Introduzione
Le miscele di polimeri sono la combinazione di due o più polimeri. Vengono combinate per creare un nuovo materiale con proprietà fisiche diverse rispetto alle materie prime. Possono essere un'alternativa economica ai costosi polimeri tecnici. Le miscele di ABS e PC sono ampiamente utilizzate come involucri per dispositivi elettrici ed elettrodomestici e nell'industria automobilistica per i pannelli interni. Queste miscele combinano eccellenti proprietà di lavorazione con un'elevata resistenza al calore e agli urti, superiore a quella dei singoli componenti. Per ottenere una tenacità ancora maggiore, si possono utilizzare miscele di PA6 e ABS. Un altro esempio interessante è la combinazione di POM e PTFE. La miscela combina le proprietà dei materiali autolubrificanti, un basso coefficiente di attrito e migliori proprietà di resistenza all'usura aggiungendo small quantità di PTFE al POM.
Pertanto, queste miscele sono utilizzate in applicazioni tribologiche come i sistemi di ingranaggi. Se da un lato le miscele offrono vantaggi significativi durante la loro vita utile, dall'altro rendono difficile il riciclaggio a fine vita. Uno dei problemi fondamentali è l'identificazione del materiale come miscela e della sua composizione, per garantire che venga smistato correttamente e che possa essere riutilizzato, se possibile.
Misurazione e interpretazione di TGA-FT-IR
L'identificazione dei componenti di una miscela viene spesso effettuata mediante analisi spettroscopiche o cromatografiche. Anche la combinazione di TGA e FT-IR può essere uno strumento utile per l'identificazione delle miscele. Da un lato, le fasi di perdita di massa forniscono informazioni sulla quantità di polimero e i gas di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi, rilevati dalla FT-IR, fungono da impronta digitale del polimero e aiutano l'identificazione.
Diverse miscele sono state analizzate con il sistema PERSEUS® TG 209 F1 Libra® nelle condizioni di misura elencate nella tabella 1.
Tabella 1: Condizioni di misura
| Campione | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Massa del campione | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Programma di temperatura | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| Velocità di riscaldamento | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Atmosfera di gas | Azoto | Azoto | Azoto |
| Portata del gas | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Crogiolo | Al2O3 (85 μl), aperto | Al2O3 (85 μl), aperto | Al2O3 (85 μl), aperto |
La Figura 1 illustra i dati TGA-FT-IR ottenuti dalla miscela POM/PTFE. Sono state rilevate due fasi di perdita di massa del 92,6% e dell'1,3%, con picchi nella curva DTG a 366°C e 582°C. Il segnale di Gram Schmidt, che mostra i cambiamenti IR complessivi, si comporta come l'immagine speculare del DTG. I massimi sono stati osservati nella stessa regione di temperatura.
I dati IR completi della miscela POM/PFTE sono mostrati nella figura 2 in un grafico 3D dipendente dalla temperatura e dal numero d'onda. La curva TGA è tracciata in rosso sul retro e mostra la correlazione della perdita di massa con l'aumento dell'intensità IR. Per l'identificazione dei gas evoluti, i singoli spettri sono stati estratti e confrontati con il database FT-IR dei polimeri di NETZSCH, che consiste in spettri di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi di polimeri comuni. Lo spettro 2D durante la prima fase di perdita di massa corrisponde ai gas di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi del POM (verde).
I prodotti di Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione del PTFE (arancioni) sono stati rilevati durante la seconda fase di perdita di massa, si confronti la figura 3. Da questa analisi, si può concludere che la miscela analizzata era composta principalmente da POM con una piccola quantità di PTFE.
La seconda miscela esemplare analizzata era una miscela di PA6 e ABS. La Figura 4 mostra la curva TGA con una perdita di massa del 98% e la curva Gram Schmidt con un picco a 462°C. Da queste curve, non è stato possibile capire che il campione analizzato è composto da più di un materiale. Solo l'analisi dei gas evoluti può fornire maggiori informazioni.
Lo spettro 2D è stato estratto a 456°C (rosso) e confrontato con il database FT-IR dei polimeri di NETZSCH, vedi figura 6. Lo spettro misurato è una miscela di più polimeri. Questo confronto rivela chiaramente che lo spettro misurato è una miscela di più polimeri. Il PA6 è stato trovato con la massima somiglianza. Dopo la sottrazione dello spettro, l'ABS è stato trovato come secondo composto di questa miscela. I cerchi rossi mostrano le bande di VibrazioniUn processo meccanico di oscillazione è chiamato vibrazione. La vibrazione è un fenomeno meccanico in cui si verificano oscillazioni intorno a un punto di equilibrio. In molti casi, le vibrazioni sono indesiderate, perché sprecano energia e creano suoni indesiderati. Ad esempio, i movimenti vibratori dei motori, dei motori elettrici o di qualsiasi dispositivo meccanico in funzione sono tipicamente indesiderati. Tali vibrazioni possono essere causate da squilibri nelle parti rotanti, da attriti non uniformi o dall'ingranamento dei denti degli ingranaggi. In genere, una progettazione accurata riduce al minimo le vibrazioni indesiderate.vibrazione uniche del PA6 nello spettro misurato, mentre i cerchi blu indicano le bande caratteristiche dell'ABS.
Anche la terza miscela di ABS e PC è stata facilmente identificata dall'accoppiamento TGA-FTIR. Le figure 7 e 8 mostrano i dati di misura ottenuti. Sono state rilevate due fasi di perdita di massa sovrapposte del 30,0% e del 45,7% con picchi nella curva DTG a 438°C e 520°C. La curva di Gram Schmidt mostra picchi alle stesse temperature. Il confronto degli spettri misurati a queste temperature con il database FT-IR dei polimeri di NETZSCH ha dato una buona concordanza con l'ABS per la prima fase di perdita di massa e il PC per la seconda fase di perdita di massa.
Conclusione
Questi esempi dimostrano che la sillabazione di TGA e FT-IR è uno strumento molto adatto per identificare le miscele di polimeri. Le curve TGA consentono di quantificare il contenuto di polimero, mentre l'identificazione dei polimeri avviene attraverso i gas di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi confrontati con la fase gassosa library NETZSCH FT-IR Database for Polymers. È una buona soluzione quando sono necessari risultati quantificabili. Soprattutto quando il polimero è nero, il che può rendere difficile l'analisi FT-IR tramite ATR. Le limitazioni possono verificarsi quando i gas di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi interagiscono e formano nuove molecole, che differiscono dai composti rilasciati dai polimeri puri.