Introduzione
Gli articoli sportivi e i giocattoli per bambini o animali domestici sono spesso realizzati in plastica flessibile. Alcuni esempi sono i giocattoli sensoriali da masticare, le statuette d'azione, i dispositivi di presa morbida e le palline di qualsiasi tipo. Un polimero comunemente utilizzato è il PVC (cloruro di polivinile), che può essere reso più morbido e flessibile con l'aggiunta di plastificanti. Questi composti non sono legati in modo covalente alla catena del polimero e per questo motivo possono evaporare o essere eliminati dalla saliva o dal sudore. La fuoriuscita di plastificanti come gli ftalati può essere dannosa. In alcuni casi, questo può essere riconosciuto anche da un cattivo odore.
La famiglia degli ftalati è nota per causare una serie di rischi per la salute. Agiscono come ormoni ed è stato dimostrato che possono causare danni al fegato, infertilità, diabete, cancro e altro ancora. Per questo motivo, dal 2007 l'Unione Europea ha vietato la presenza di alcuni ftalati nei prodotti a contatto con gli alimenti, nei giocattoli, negli articoli per l'infanzia e nelle forniture mediche.
Comportamento alla decomposizione e identificazione dei plastificanti
L'analisi termica può aiutare a individuare i plastificanti nei polimeri. Mediante l'analisi TGA-FT-IR, è possibile analizzare i prodotti per quanto riguarda il loro contenuto di plastificanti e identificare il tipo di plastificante utilizzato.
Nel seguente caso d'uso, lo strato superficiale di diverse palline giocattolo è stato tagliato in small pezzi e misurato con lo strumento PERSEUS® TG 209 F1 Libra® secondo le condizioni di misura riportate nella tabella 1.
La pallina n. 1 presenta diverse fasi di perdita di massa durante la PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi, vedi figura 1. Queste fasi di perdita di massa derivano dal processo di PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi. Queste fasi di perdita di massa derivano dall'evaporazione del plastificante o di altri additivi organici e dalla PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi del polimero nell'intervallo di temperatura compreso tra 200°C e 500°C. La Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione delle cariche inorganiche è stata rilevata tra 500°C e 700°C. I picchi nella curva DTG (tasso di perdita di massa) rappresentano le temperature dei tassi massimi di perdita di massa. La curva di Gram Schmidt mostra le intensità IR complessive e si comporta come un'immagine speculare della curva DTG, mostrando anche le intensità massime durante le fasi di perdita di massa. Ciò dimostra l'interazione dei composti evoluti con il fascio IR.
Tabella 1: Condizioni di misura
| Campione | Palla n. 1 | Palla n. 2 |
|---|---|---|
| Massa del campione | 9.08 mg | 10.38 mg |
| Programma di temperatura | Da RT a 850°C | |
| Velocità di riscaldamento | 10 K/min | |
| Atmosfera di gas | Azoto | |
| Portata del gas | 40 ml/min | |
I dati IR completi 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. In questo esempio, solo la prima fase di perdita di massa è stata analizzata con maggiore precisione. Per un'analisi dettagliata del plastificante contenuto, è stato estratto uno spettro FT-IR 2D e confrontato con libraries in fase gassosa per identificare i composti evoluti. Per lo spettro a 266°C è stata riscontrata un'elevata somiglianza con gli spettri libradel di-n-ottilftalato (DOP, blu) e del bis(2-etilesil)ftalato (DEHP, verde). Si può ipotizzare che sia stato rilasciato un singolo composto o una miscela di diversi ftalati. Tuttavia, questo confronto indica chiaramente che la palla n. 1 contiene ftalati nocivi. 1 contiene ftalati nocivi. Poiché la successiva fase di perdita di massa si sovrappone leggermente al rilascio degli ftalati, è stata rilevata anche una certa small quantità diCO2 mediante FT-IR a 266°C.
Una seconda sfera è stata analizzata nelle stesse condizioni di misurazione. La figura 4 mostra un confronto tra le due misurazioni TGA. Si può osservare una chiara differenza nel comportamento della PirolisiLa pirolisi è la decomposizione termica di composti organici in atmosfera inerte.pirolisi. Tuttavia, anche per la sfera n. 2, la prima fase di perdita di massa è stata rilevata nell'intervallo di temperatura tra 200°C e 280°C, anche con un picco nella curva DTG a 266°C. Solo l'FT-IR può fornire informazioni dettagliate sul plastificante contenuto.
Il confronto degli spettri FT-IR estratti per i due campioni di palline, entrambi estratti a 266°C, mostra un andamento delle 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.vibrazioni completamente diverso, vedi figura 5. Il confronto degli spettri a 266°C della sfera n. 2 (blu) con la fase gassosa library mostra una chiara concordanza con lo spettro del tributilcitrato (verde). Per la sfera n. 2, i plastificanti tossici ftalati sono stati sostituiti da esteri citrici non tossici, che agiscono anch'essi come plastificanti.
Sintesi
I processi di degassamento e Reazione di decomposizioneUna reazione di decomposizione è una reazione termicamente indotta di un composto chimico che forma prodotti solidi e/o gassosi. decomposizione dei polimeri possono essere studiati mediante analisi termica. La termogravimetria indica il rilascio di gas già al di sotto dei 300°C. Solo l'analisi dei gas evoluti, come l'FT-IR, può identificare i gas rilasciati. In questo esempio, è stato possibile identificare i diversi plastificanti utilizzati e quindi distinguere tra additivi tossici e non tossici. Il sistema PERSEUS® TG 209 F1 Libra® è perfettamente adatto a risolvere questo compito.