Εισαγωγή
Τα μίγματα πολυμερών είναι ο συνδυασμός δύο ή περισσότερων πολυμερών. Συνδυάζονται για να δημιουργήσουν ένα νέο υλικό με διαφορετικές φυσικές ιδιότητες από τις πρώτες ύλες τους. Μπορούν να αποτελέσουν οικονομικά αποδοτικές εναλλακτικές λύσεις σε σχέση με τα ακριβά τεχνικά πολυμερή. Τα μείγματα ABS και PC χρησιμοποιούνται ευρέως ως περιβλήματα για ηλεκτρικές συσκευές και συσκευές, καθώς και στην αυτοκινητοβιομηχανία για εσωτερικές επενδύσεις. Αυτά τα μείγματα συνδυάζουν εξαιρετικές ιδιότητες επεξεργασίας με υψηλή αντοχή στη θερμότητα και αντοχή στην κρούση ανώτερη από τα μεμονωμένα συστατικά. Για ακόμη μεγαλύτερη ανθεκτικότητα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μείγματα PA6 και ABS. Ένα άλλο ενδιαφέρον παράδειγμα είναι ο συνδυασμός POM και PTFE. Το μείγμα συνδυάζει τις ιδιότητες των αυτολιπαινόμενων υλικών, χαμηλό συντελεστή τριβής και βελτιωμένες ιδιότητες αντίστασης στη φθορά με την προσθήκη small ποσοτήτων PTFE στο POM.
Ως εκ τούτου, αυτά τα μείγματα χρησιμοποιούνται σε τριβολογικές εφαρμογές, όπως συστήματα οδοντωτών τροχών. Ενώ τα μείγματα προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα κατά τη διάρκεια της ζωής τους, δυσχεραίνουν την ανακύκλωση στο τέλος της ζωής τους. Ένα από τα βασικότερα προβλήματα είναι η ταυτοποίηση του υλικού ως μείγματος καθώς και η σύνθεσή του, ώστε να διασφαλίζεται η σωστή διαλογή και η επαναχρησιμοποίησή του, αν είναι δυνατόν.
Μέτρηση και ερμηνεία TGA-FT-IR
Η ταυτοποίηση των συστατικών ενός μείγματος γίνεται συχνά με φασματοσκοπική ή χρωματογραφική ανάλυση. Επίσης, ο συνδυασμός TGA και FT-IR μπορεί να αποτελέσει χρήσιμο εργαλείο για την ταυτοποίηση των μειγμάτων. Αφενός, τα στάδια απώλειας μάζας δίνουν πληροφορίες για την ποσότητα του πολυμερούς και αφετέρου τα αέρια πυρόλυσης, που ανιχνεύονται από το FT-IR, λειτουργούν ως το δακτυλικό αποτύπωμα του πολυμερούς και βοηθούν στην ταυτοποίηση.
Διαφορετικά μείγματα εξετάστηκαν με το PERSEUS® TG 209 F1 Libra® υπό τις συνθήκες μέτρησης που παρατίθενται στον πίνακα 1.
Πίνακας 1: Συνθήκες μέτρησης
| Δείγμα | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Μάζα δείγματος | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Πρόγραμμα θερμοκρασίας | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| Ρυθµός θέρµανσης | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Ατμόσφαιρα αερίου | Άζωτο | Άζωτο | Άζωτο |
| Ρυθμός ροής αερίου | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Χωνευτήρι | Al2O3 (85 μl), ανοικτό | Al2O3 (85 μl), ανοικτό | Al2O3 (85 μl), ανοικτό |
Το Σχήμα 1 απεικονίζει τα δεδομένα TGA-FT-IR που ελήφθησαν για το μείγμα POM/PTFE. Εντοπίστηκαν δύο στάδια απώλειας μάζας 92,6% και 1,3% με κορυφές στην καμπύλη DTG στους 366°C και 582°C. Το σήμα Gram Schmidt, που εμφανίζει τις συνολικές IR-μεταβολές, συμπεριφέρεται σαν το είδωλο της DTG. Τα μέγιστα παρατηρήθηκαν στην ίδια περιοχή θερμοκρασίας.
