmørende materialer, en lav friktionskoefficient og forbedrede slidstyrkeegenskaber ved at tilsætte small mængder PTFE til POM.
Derfor bruges disse blandinger i tribologiske applikationer som f.eks. gearsystemer. Mens blandinger giver betydelige fordele i løbet af deres levetid, gør de genbrug i slutningen af levetiden vanskelig. Et af de mest grundlæggende problemer er at identificere materialet som en blanding samt dets sammensætning for at sikre, at det sorteres korrekt og kan genbruges, hvis det er muligt.
TGA-FT-IR-måling og fortolkning
Identifikation af komponenterne i en blanding sker ofte ved hjælp af spektroskopisk eller kromatografisk analyse. Kombinationen af TGA og FT-IR kan også være et nyttigt værktøj til identifikation af blandinger. På den ene side giver massetabstrinnene information om polymermængden, og pyrolysegasser, der registreres af FT-IR, fungerer som polymerens fingeraftryk og hjælper med identifikation på den anden side.
Forskellige blandinger blev undersøgt med PERSEUS® TG 209 F1 Libra® under de målebetingelser, der er anført i tabel 1.
Tabel 1: Målebetingelser
| Prøve | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Masse af prøve | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Temperaturprogram | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| Opvarmningshastighed | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Gasatmosfære | Kvælstof | Kvælstof | Kvælstof |
| Gas-flowhastighed | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Digel | Al2O3 (85 μl), åben | Al2O3 (85 μl), åben | Al2O3 (85 μl), åben |
Figur 1 viser de opnåede TGA-FT-IR-data for POM/PTFE-blandingen. To massetabstrin på 92,6 % og 1,3 % blev registreret med toppe i DTG-kurven ved 366 °C og 582 °C. Gram Schmidt-signalet, der viser de overordnede IR-forandringer, opfører sig som et spejlbillede af DTG. Maxima blev observeret i det samme temperaturområde.
De komplette IR-data for POM/PFTE-blandingen er vist i figur 2 i et temperatur- og bølgetalsafhængigt 3D-plot. TGA-kurven er indtegnet med rødt bagerst og viser sammenhængen mellem massetabet og stigningen i IR-intensitet. For at identificere de udviklede gasser udtrækkes de enkelte spektre og sammenlignes med NETZSCH FT-IR-databasen for polymerer, som består af pyrolysespektre for almindelige polymerer. 2D-spektret under det første massetabstrin var i god overensstemmelse med pyrolysegasserne fra POM (grøn).
PTFE-nedbrydningsprodukter (orange) blev fundet under det andet massetabstrin, sammenlign figur 3. Ud fra denne analyse kan det konkluderes, at den undersøgte blanding hovedsageligt var lavet af POM med en mindre mængde PTFE.
Den anden eksemplariske blanding, som blev undersøgt, var en blanding af PA6 og ABS. Figur 4 viser TGA-kurven med et massetab på 98 % og Gram Schmidt-kurven med en top ved 462 °C. Ud fra disse kurver kunne det ikke ses, at den undersøgte prøve består af mere end ét materiale. Kun udviklet gasanalyse kan give mere indsigt.
2D-spektret blev ekstraheret ved 456 °C (rød) og sammenlignet med NETZSCH FT-IR-databasen over polymerer, se figur 6. Denne sammenligning viser tydeligt, at det målte spektrum er en blanding af mere end én polymer. PA6 blev fundet med den højeste lighed. Efter subtraktion af spektret blev ABS fundet som den anden forbindelse i denne blanding. De røde cirkler viser unikke vibrationsbånd for PA6 i det målte spektrum, mens de blå cirkler markerer karakteristiske bånd for ABS.
Den tredje blanding af ABS og PC kunne også let identificeres ved hjælp af TGA-FTIR-kobling. Figur 7 og 8 viser de opnåede måledata. To overlappende massetabstrin på 30,0 % og 45,7 % blev påvist med toppe i DTG-kurven ved 438 °C og 520 °C. Gram Schmidt-kurven viser toppe ved de samme temperaturer. Sammenligningen af de målte spektre ved disse temperaturer med NETZSCH FT-IR-databasen for polymerer gav god overensstemmelse med ABS for det første massetabstrin og PC for det andet massetabstrin.
Konklusion
Disse eksempler viser, at sammenkoblingen af TGA og FT-IR er et meget velegnet værktøj til at identificere polymerblandinger. TGA-kurver muliggør kvantificering af polymerindholdet, mens identifikation af polymererne sker ved hjælp af pyrolysegasserne sammenlignet med gasfasebiblioteket NETZSCH FT-IR Database for Polymers. Det er en god løsning, når der er brug for kvantificerbare resultater. Især når polymeren er sort, hvilket kan gøre FT-IR-analyse via ATR vanskelig. Der kan opstå begrænsninger, når pyrolysegasser interagerer og danner nye molekyler, som adskiller sig fra de forbindelser, der frigives fra rene polymerer.