はじめに
ポリマーブレンドとは、2種類以上のポリマーを組み合わせたものである。これらを組み合わせることで、原料とは異なる物性を持つ新素材を作ることができる。高価なテクニカルポリマーに代わるコスト効率の良い代替材料となる。ABSとPCのブレンドは、電気機器や家電製品のハウジングとして、また自動車産業では内装パネルとして広く使用されている。これらのブレンドは、優れた加工特性と、個々の成分よりも優れた高い耐熱性と耐衝撃性を兼ね備えています。さらに高い靭性を求める場合は、PA6とABSのブレンドを使用することができる。もう一つの興味深い例は、POMとPTFEの組み合わせである。このブレンドは、POMにsmall の量のPTFEを加えることで、自己潤滑性材料の特性、低摩擦係数、耐摩耗性の向上を兼ね備えている。
そのため、これらのブレンドはギアシステムなどのトライボロジー用途に使用されている。ブレンドは耐用年数中に大きな利点をもたらす一方で、耐用年数終了後のリサイクルを困難にする。最も基本的な問題のひとつは、材料を適切に分別し、可能であれば再利用できるようにするために、その組成だけでなくブレンドであることを識別することである。
TGA-FT-IR測定と解釈
ブレンド成分の同定は、多くの場合、分光分析やクロマトグラフィー分析によって行われる。また、TGAとFT-IRの組み合わせは、ブレンドの同定に有用なツールとなります。一方では、質量損失ステップからポリマー量に関する情報が得られ、他方では、FT-IRで検出される熱分解ガスがポリマーの指紋として機能し、同定に役立つ。
PERSEUS® TG 209F1 Libra® を用いて、表1に示す測定条件でさまざまなブレンドを調査した。
表1：測定条件
| 試料 | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| 試料質量 | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| 温度プログラム | 室温 - 850°C | 室温 - 850°C | 室温 - 850°C |
| 加熱速度 | 10K/分 | 10K/分 | 10K/分 |
| ガス雰囲気 | 窒素 | 窒素 | 窒素 |
| ガス流量 | 40 ml/分 | 40 ml/min | 40 ml/分 |
| 容器 | Al2O3(85 μl)、オープン | Al2O3(85 μl)、オープン | Al2O3(85 μl)、オープン |
図1は、得られたPOM/PTFEブレンドのTGA-FT-IRデータである。92.6%と1.3%の2段階の質量損失が、366℃と582℃のDTG曲線にピークを伴って検出された。全体的なIR変化を示すグラム・シュミット信号は、DTGの鏡像のような挙動を示した。最大値は同じ温度領域で観測された。
POM/PFTEブレンドの完全なIRデータを、温度と波数に依存した3Dプロットで図2に示す。TGA曲線は後方に赤色でプロットされ、質量損失とIR強度の増加との相関を示している。発生ガスの同定のために、単一スペクトルを抽出し、一般的なポリマーの熱分解スペクトルからなるNETZSCH FT-IR database of polymersと比較した。最初の質量減少ステップの2次元スペクトルは、POM（緑）の熱分解ガスとよく一致した。
PTFEの分解生成物（オレンジ色）は、2回目の質量減少ステップで見つかった（図3を参照）。この分析から、調査したブレンドはPOMを主成分とし、わずかにPTFEが含まれていると結論づけることができる。
調査した2番目の例示的ブレンドは、PA6とABSの混合物である。図4は、質量減少率98％のTGA曲線と、462℃にピークを持つグラム・シュミット曲線を示している。これらの曲線から、調査した試料が複数の材料から構成されていることは確認できなかった。発生ガス分析のみが、より詳細な知見を与えることができる。
2次元スペクトルは456℃（赤）で抽出され、ポリマーのNETZSCH FT-IRデータベースと比較された。図6を参照。この比較により、測定されたスペクトルが複数のポリマーの混合物であることが明らかになった。PA6が最も高い類似性を示した。スペクトルを差し引いた結果、ABSがこの混合物の2番目の化合物であることがわかりました。赤丸は測定されたスペクトルにおけるPA6特有の振動バンドを示し、青丸はABSの特徴的なバンドを示す。
ABSとPCの第3の混合物も、TGA-FTIRカップリングによって容易に同定することができた。図7と図8に、得られた測定データを示す。30.0%と45.7%の2つの質量損失ステップが重なり、438℃と520℃のDTG曲線にピークが検出された。グラム・シュミット曲線は、同じ温度でピークを示している。これらの温度で測定されたスペクトルをポリマーのFT-IRデータベース（NETZSCH ）と比較すると、最初の質量-損失ステップではABS、2番目の質量-損失ステップではPCとよく一致した。
結論
これらの例は、TGAとFT-IRのハイフネーションが、Identify ポリマーブレンドに非常に適したツールであることを示しています。TGA曲線はポリマー含有量の定量を可能にし、一方、ポリマーの同定は気相ライブラリNETZSCH FT-IR Database for Polymers と比較した熱分解ガスによって行われます。定量可能な結果が必要な場合には良い解決策です。特にポリマーが黒色の場合、ATRによるFT-IR分析が困難になることがあります。熱分解ガスが相互作用して新しい分子を形成し、純粋なポリマーから放出される化合物とは異なる場合、限界が生じることがあります。