18.05.2023 by Claire Strasser, Aileen Sammler
Γρήγορη και ακριβής: Διαχωρισμός κορυφών για την ταυτοποίηση πολυμερών σε μεμβράνες συσκευασίας
Διαφανείς άκαμπτες μεμβράνες για να διατηρούνται φρέσκα τα αλλαντικά και τα τυριά σε φέτες.
Σταθερά κύπελλα γιαουρτιού.
Πολύχρωμες, εύκαμπτες συσκευασίες καφέ.
Ανάλογα με την εφαρμογή, αυτά τα ιδιαίτερα εξελιγμένα προϊόντα μπορεί να πρέπει να είναι στεγανά σε οξυγόνο, διαφανή ή εκτυπώσιμα και να διαθέτουν ορισμένη ευελιξία ή/και σταθερότητα. Τέτοιες ιδιότητες μπορούν να επιτευχθούν μόνο με τη χρήση ποικίλων συστατικών, όπως πολλαπλά πολυμερή στρώματα. Για το σκοπό αυτό, τα πολυμερή είναι, με τη σειρά τους, selected ανάλογα με τις ιδιότητές τους.
Μάθετε πώς μπορούν να διερευνηθούν οι μεμβράνες συσκευασίας πολλαπλών στρώσεων ως προς τη σύνθεσή τους με τη βοήθεια της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC ) και του προηγμένου πακέτου λογισμικούNETZSCH PeakSeparation Advanced.
Για την ταυτοποίηση μεμονωμένων πολυμερών σε μια μεμβράνη πολλαπλών στρώσεων, η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης έχει αποδειχθεί στη βιομηχανία συσκευασίας ως μια γρήγορη και εύκολα προσβάσιμη μέθοδος. Στο ακόλουθο παράδειγμα, μια εμπορικά διαθέσιμη σύνθετη μεμβράνη διερευνήθηκε με τη βοήθεια ενός οργάνου DSCNETZSCH .
Το δείγμα προετοιμάστηκε στο χωνευτήρι Concavus®® από αλουμίνιο και πιέστηκε ομοιόμορφα στον πυθμένα του χωνευτηρίου με τη βοήθεια ενός συρόμενου καπακιού, το οποίο αναπτύχθηκε ειδικά για μετρήσεις σε πολύ λεπτά δείγματα, όπως τα φιλμ.
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μέτρησης DSC από την1η και τη2η θέρμανση. Και στις δύο εκτελέσεις θέρμανσης ανιχνεύθηκαν πολλαπλές επικαλυπτόμενες κορυφές μεταξύ 108°C και 121°C. Αυτό υποδηλώνει την παρουσία διαφορετικών πολυμερών- το εύρος θερμοκρασιών εδώ είναι τυπικό για διάφορους τύπους πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας.
Στην1η θέρμανση, ανιχνεύθηκε επιπλέον μια κορυφή στους 176°C, η οποία υποδηλώνει την παρουσία EVOH (πολυαιθυλενοβινυλική αλκοόλη). Το EVOH είναι επίσης γνωστό ως πλαστικό φραγμού και χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία συσκευασίας λόγω της καλής αδιαπερατότητάς του σε ουσίες όπως το οξυγόνο. Η θερμοκρασία τήξης του εξαρτάται από την περιεκτικότητά του σε αιθυλένιο- μια θερμοκρασία τήξης 176°C αντιστοιχεί σε περιεκτικότητα αιθυλενίου μεταξύ 35 mol-% και 38 mol-% [1]. Κατά τη 2η θέρμανση, η κορυφή στους 176°C μετατοπίζεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία (159°C). Η μετατόπιση αυτή οφείλεται πιθανώς στην τήξη μιας μικτής φάσης που σχηματίζεται μεταξύ πολυαιθυλενίου και EVOH. Η ευρεία επίδραση μεταξύ 230°C και 280°C θα διερευνηθεί λεπτομερέστερα στη συνέχεια.