Τα πλήρη δεδομένα IR του μείγματος POM/PFTE παρουσιάζονται στο σχήμα 2 σε ένα τρισδιάστατο διάγραμμα που εξαρτάται από τη θερμοκρασία και τον αριθμό κύματος. Η καμπύλη TGA απεικονίζεται με κόκκινο χρώμα στο πίσω μέρος και δείχνει τη συσχέτιση της απώλειας μάζας με την αύξηση της έντασης IR. Για την ταυτοποίηση των αερίων που αναπτύσσονται, τα μεμονωμένα φάσματα εξάγονται και συγκρίνονται με τη βάση δεδομένων NETZSCH FT-IR πολυμερών, η οποία αποτελείται από φάσματα πυρόλυσης κοινών πολυμερών. Το φάσμα 2D κατά το πρώτο βήμα απώλειας μάζας ήταν σε καλή συμφωνία με τα αέρια πυρόλυσης του POM (πράσινο).
Προϊόντα αποσύνθεσης PTFE (πορτοκαλί) βρέθηκαν κατά το δεύτερο στάδιο απώλειας μάζας, συγκρίνετε το σχήμα 3. Από την ανάλυση αυτή μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το υπό εξέταση μείγμα αποτελείται κυρίως από POM με κάποια μικρή ποσότητα PTFE.
Το δεύτερο υποδειγματικό μείγμα που διερευνήθηκε ήταν ένα μείγμα PA6 και ABS. Στο Σχήμα 4 παρουσιάζεται η καμπύλη TGA με απώλεια μάζας 98% και η καμπύλη Gram Schmidt με κορυφή στους 462°C. Από αυτές τις καμπύλες δεν μπορούσε να φανεί ότι το υπό εξέταση δείγμα αποτελείται από περισσότερα του ενός υλικά. Μόνο η ανάλυση των εξελιγμένων αερίων μπορεί να δώσει περισσότερες πληροφορίες.
Το φάσμα 2D εξήχθη στους 456°C (κόκκινο) και συγκρίθηκε με τη βάση δεδομένων NETZSCH FT-IR πολυμερών, βλέπε σχήμα 6. Η σύγκριση αυτή αποκαλύπτει σαφώς ότι το μετρούμενο φάσμα είναι μείγμα περισσότερων του ενός πολυμερών. Το PA6 βρέθηκε με τη μεγαλύτερη ομοιότητα. Μετά την αφαίρεση του φάσματος, το ABS βρέθηκε ως η δεύτερη ένωση αυτού του μείγματος. Οι κόκκινοι κύκλοι δείχνουν μοναδικές ζώνες δόνησης για το PA6 στο μετρούμενο φάσμα, ενώ οι μπλε κύκλοι χαρακτηρίζουν χαρακτηριστικές ζώνες για το ABS.
Το τρίτο μείγμα ABS και PC μπορούσε επίσης να αναγνωριστεί εύκολα με τη σύζευξη TGA-FTIR. Στα σχήματα 7 και 8 παρουσιάζονται τα δεδομένα των μετρήσεων που ελήφθησαν. Εντοπίστηκαν δύο επικαλυπτόμενα στάδια απώλειας μάζας 30,0% και 45,7% με κορυφές στην καμπύλη DTG στους 438°C και 520°C. Η καμπύλη Gram Schmidt παρουσιάζει κορυφές στις ίδιες θερμοκρασίες. Η σύγκριση των μετρούμενων φασμάτων σε αυτές τις θερμοκρασίες με τη βάση δεδομένων NETZSCH FT-IR πολυμερών έδωσε καλή συμφωνία με το ABS για το πρώτο βήμα απώλειας μάζας και το PC για το δεύτερο βήμα απώλειας μάζας.
Συμπέρασμα
Τα παραδείγματα αυτά δείχνουν ότι η συνδυασμός TGA και FT-IR είναι ένα πολύ κατάλληλο εργαλείο για την ταυτοποίηση των μιγμάτων πολυμερών. Οι καμπύλες TGA επιτρέπουν την ποσοτικοποίηση της περιεκτικότητας σε πολυμερή, ενώ η ταυτοποίηση των πολυμερών γίνεται μέσω των αερίων πυρόλυσης σε σύγκριση με την αέρια φάση library NETZSCH Βάση δεδομένων FT-IR για πολυμερή. Είναι μια καλή λύση όταν απαιτούνται ποσοτικοποιήσιμα αποτελέσματα. Ειδικά όταν το πολυμερές είναι μαύρο, γεγονός που μπορεί να δυσχεράνει την ανάλυση FT-IR μέσω ATR. Περιορισμοί μπορεί να προκύψουν όταν τα αέρια της πυρόλυσης αλληλεπιδρούν και σχηματίζουν νέα μόρια, τα οποία διαφέρουν από τις ενώσεις που απελευθερώνονται από τα καθαρά πολυμερή.