Introduction
Les articles de sport et les jouets pour enfants ou animaux de compagnie sont souvent fabriqués en plastique souple. Les jouets sensoriels à mâcher, les figurines d'action, les dispositifs de préhension souples et les balles de toutes sortes en sont des exemples. Un polymère couramment utilisé est le PVC (polychlorure de vinyle), qui peut être rendu plus souple et plus flexible par l'ajout de plastifiants. Ces composés ne sont pas liés de manière covalente à la chaîne du polymère, et c'est pourquoi ils peuvent s'évaporer ou être rincés par la salive ou la sueur. Le dégagement de plastifiants tels que les phtalates peut être nocif. Dans certains cas, il peut même être reconnu par une mauvaise odeur.
La famille des phtalates est connue pour présenter un certain nombre de risques pour la santé. Ils agissent comme des hormones et il a été démontré qu'ils provoquent des lésions hépatiques, la stérilité, le diabète, le cancer et bien d'autres choses encore. C'est pourquoi l'Union européenne a interdit, depuis 2007, un certain nombre de phtalates dans les produits en contact avec les aliments, les jouets, les articles pour bébés et les fournitures médicales.
Comportement de décomposition et identification des plastifiants
L'analyse thermique peut aider à détecter les plastifiants dans les polymères. Grâce à l'analyse TGA-FT-IR, il est possible d'analyser les produits en fonction de leur teneur en plastifiants et d'identifier le type de plastifiant utilisé.
Dans le cas d'utilisation suivant, la couche superficielle de différentes balles de jouets a été coupée en morceaux small et mesurée avec l'appareil PERSEUS® TG 209 F1 Libra® selon les conditions de mesure du tableau 1.
La boule no. 1 présente plusieurs étapes de perte de masse pendant la PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse, voir figure 1. Ces étapes de perte de masse résultent de l'évaporation du plastifiant ou d'autres additifs organiques et de la PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse du polymère dans la plage de température comprise entre 200°C et 500°C. La Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition des charges inorganiques a été détectée entre 500°C et 700°C. Les pics de la courbe DTG (taux de perte de masse) représentent les températures des taux de perte de masse maximaux. La courbe de Gram Schmidt affiche les intensités IR globales et se comporte comme une image miroir de la courbe DTG et montre également des intensités maximales pendant les étapes de perte de masse. Cela prouve l'interaction des composés évolués avec le faisceau IR.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Échantillon | Boule no. 1 | Boule n° 2 |
|---|---|---|
| Masse de l'échantillon | 9.08 mg | 10.38 mg |
| Programme de température | RT à 850°C | |
| Vitesse de chauffe | 10 K/min | |
| Atmosphère de gaz | Azote | |
| Débit de gaz | 40 ml/min | |
Les données IR complètes sont présentées à la figure 2 dans un tracé 3D dépendant de la température et du nombre d'ondes. La courbe TGA est tracée en rouge à l'arrière et montre la corrélation entre la perte de masse et l'augmentation de l'intensité IR. Dans cet exemple, seule la première étape de perte de masse est étudiée plus précisément. Pour une analyse détaillée du plastifiant contenu, un spectre FT-IR 2D a été extrait et comparé aux bibliothèques en phase gazeuse afin d'identifier les composés évolués. Une grande similarité a été trouvée pour le spectre à 266°C avec les spectres de la bibliothèque du di-n-octylphtalate (DOP, bleu) et du phtalate de bis(2-éthylhexyle) (DEHP, vert). On peut supposer qu'un seul composé ou un mélange de différents phtalates a été libéré. Cependant, cette comparaison indique clairement que la balle n° 1 contient des phtalates nocifs. 1 contient des phtalates nocifs. Étant donné que l'étape suivante de perte de masse se chevauche légèrement avec la libération de phtalates, une certaine quantité deCO2 ( small ) a également été trouvée au moyen du FT-IR à 266°C.
Une deuxième boule a été étudiée dans les mêmes conditions de mesure. Une comparaison des deux mesures TGA est présentée dans la figure 4. Une différence claire peut être observée dans le comportement de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse. Cependant, pour la bille n° 2 également, la première étape de perte de masse a été détectée dans la plage de température comprise entre 200°C et 280°C, avec également un pic dans la courbe DTG à 266°C. Seule la FT-IR peut fournir des informations détaillées sur le plastifiant contenu.
La comparaison des spectres FT-IR extraits pour les deux échantillons de billes, tous deux extraits à 266°C, montre un schéma de VibrationsUn processus mécanique d'oscillation est appelé vibration. La vibration est un phénomène mécanique par lequel des oscillations se produisent autour d'un point d'équilibre. Dans de nombreux cas, la vibration est indésirable, car elle gaspille de l'énergie et crée des sons indésirables. Par exemple, les mouvements vibratoires des moteurs, des moteurs électriques ou de tout autre dispositif mécanique en fonctionnement sont généralement indésirables. Ces vibrations peuvent être causées par des déséquilibres dans les pièces rotatives, des frottements inégaux ou l'engrènement des dents d'un engrenage. Une conception soignée permet généralement de minimiser les vibrations indésirables.vibration complètement différent, voir figure 5. La comparaison des spectres à 266°C de la bille n°2 (bleu) avec la bibliothèque en phase gazeuse montre une nette concordance avec le spectre du citrate de tributyle (vert). Pour la balle n° 2, les plastifiants phtalates toxiques ont été remplacés par de l'ester citrique non toxique, qui agit également comme plastifiant.
Résumé
Les processus de dégazage et de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition des polymères peuvent être étudiés par analyse thermique. La thermogravimétrie indique le dégagement de gaz dès une température inférieure à 300°C. Seule l'analyse des gaz évolués, comme le FT-IR, permet d'identifier les gaz libérés. Dans cet exemple, il a été possible d'identifier les différents plastifiants utilisés et donc de faire la distinction entre les additifs toxiques et non toxiques. Le TG 209 PERSEUS® F1 Libra® est parfaitement adapté à cette tâche.