Για το σκοπό αυτό, το σύνθετο φιλμ διαχωρίστηκε σε δύο στρώματα: ένα εύκαμπτο, χρωματισμένο με αλουμίνιο φιλμ και ένα δεύτερο, λεπτότερο, τυπωμένο φιλμ. Μεταξύ των δύο στρωμάτων υπήρχε ένα πρόσθετο στρώμα χαρτιού.
Οι δύο μεμβράνες εκατέρωθεν του στρώματος χαρτιού μετρήθηκαν χωριστά η μία από την άλλη. Οι καμπύλες DSC παρουσιάζονται στο σχήμα 3.
Το τυπωμένο φιλμ (μπλε καμπύλη, σχήμα 3) - εκτός από την κορυφή στους 253,9°C που φαίνεται στο σχήμα 2- παρουσιάζει τα ίδια αποτελέσματα με το σύνθετο υλικό στο σύνολό του. Αντίθετα, το φιλμ με χρώμα αλουμινίου (μαύρη καμπύλη) παράγει μόνο μία κορυφή, στους 255°C (1η θέρμανση) και 248°C (2η θέρμανση), αντίστοιχα. Αυτό το εύρος θερμοκρασιών είναι τυπικό για την τήξη του PET.
Με αυτά τα αποτελέσματα, μπορούν να εξαχθούν τα ακόλουθα συμπεράσματα σχετικά με τη σύνθεση του σύνθετου φιλμ: Το λεπτότερο, τυπωμένο φιλμ αποτελείται από διάφορους τύπους πολυαιθυλενίου καθώς και EVOH- το φιλμ με χρώμα αλουμινίου είναι PET. Η εμφάνιση του στρώματος PET από άποψη χρώματος υποδηλώνει μια επίστρωση αλουμινίου η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί, για παράδειγμα, ως ασπίδα φωτός στη συσκευασία [2]. Η κορυφή τήξης του αλουμινίου (660,4°C) βρίσκεται εκτός του εύρους θερμοκρασιών που μετρήθηκε και, ως εκ τούτου, δεν ανιχνεύθηκε.
Προσδιορισμός επικαλυπτόμενων κορυφών μέσω του προγράμματος PeakSeparation στο Proteus®
Προκειμένου να προσδιοριστούν σαφώς οι τρεις επικαλυπτόμενες κορυφές μεταξύ 108°C και 121°C που ανιχνεύθηκαν κατά τη μέτρηση του τυπωμένου φιλμ, η καμπύλη DSC από τη2η θέρμανση (μπλε διακεκομμένη γραμμή, σχήμα 3) αξιολογήθηκε με το PeakSeparation στο πρόγραμμα Proteus® λογισμικό. Το πρόγραμμα PeakSeparation επιτρέπει την παρουσίαση των πειραματικών δεδομένων με τη μορφή της προσθετικής επικάλυψης των κορυφών. Το πρόγραμμα αυτό προσφέρει διάφορους τύπους καμπυλών, όπως Pearson, Gauß, Cauchy κ.λπ. Εδώ, η εξέλιξη καμπυλών Fraser-Suzuki μαζί με ένα μείγμα της εξέλιξης καμπυλών Fraser- Suzuki- και της ασύμμετρης εξέλιξης καμπυλών Cauchy ήταν selected. Με την εφαρμογή αυτών των προφίλ στη μετρούμενη καμπύλη DSC, καθίσταται δυνατός ο μαθηματικός διαχωρισμός των επικαλυπτόμενων κορυφών.
Στο Σχήμα 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του PeakSeparation. Τέσσερις υπολογισμένες κορυφές μπορούν να συσχετιστούν με την καμπύλη DSC του πειράματος (μπλε διακεκομμένη γραμμή). Οι κορυφές στους 108°C, 118°C και 120°C είναι χαρακτηριστικές για διαφορετικούς τύπους πολυαιθυλενίου χαμηλής πυκνότητας (PE-LD, PE-LLD).
