Bevezetés
A sporteszközök és a gyermek- vagy háziállatjátékok gyakran rugalmas műanyagból készülnek. Néhány példa erre az érzékszervi rágójátékok, az akciófigurák, a puha fogású funkciók, valamint a bármilyen típusú labdák. Gyakran használt polimer a PVC (polivinil-klorid), amely lágyítószerek hozzáadásával lágyabbá és rugalmasabbá tehető. Ezek a vegyületek nem kötődnek kovalens módon a polimerlánchoz, ezért elpárologhatnak, illetve kiöblíthetők a nyállal vagy az izzadsággal. A lágyítószerek, például a ftalátok kiáramlása káros lehet. Egyes esetekben ez akár rossz szagról is felismerhető.
A ftalátok családja köztudottan számos egészségügyi kockázatot okoz. Úgy viselkednek, mint a hormonok, és bizonyítottan májkárosodást, meddőséget, cukorbetegséget, rákot és még sok mást is okoznak. Ezért az Európai Unió 2007 óta számos ftalátot betiltott az élelmiszerekkel érintkező termékekben, játékokban, babaárukban és gyógyászati segédeszközökben.
A lágyítószerek bomlási viselkedése és azonosítása
A hőelemzés segíthet a polimerekben lévő lágyítók kimutatásában. A TGA-FT-IR analízis segítségével lehetőség van a termékek lágyítószer-tartalmának elemzésére és a felhasznált lágyítószer fajtájának azonosítására.
A következő felhasználási esetben különböző játékgolyók felületi rétegét vágtuk fel small darabokra, és a PERSEUS® TG 209 F1 Libra® készülékkel mértük az 1. táblázatban megadott mérési feltételek szerint.
Labda sz. 1. számú golyó a PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis során több tömegvesztési lépést mutat, lásd az 1. ábrát. Ezek a tömegvesztési lépések a lágyítószer vagy más szerves adalékanyagok PárologtatásEgy elem vagy vegyület elpárolgása fázisátalakulás a folyékony fázisból gőzzé. A párolgásnak két típusa létezik: a párolgás és a forrás.elpárolgásából és a polimer PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolíziséből származnak a 200°C és 500°C közötti hőmérséklet-tartományban. A szervetlen töltőanyagok Bomlási reakcióA bomlási reakció egy kémiai vegyület szilárd és/vagy gáznemű termékeket képező, hő hatására lejátszódó reakciója. bomlását 500°C és 700°C között észlelték. A DTG-görbén a csúcsok (tömegveszteség sebessége) a maximális tömegveszteségek hőmérsékletét jelzik. A Gram Schmidt-görbe a teljes IR-intenzitásokat mutatja, és a DTG-görbe tükörképeként viselkedik, és a tömegvesztési lépések során a maximális intenzitásokat is mutatja. Ez bizonyítja a keletkezett vegyületek kölcsönhatását az IR-sugárral.
Táblázat: Mérési feltételek
| Minta | Golyószám 1 | 2. számú golyó |
|---|---|---|
| A minta tömege | 9.08 mg | 10.38 mg |
| Hőmérsékleti program | RT-től 850°C-ig | |
| Fűtési sebesség | 10 K/perc | |
| Gáz atmoszféra | Nitrogén | |
| Gázáramlás | 40 ml/perc | |
A teljes IR-adatokat a 2. ábra mutatja be hőmérséklet- és hullámszámfüggő 3D-s ábrán. A TGA-görbe hátul piros színnel van ábrázolva, és a tömegveszteségnek az IR-intenzitás növekedésével való korrelációját mutatja. Ebben a példában csak az első tömegvesztési lépést vizsgáljuk pontosabban. A benne lévő lágyító részletes elemzéséhez 2D FT-IR spektrumot vontunk ki, és összehasonlítottuk a gázfázisú könyvtárakkal a keletkezett vegyületek azonosítása érdekében. A 266°C-on mért spektrum nagyfokú hasonlóságot mutatott a di-n-oktil-ftalát (DOP, kék) és a bisz(2-etilhexil)ftalát (DEHP, zöld) könyvtári spektrumával. Feltételezhető, hogy egyetlen vegyület vagy különböző ftalátok keveréke szabadult fel. Ez az összehasonlítás azonban egyértelműen azt mutatja, hogy a golyó sz. 1. számú labda káros ftalátokat tartalmaz. Mivel a következő tömegvesztési lépés kissé átfedésben van a ftalátok felszabadulásával, az FT-IR segítségével 266°C-on némi small mennyiségűCO2-t is találtunk.
Egy második golyót is vizsgáltak ugyanolyan mérési körülmények között. A két TGA-mérés összehasonlítása a 4. ábrán látható. A PirolízisA pirolízis szerves vegyületek termikus bomlása inert atmoszférában.pirolízis viselkedésében egyértelmű különbség figyelhető meg. Azonban a 2. számú golyó esetében is a 200°C és 280°C közötti hőmérséklet-tartományban észleltük az első tömegvesztési lépést, szintén a 266°C-os DTG-görbén megjelenő csúccsal. Csak az FT-IR adhat részletes információt a tartalmazott lágyítószerről.
A két golyóminta extrahált FT-IR spektrumának összehasonlítása, mindkettő 266°C-on extrahált, teljesen eltérő rezgésmintázatot mutat, lásd az 5. ábrát. A 2. számú golyó (kék) 266°C-os spektrumának összehasonlítása a gázfázisú könyvtárral egyértelmű egyezést mutat a tributil-citrát spektrumával (zöld). A 2. számú golyó esetében a mérgező ftalát lágyítószereket nem mérgező citromsavészterrel helyettesítették, amely szintén lágyítószerként működik.
Összefoglaló
A polimerek kiáramlási és bomlási folyamatait hőelemzéssel lehet vizsgálni. A termogravimetria már 300 °C alatt jelzi a gázok felszabadulását. Csak az olyan fejlett gázelemzés, mint az FT-IR, képes azonosítani a felszabaduló gázokat. Ebben a példában sikerült azonosítani a különböző felhasznált lágyítószereket, és így megkülönböztetni a mérgező és nem mérgező adalékanyagokat. A PERSEUS® TG 209 F1 Libra® tökéletesen alkalmas ennek a feladatnak a megoldására.