Εισαγωγή
Τα μείγματα ανακυκλωμένων πολυολεφινών, τα οποία αποτελούνται κυρίως από πολυαιθυλένιο και πολυπροπυλένιο, αποτελούν σημαντικές πρώτες ύλες στη μηχανική ανακύκλωση πλαστικών. Χρησιμοποιούνται για την επανεπεξεργασία τους σε νέα χυτά εξαρτήματα, προϊόντα εξώθησης, μεμβράνες, εξαρτήματα συσκευασίας και τεχνικές εφαρμογές πλαστικών, όπου η σύνθεση του ανακυκλωμένου υλικού επηρεάζει σημαντικά τη συμπεριφορά κατά την επεξεργασία και τις επιδόσεις του τελικού υλικού. Δεδομένου ότι το PE και το PP παρουσιάζουν διαφορετικά εύρη τήξης, κρυσταλλικότητα, παράθυρα επεξεργασίας και θερμική σταθερότητα, ο θερμικός χαρακτηρισμός τέτοιων μειγμάτων είναι απαραίτητος για την αξιολόγηση της ταυτότητας του υλικού, της ποιότητας του ανακυκλωμένου υλικού και της καταλληλότητάς του για περαιτέρω επεξεργασία.
Η ταυτόχρονη θερμοβαρυτομετρία και η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης παρέχουν πληροφορίες τόσο για την απώλεια μάζας όσο και για τις θερμικές μεταβάσεις σε μία μόνο μέτρηση, καθιστώντας την τεχνική αυτή ιδιαίτερα χρήσιμη για σύνθετα μείγματα ανακυκλωμένων πολυμερών.
Συνθήκες μέτρησης
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Όργανο | STA Jupiter® |
|---|---|
| Εύρος θερμοκρασίας | 30 °C έως 600 °C |
| Ρυθμός θέρμανσης | 20 K/min |
| Ατμόσφαιρα | Άζωτο |
| Ρυθμός ροής αερίου | 70 ml/min |
| Μάζα δείγματος | 13,9 mg |
| Χωνευτήρι | 85 µl Pt/Rh με διάτρητο καπάκι |
Αποτελέσματα και Συζήτηση
Η ταυτόχρονη μέτρηση TGA-DSC στο ανακυκλωμένο μείγμα PE-PP (Σχήμα 1) παρουσιάζει διάφορα χαρακτηριστικά θερμικά φαινόμενα. Στο χαμηλότερο εύρος θερμοκρασιών, στο σήμα DSC διακρίνονται δύο επικαλυπτόμενα ενδοθερμικά φαινόμενα τήξης. Η πρώτη συνεισφορά τήξης εμφανίζεται περίπου στους 123 °C και μπορεί να αποδοθεί στο κλάσμα πολυαιθυλενίου, ενώ η δεύτερη συνεισφορά τήξης, περίπου στους 158 °C, είναι χαρακτηριστική του πολυπροπυλενίου. Επειδή τα ρεύματα ανακυκλωμένων πολυμερών περιέχουν συχνά κλάσματα υλικών που επικαλύπτονται εν μέρει, πρόσθετα ή ποιότητες πολυμερών με ευρεία συμπεριφορά τήξης, αυτά τα σήματα δεν απομονώνονται πλήρως στην ακατέργαστη καμπύλη DSC.
Η χρήση του λογισμικού NETZSCH Peak Separation είναι επομένως επωφελής. Επιτρέπει τον μαθηματικό διαχωρισμό των επικαλυπτόμενων φαινομένων τήξης και την ατομική αξιολόγησή τους. Σε αυτή τη μέτρηση, οι διαχωρισμένες περιοχές κορυφών παρέχουν ατομικές ενθαλπίες τήξης περίπου 42 J/g για τη συνεισφορά που σχετίζεται με το PE και 106 J/g για τη συνεισφορά που σχετίζεται με το PP. Αυτό βελτιώνει την ερμηνεία της σύνθεσης του μείγματος και διευκολύνει τη σύγκριση διαφορετικών παρτίδων ανακυκλωμένου υλικού ή την παρακολούθηση των αλλαγών στην ποιότητα του υλικού. Χωρίς το Peak Separation, τα αλληλεπικαλυπτόμενα ενδοθερμικά φαινόμενα θα ήταν διαθέσιμα μόνο ως συνδυασμένη θερμική απόκριση, μειώνοντας την ακρίβεια της αξιολόγησης ανά συστατικό.
Σε υψηλότερες θερμοκρασίες, η καμπύλη DSC παρουσιάζει επιπλέον θερμικά φαινόμενα στην περιοχή άνω των 400 °C, ενώ η καμπύλη TGA καταγράφει την αντίστοιχη απώλεια μάζας που προκαλείται από την πυρολυτική αποσύνθεση του μείγματος πολυμερών υπό ατμόσφαιρα αζώτου. Η κύρια αποσύνθεση λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασίες άνω των περίπου 400 °C και έχει ως αποτέλεσμα την πλήρη απώλεια μάζας. Η ταυτόχρονη καταγραφή και των δύο σημάτων βελτιώνει επίσης την αξιοπιστία στην ερμηνεία σύνθετων ανακυκλωμένων υλικών. Οι κορυφές τήξης εμφανίζονται ενώ το σήμα TGA παραμένει σταθερό, επιβεβαιώνοντας ότι τα φαινόμενα αυτά αποτελούν μεταβάσεις φάσης και όχι διεργασίες αποικοδόμησης. Αντίθετα, τα φαινόμενα DSC υψηλής θερμοκρασίας συνάδουν με την απώλεια μάζας της TGA και μπορούν επομένως να συσχετιστούν με την αποσύνθεση. Αυτές οι συνδυασμένες πληροφορίες είναι πολύτιμες για τους ανακυκλωτές και τους μεταποιητές υλικών, καθώς παρέχουν πληροφορίες τόσο για την ταυτοποίηση των πολυμερών όσο και για τη θερμική σταθερότητα στο πλαίσιο ενός μόνο πειράματος, χωρίς την επίδραση της προετοιμασίας του δείγματος ή διαφορετικών συνθηκών μέτρησης.
Περίληψη
Η ταυτόχρονη ανάλυση TGA-DSC παρέχει έναν συνοπτικό και κατατοπιστικό χαρακτηρισμό ενός ανακυκλωμένου μείγματος PE-PP. Το λογισμικό NETZSCH Peak Separation βελτιώνει την αξιολόγηση, διαχωρίζοντας τις επικαλυπτόμενες κορυφές τήξης και επιτρέποντας μια πιο συγκεκριμένη εκτίμηση της συμβολής κάθε πολυμερούς ξεχωριστά. Αυτό καθιστά τη μέθοδο ιδιαίτερα κατάλληλη για τον ποιοτικό έλεγχο, την ταυτοποίηση υλικών και τον χαρακτηρισμό ανακυκλωμένων μειγμάτων πολυολεφινών σε σχέση με τη διαδικασία παραγωγής.