Μια πρόσθετη κορυφή στους 92°C (πορτοκαλί καμπύλη) μπορεί να αποδοθεί στην τήξη των κρυσταλλιτών small.
Ο συντελεστής συσχέτισης μεταξύ του αθροίσματος των τεσσάρων υπολογισμένων καμπυλών και της μετρούμενης καμπύλης προσδιορίζεται σε 0,999 και επιβεβαιώνει έτσι την καλή προσαρμογή των υπολογισμένων ενδοθερμικών κορυφών στα μετρούμενα δεδομένα.
Περίληψη
Οι μετρήσεις DSC αποδίδουν πολύτιμες πληροφορίες για τη σύνθεση των μεμβρανών συσκευασίας. Αυτά τα πολύπλοκα υλικά αποτελούνται από διαφορετικά στρώματα, τα οποία μπορούν μερικές φορές να προσδιοριστούν με μία μόνο μέτρηση DSC. Η συσκευασία που παρουσιάζεται στο παράδειγμά μας αποτελείται, τουλάχιστον, από PET, EVOH και διάφορους τύπους πολυαιθυλενίου διαφορετικής πυκνότητας.
Οι περιοχές τήξης των διαφόρων πολυμερών βρίσκονται συχνά κοντά μεταξύ τους. Ωστόσο, ο πλήρης διαχωρισμός των κορυφών ή/και ο ακριβής χαρακτηρισμός του υλικού μπορεί να επιτευχθεί μέσω προσεκτικής προετοιμασίας του δείγματος και της εφαρμογής της PeakSeparationλογισμικού.
Αυτό το πρόγραμμα επιτρέπει το διαχωρισμό επικαλυπτόμενων κορυφών χρησιμοποιώντας προφίλ από τους ακόλουθους τύπους κορυφών: Gaussian, Cauchy, pseudoVoigt (γραμμικός συνδυασμός Gaussian και Cauchy), Fraser-Suzuki (ασύμμετρη Gaussian), τροποποιημένη Laplace (διπλής όψης στρογγυλεμένη) και Pearson. Με αυτό, τα πειραματικά δεδομένα προσαρμόζονται ως προσθετική υπέρθεση κορυφών. Μπορεί να εφαρμοστεί σε καμπύλες που λαμβάνονται με διάφορες αναλυτικές μεθόδους, όπως η διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), η θερμοβαρυμετρία (TGA) και η διαστολομετρία (DIL), για καμπύλες FTIR-Traces και καμπύλες MS.
Μείωση τιμής για τη λειτουργία PeakSeparation
Επωφεληθείτε! Η τιμή για τη λειτουργία PeakSeparation της έκδοσης 8 και 9 του Proteus® έχει πλέον μειωθεί σημαντικά! Ζητήστε από τον περιφερειακό σας σύνδεσμο μια προσφορά!
Μείνετε συντονισμένοι! Οι εφαρμογές συσκευασίας αποτελούν περίπου το 50% της παραγωγής πλαστικών. Δεδομένου ότι τα πλαστικά έχουν φτωχή βιοδιασπασιμότητα, αλλά αποτελούν πολύτιμο πόρο ακόμη και μετά τη λήξη της ζωής τους, η εστίαση στις οδούς ανακύκλωσης είναι σήμερα πιο σημαντική από ποτέ. Την επόμενη εβδομάδα θα μιλήσουμε για τα εργαλεία NETZSCH για τον εντοπισμό και την ποσοτικοποίηση των διαφορετικών συνθέσεων πλαστικών στο ρεύμα ανακύκλωσης!
Βιβλιογραφία:
[1] Barrier Resins | Properties, Processing & Handling of EVOH, Pt. 1, Gene Medlock, February 02, 2015 http://bit.ly/17Ous83
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Verbundfolie
