Johdanto
Polymeeriseokset ovat kahden tai useamman polymeerin yhdistelmiä. Niitä yhdistämällä saadaan aikaan uusi materiaali, jolla on erilaiset fysikaaliset ominaisuudet kuin niiden raaka-aineilla. Ne voivat olla kustannustehokkaita vaihtoehtoja kalliille teknisille polymeereille. ABS:n ja PC:n sekoituksia käytetään laajalti sähkölaitteiden ja -laitteiden koteloissa sekä autoteollisuudessa sisäpaneeleissa. Näissä sekoituksissa yhdistyvät erinomaiset käsittelyominaisuudet sekä korkea lämmönkestävyys ja iskunkestävyys, jotka ovat yksittäisiä komponentteja paremmat. Vielä suurempaa sitkeyttä saadaan käyttämällä PA6:n ja ABS:n sekoituksia. Toinen mielenkiintoinen esimerkki on POM:n ja PTFE:n yhdistelmä. Seoksessa yhdistyvät itsevoitelevien materiaalien ominaisuudet, alhainen kitkakerroin ja paremmat kulutuskestävyysominaisuudet lisäämällä small PTFE:tä POM:iin.
Siksi näitä seoksia käytetään tribologisissa sovelluksissa, kuten hammaspyöräjärjestelmissä. Vaikka seokset tarjoavat merkittäviä etuja käyttöiän aikana, ne vaikeuttavat kierrätystä käyttöiän lopussa. Yksi perustavanlaatuisimmista ongelmista on materiaalin tunnistaminen seokseksi sekä sen koostumus, jotta varmistetaan, että materiaali lajitellaan asianmukaisesti ja että se voidaan mahdollisuuksien mukaan käyttää uudelleen.
TGA-FT-IR-mittaus ja tulkinta
Seoksen komponentit tunnistetaan usein spektroskopian tai kromatografian avulla. Myös TGA:n ja FT-IR:n yhdistelmä voi olla hyödyllinen väline seosten tunnistamisessa. Toisaalta massahäviöaskeleet antavat tietoa polymeerin määrästä, ja FT-IR:llä havaitut pyrolyysikaasut toimivat polymeerin sormenjälkenä ja auttavat tunnistamisessa.
Eri seoksia tutkittiin PERSEUS® TG 209 F1 Libra® -laitteella taulukossa 1 luetelluissa mittausolosuhteissa.
Taulukko 1: Mittausolosuhteet
| Näyte | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Näytteen massa | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Lämpötilaohjelma | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850 °C |
| Lämmitysnopeus | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Kaasuilmakehä | Typpi | Typpi | Typpi |
| Kaasun virtausnopeus | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Upokas | Al2O3 (85 μl), avoin | Al2O3 (85 μl), avattu | Al2O3 (85 μl), avattu |
Kuvassa 1 esitetään POM/PTFE-sekoitteesta saadut TGA-FT-IR-tiedot. DTG-käyrässä havaittiin kaksi 92,6 ja 1,3 prosentin massahäviötä, joiden piikit olivat 366 ja 582 °C:ssa. Gram-Schmidt-signaali, joka osoittaa IR-muutosten kokonaismäärän, käyttäytyy kuin DTG:n peilikuvana. Maksimit havaittiin samalla lämpötila-alueella.
POM/PFTE-sekoituksen täydelliset IR-tiedot esitetään kuvassa 2 lämpötilasta ja aaltoluvusta riippuvana 3D-kuvaajana. TGA-käyrä on piirretty punaisella takana ja osoittaa massahäviön korrelaation IR-intensiteetin kasvun kanssa. Kehittyneiden kaasujen tunnistamiseksi yksittäiset spektrit erotetaan ja niitä verrataan polymeerien NETZSCH FT-IR-tietokantaan, joka koostuu tavallisten polymeerien pyrolyysispektreistä. Ensimmäisen massanmenetysvaiheen 2D-spektri vastasi hyvin POM:n pyrolyysikaasuja (vihreä).
PTFE:n hajoamistuotteita (oranssi) havaittiin toisen massahäviövaiheen aikana, vertaa kuva 3. Tämän analyysin perusteella voidaan päätellä, että tutkittu seos koostui pääasiassa POM:stä ja pienestä määrästä PTFE:tä.
Toinen tutkittu esimerkkiseos oli PA6:n ja ABS:n seos. Kuvassa 4 esitetään TGA-käyrä, jossa massahäviö on 98 %, ja Gram Schmidt -käyrä, jossa huippu on 462 °C:ssa. Näistä käyristä ei voitu nähdä, että tutkittu näyte koostuisi useammasta kuin yhdestä materiaalista. Vain kehittyneen kaasun analyysi voi antaa enemmän tietoa.
2D-spektri uutettiin 456 °C:n lämpötilassa (punainen) ja sitä verrattiin polymeerien NETZSCH FT-IR-tietokantaan, ks. kuva 6. Vertailu osoittaa selvästi, että mitattu spektri on useamman kuin yhden polymeerin seos. PA6:lla havaittiin suurin samankaltaisuus. Spektrin vähentämisen jälkeen ABS löytyi tämän seoksen toiseksi yhdisteeksi. Punaiset ympyrät osoittavat mitatussa spektrissä PA6:lle ominaisia värähtelykaistoja, kun taas siniset ympyrät merkitsevät ABS:lle ominaisia kaistoja.
Kolmas ABS:n ja PC:n seos voitiin myös helposti tunnistaa TGA-FTIR-kytkennällä. Kuvissa 7 ja 8 esitetään saadut mittaustulokset. Kaksi päällekkäistä massahäviöaskelta 30,0 % ja 45,7 % havaittiin, ja DTG-käyrän piikit olivat 438 °C:ssa ja 520 °C:ssa. Gram Schmidt -käyrässä on piikkejä samoissa lämpötiloissa. Mitattujen spektrien vertailu näissä lämpötiloissa polymeerien NETZSCH FT-IR-tietokantaan osoitti, että ensimmäinen massahäviöaskel oli ABS:n ja toinen PC:n osalta hyvä.
Päätelmä
Nämä esimerkit osoittavat, että TGA:n ja FT-IR:n yhdistäminen on erittäin sopiva väline Identify polymeeriseosten tutkimiseen. TGA-käyrät mahdollistavat polymeeripitoisuuden kvantifioinnin, kun taas polymeerien tunnistaminen tapahtuu kaasufaasikirjastoon verrattavien pyrolyysikaasujen avulla NETZSCH FT-IR Database for Polymers. Se on hyvä ratkaisu, kun tarvitaan määrällisesti mitattavissa olevia tuloksia. Erityisesti silloin, kun polymeeri on mustaa, mikä voi vaikeuttaa FT-IR-analyysiä ATR:n avulla. Rajoituksia voi esiintyä, kun pyrolyysikaasut ovat vuorovaikutuksessa ja muodostavat uusia molekyylejä, jotka eroavat puhtaista polymeereistä vapautuvista yhdisteistä.