소개
어린이 또는 반려동물을 위한 스포츠 용품과 장난감은 유연한 플라스틱으로 만들어지는 경우가 많습니다. 감각적인 씹는 장난감, 액션 피규어, 부드러운 그립감의 장난감, 모든 종류의 공 등이 그 예입니다. 일반적으로 사용되는 폴리머는 PVC(폴리염화비닐)로 가소제를 첨가하여 더 부드럽고 유연하게 만들 수 있습니다. 이러한 화합물은 폴리머 사슬에 공유 결합되어 있지 않기 때문에 침이나 땀에 의해 증발하거나 씻어낼 수 있습니다. 프탈레이트와 같은 가소제의 가스 방출은 유해할 수 있습니다. 어떤 경우에는 악취로 알아차릴 수도 있습니다.
프탈레이트 계열은 여러 가지 건강 위험을 유발하는 것으로 알려져 있습니다. 프탈레이트는 호르몬처럼 작용하여 간 손상, 불임, 당뇨병, 암 등을 유발하는 것으로 밝혀졌습니다. 따라서 유럽연합은 2007년부터 식품과 접촉하는 제품, 장난감, 유아용품 및 의료용품에 프탈레이트 사용을 금지하고 있습니다.
가소제의 분해 거동 및 식별
열 분석은 폴리머의 가소제를 검출하는 데 도움이 될 수 있습니다. TGA-FT-IR 분석을 통해 가소제 함량과 관련하여 제품을 분석하고 사용된 가소제의 종류를 식별할 수 있습니다.
다음 사용 사례에서는 표 1의 측정 조건에 따라 다양한 장난감 공의 표면층을 small 조각으로 잘라 PERSEUS® TG 209 F1 Libra® 으로 측정했습니다.
공 번호. 1은 열분해 과정에서 몇 가지 질량 손실 단계를 나타냅니다(그림 1 참조). 이러한 질량 손실 단계는 가소제 또는 기타 유기 첨가제의 증발과 200°C에서 500°C 사이의 온도 범위에서 폴리머의 열분해로 인해 발생합니다. 무기 필러의 분해는 500°C에서 700°C 사이에서 감지되었습니다. DTG 곡선(질량 손실률)의 피크는 최대 질량 손실률의 온도를 나타냅니다. 그램 슈미트 곡선은 전체 IR 강도를 표시하며 DTG 곡선의 거울 이미지처럼 작동하며 질량 손실 단계 중 최대 강도를 보여줍니다. 이는 진화한 화합물과 IR 빔의 상호 작용을 증명합니다.
표 1: 측정 조건
| 샘플 | 공 번호 1 | 볼 번호 2 |
|---|---|---|
| 시료 질량 | 9.08 mg | 10.38 mg |
| 온도 프로그램 | RT ~ 850°C | |
| 가열 속도 | 10 K/min | |
| 가스 분위기 | 질소 | |
| 가스 유량 | 40 ml/min | |
전체 IR 데이터는 그림 2에 온도 및 파수에 따른 3D 플롯으로 표시되어 있습니다. TGA 곡선은 뒤쪽에 빨간색으로 표시되어 있으며 질량 손실과 IR 강도의 증가 사이의 상관관계를 보여줍니다. 이 예에서는 첫 번째 질량 손실 단계만 더 정밀하게 조사했습니다. 포함된 가소제에 대한 자세한 분석을 위해 2D FT-IR 스펙트럼을 추출하고 기체상 라이브러리와 비교하여 진화한 화합물을 식별했습니다. 266°C의 스펙트럼에서 디-엔-옥틸프탈레이트(DOP, 파란색) 및 비스(2-에틸헥실)프탈레이트(DEHP, 녹색)의 라이브러리 스펙트럼과 높은 유사성이 발견되었습니다. 단일 화합물 또는 서로 다른 프탈레이트의 혼합물이 방출되었다고 가정할 수 있습니다. 그러나 이 비교를 통해 볼 번호. 1 공에는 유해한 프탈레이트가 포함되어 있습니다. 다음 질량 손실 단계는 프탈레이트 방출과 약간 겹치기 때문에 266°C에서 FT-IR을 통해 약 small 양의CO2도 발견되었습니다.
두 번째 공은 동일한 측정 조건에서 조사했습니다. 두 TGA 측정값의 비교는 그림 4에 나와 있습니다. 열분해 거동에서 분명한 차이를 관찰할 수 있습니다. 그러나 2번 볼의 경우에도 200°C에서 280°C 사이의 온도 범위에서 첫 번째 질량 손실 단계가 감지되었으며, 266°C에서 DTG 곡선의 피크가 나타났습니다. FT-IR만이 함유된 가소제에 대한 자세한 정보를 얻을 수 있습니다.
266°C에서 추출한 두 개의 볼 샘플에 대해 추출된 FT-IR 스펙트럼을 비교하면 그림 5와 같이 완전히 다른 진동 패턴을 보여줍니다. 266°C에서 2번 볼(파란색)의 스펙트럼을 기체상 라이브러리와 비교하면 트리부틸 시트레이트(녹색)의 스펙트럼과 명확하게 일치합니다. 2번 공의 경우 독성 프탈레이트 가소제를 무독성 구연산 에스테르로 대체했는데, 이 역시 가소제 역할을 합니다.
요약
폴리머의 가스 방출 및 분해 과정은 열 분석을 통해 조사할 수 있습니다. 열 중량 분석은 이미 300°C 이하의 기체 방출을 나타냅니다. FT-IR과 같은 진화된 가스 분석만이 방출된 가스를 식별할 수 있습니다. 이 예에서는 사용된 다양한 가소제를 식별하여 독성 첨가제와 무독성 첨가제를 구분할 수 있었습니다. PERSEUS® TG 209 F1 Libra® 는 이 작업을 해결하는 데 완벽하게 적합합니다.