Introduction
Les mélanges de polymères sont la combinaison de deux ou plusieurs polymères. Ils sont combinés pour créer un nouveau matériau dont les propriétés physiques diffèrent de celles de leurs matières premières. Ils peuvent constituer des alternatives économiques aux polymères techniques coûteux. Les mélanges d'ABS et de PC sont largement utilisés comme boîtiers pour les appareils électriques et électroménagers, ainsi que dans l'industrie automobile pour les panneaux intérieurs. Ces mélanges combinent d'excellentes propriétés de traitement avec une résistance à la chaleur et aux chocs supérieure à celle des composants individuels. Pour une résistance encore plus élevée, des mélanges de PA6 et d'ABS peuvent être utilisés. Un autre exemple intéressant est la combinaison de POM et de PTFE. Le mélange combine les propriétés des matériaux autolubrifiants, un faible coefficient de frottement et des propriétés de résistance à l'usure améliorées en ajoutant des quantités de PTFE au POM ( small ).
Ces mélanges sont donc utilisés dans des applications tribologiques telles que les systèmes d'engrenage. Si les mélanges offrent des avantages significatifs pendant leur durée de vie, ils rendent difficile leur recyclage en fin de vie. L'un des problèmes les plus fondamentaux est l'identification du matériau en tant que mélange, ainsi que sa composition, afin de s'assurer qu'il est correctement trié et qu'il peut être réutilisé si possible.
Mesure et interprétation de la TGA-FT-IR
L'identification des composants d'un mélange se fait souvent par analyse spectroscopique ou chromatographique. La combinaison de l'ATG et de la FT-IR peut également être un outil utile pour l'identification des mélanges. D'une part, les étapes de perte de masse donnent des informations sur la quantité de polymère et, d'autre part, les gaz de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse, détectés par FT-IR, agissent comme l'empreinte digitale du polymère et aident à l'identification.
Différents mélanges ont été étudiés avec le TG 209 PERSEUS® F1 Libra® dans les conditions de mesure indiquées dans le tableau 1.
Tableau 1 : Conditions de mesure
| Échantillon | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Masse de l'échantillon | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Programme de température | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| Vitesse de chauffage | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Atmosphère de gaz | Azote | Azote | Azote |
| Débit de gaz | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Creuset | Al2O3 (85 μl), ouvert | Al2O3 (85 μl), ouvert | Al2O3 (85 μl), ouvert |
La figure 1 illustre les données TGA-FT-IR obtenues pour le mélange POM/PTFE. Deux étapes de perte de masse de 92,6 % et 1,3 % ont été détectées avec des pics dans la courbe DTG à 366 °C et 582 °C. Le signal de Gram Schmidt, affichant les changements IR globaux, se comporte comme une image miroir de la courbe DTG. Le signal de Gram Schmidt, qui affiche les changements IR globaux, se comporte comme l'image miroir de la courbe DTG. Des maxima ont été observés dans la même région de température.
Les données IR complètes du mélange POM/PFTE sont présentées à la figure 2 dans un graphique 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. Pour identifier les gaz dégagés, les spectres individuels sont extraits et comparés à la base de données FT-IR des polymères ( NETZSCH ), qui comprend les spectres de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse de polymères courants. Le spectre 2D pendant la première étape de perte de masse correspondait bien aux gaz de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse du POM (vert).
Des produits de Réaction de décompositionUne réaction de décomposition est une réaction thermiquement induite d'un composé chimique formant des produits solides et/ou gazeux. décomposition du PTFE (orange) ont été trouvés au cours de la deuxième étape de perte de masse, voir la figure 3. Cette analyse permet de conclure que le mélange étudié était principalement composé de POM et d'une petite quantité de PTFE.
Le second mélange étudié était un mélange de PA6 et d'ABS. La figure 4 montre la courbe TGA avec une perte de masse de 98% et la courbe de Gram Schmidt avec un pic à 462°C. Ces courbes ne permettent pas de déterminer si l'échantillon étudié est constitué de plus d'un matériau. Seule l'analyse des gaz évolués peut donner plus d'informations.
Le spectre 2D a été extrait à 456°C (rouge) et comparé à la base de données FT-IR des polymères ( NETZSCH ), voir figure 6. Cette comparaison révèle clairement que le spectre mesuré est un mélange de plusieurs polymères. C'est le PA6 qui présente la plus grande similitude. Après soustraction du spectre, l'ABS s'est avéré être le deuxième composé de ce mélange. Les cercles rouges indiquent des bandes 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 uniques pour le PA6 dans le spectre mesuré, tandis que les cercles bleus marquent des bandes caractéristiques pour l'ABS.
Le troisième mélange d'ABS et de PC a également pu être facilement identifié par couplage TGA-FTIR. Les figures 7 et 8 montrent les données de mesure obtenues. Deux étapes de perte de masse se chevauchant de 30,0 % et 45,7 % ont été détectées avec des pics dans la courbe DTG à 438 °C et 520 °C. La courbe Gram Schmidt présente des pics aux mêmes températures. La courbe de Gram Schmidt présente des pics aux mêmes températures. La comparaison des spectres mesurés à ces températures avec la base de données FT-IR des polymères ( NETZSCH ) a révélé une bonne concordance avec l'ABS pour la première étape de perte de masse et avec le PC pour la deuxième étape de perte de masse.
Conclusion
Ces exemples montrent que la combinaison de la TGA et de la FT-IR est un outil très approprié pour identifier les mélanges de polymères. Les courbes TGA permettent de quantifier la teneur en polymère, tandis que l'identification des polymères se fait au moyen des gaz de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse comparés à la bibliothèque de phase gazeuse NETZSCH FT-IR Database for Polymers (Base de données FT-IR pour les polymères). C'est une bonne solution lorsque des résultats quantifiables sont nécessaires. En particulier lorsque le polymère est noir, ce qui peut rendre l'analyse FT-IR par ATR difficile. Des limitations peuvent survenir lorsque les gaz de PyrolyseLa pyrolyse est la décomposition thermique de composés organiques dans une atmosphère inerte.pyrolyse interagissent et forment de nouvelles molécules, qui diffèrent des composés libérés par les polymères purs.