소개
폴리머 블렌드는 두 가지 이상의 폴리머를 조합한 것입니다. 폴리머를 결합하여 원재료와 다른 물리적 특성을 가진 새로운 소재를 만듭니다. 고가의 기술용 폴리머를 대체할 수 있는 비용 효율적인 대안이 될 수 있습니다. ABS와 PC의 혼합물은 전기 장치 및 가전제품의 하우징뿐만 아니라 자동차 산업에서 인테리어 패널로 널리 사용됩니다. 이러한 블렌드는 우수한 가공 특성과 개별 구성 요소보다 뛰어난 내열성 및 내충격성이 결합되어 있습니다. 더 높은 인성을 위해 PA6와 ABS를 혼합하여 사용할 수 있습니다. 또 다른 흥미로운 예는 POM과 PTFE의 조합입니다. 이 블렌드는 POM에 small 양의 PTFE를 추가하여 자체 윤활 재료의 특성, 낮은 마찰 계수 및 향상된 내마모성을 결합합니다.
따라서 이러한 블렌드는 기어 시스템과 같은 마찰 응용 분야에 사용됩니다. 블렌드는 사용 수명 동안 상당한 이점을 제공하지만 수명이 다하면 재활용이 어렵습니다. 가장 근본적인 문제 중 하나는 블렌드 소재의 성분을 파악하여 적절하게 분류하고 가능한 경우 재사용할 수 있도록 하는 것입니다.
TGA-FT-IR 측정 및 해석
혼합물의 성분 식별은 분광 분석 또는 크로마토그래피 분석으로 이루어지는 경우가 많습니다. 또한 TGA와 FT-IR의 조합은 블렌드 식별에 유용한 도구가 될 수 있습니다. 한편으로 질량 손실 단계는 폴리머 양에 대한 정보를 제공하고, FT-IR로 검출된 열분해 가스는 폴리머의 지문 역할을 하며 다른 한편으로 식별에 도움을 줍니다.
표 1에 나열된 측정 조건에서 PERSEUS® TG 209 F1 Libra® 를 사용하여 다양한 블렌드를 조사했습니다.
표 1: 측정 조건
| 샘플 | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| 시료 질량 | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| 온도 프로그램 | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| 가열 속도 | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| 가스 분위기 | 질소 | 질소 | 질소 |
| 가스 유량 | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| 도가니 | Al2O3 (85μl), 개방형 | Al2O3 (85μl), 개방형 | Al2O3 (85μl), 개방형 |
그림 1은 POM/PTFE 블렌드에서 얻은 TGA-FT-IR 데이터를 보여줍니다. 366°C와 582°C에서 DTG 곡선의 피크에서 92.6%와 1.3%의 두 가지 질량 손실 단계가 감지되었습니다. 전반적인 적외선 변화를 표시하는 그램 슈미트 신호는 DTG의 거울 이미지처럼 작동합니다. 맥시마는 동일한 온도 영역에서 관찰되었습니다.
POM/PFTE 블렌드의 전체 IR 데이터는 그림 2에 온도 및 파수에 따른 3D 플롯으로 표시되어 있습니다. TGA 곡선은 뒷면에 빨간색으로 표시되어 있으며 질량 손실과 IR 강도 증가의 상관관계를 보여줍니다. 진화한 가스의 식별을 위해 단일 스펙트럼을 추출하여 일반적인 폴리머의 열분해 스펙트럼으로 구성된 폴리머의 NETZSCH FT-IR 데이터베이스와 비교합니다. 첫 번째 질량 손실 단계의 2D 스펙트럼은 POM의 열분해 기체(녹색)와 잘 일치했습니다.
두 번째 질량 손실 단계에서 PTFE 분해 생성물(주황색)이 발견되었습니다(그림 3 비교). 이 분석을 통해 조사된 혼합물은 주로 POM으로 만들어졌으며 약간의 PTFE가 포함되어 있다는 결론을 내릴 수 있습니다.
조사된 두 번째 예시적인 혼합물은 PA6와 ABS의 혼합물이었습니다. 그림 4는 98%의 질량 손실이 있는 TGA 곡선과 462°C에서 피크가 있는 그램 슈미트 곡선을 보여줍니다. 이 곡선에서 조사된 샘플이 두 가지 이상의 물질로 구성되어 있음을 알 수 없습니다. 진화 가스 분석만이 더 많은 통찰력을 제공할 수 있습니다.
2D 스펙트럼을 456°C(빨간색)에서 추출하여 폴리머의 NETZSCH FT-IR 데이터베이스와 비교했습니다(그림 6 참조). 이 비교를 통해 측정된 스펙트럼이 두 가지 이상의 폴리머가 혼합되어 있음을 명확히 알 수 있습니다. PA6가 가장 높은 유사성을 보였습니다. 스펙트럼 감산 후, 이 혼합물의 두 번째 화합물로 ABS가 발견되었습니다. 빨간색 원은 측정된 스펙트럼에서 PA6의 고유 진동 대역을 표시하고 파란색 원은 ABS의 특징적인 대역을 표시합니다.
ABS와 PC의 세 번째 혼합물도 TGA-FTIR 커플 링으로 쉽게 식별 할 수 있습니다. 그림 7과 8은 획득한 측정 데이터를 보여줍니다. 438°C와 520°C에서 DTG 곡선의 피크에서 30.0%와 45.7%의 두 가지 겹치는 질량 손실 단계가 감지되었습니다. 그램 슈미트 곡선은 동일한 온도에서 피크를 보여줍니다. 이러한 온도에서 측정된 스펙트럼을 폴리머의 NETZSCH FT-IR 데이터베이스와 비교한 결과, 첫 번째 질량 손실 단계의 경우 ABS와 두 번째 질량 손실 단계의 경우 PC와 잘 일치했습니다.
결론
이 예는 TGA와 FT-IR의 하이픈 연결이 폴리머 블렌드를 식별하는 데 매우 적합한 도구라는 것을 보여줍니다. TGA 곡선은 폴리머 함량을 정량화할 수 있는 반면, 폴리머의 식별은 기체상 라이브러리 NETZSCH 폴리머용 FT-IR 데이터베이스와 비교하여 열분해 가스를 사용하여 수행됩니다. 정량화 가능한 결과가 필요할 때 좋은 솔루션입니다. 특히 폴리머가 검은색인 경우 ATR을 통한 FT-IR 분석이 어려울 수 있습니다. 열분해 가스가 상호 작용하여 순수한 폴리머에서 방출되는 화합물과 다른 새로운 분자를 형성할 때 제한이 발생할 수 있습니다.