13.05.2020 by Milena Riedl

Schadelijke stoffen opsporen in sportartikelen en speelgoed

Sportartikelen en speelgoed voor kinderen of huisdieren zijn vaak gemaakt van flexibele kunststoffen. Enkele voorbeelden zijn sensorisch kauwspeelgoed, actiefiguurtjes en verschillende soorten ballen. Een veelgebruikt polymeer voor deze toepassingen is PVC (polyvinylchloride), omdat het zachter en flexibeler kan worden gemaakt door weekmakers toe te voegen. Daarom kunnen ze verdampen of uitgespoeld worden door speeksel of zweet. Leer hoe je weekmakers kunt detecteren en Identify!

Door Dr. Carolin Fischer, Application Specialist en Dr. Natalie Rudolph, Manager Business Field Polymer

Sportartikelen en speelgoed voor kinderen of huisdieren zijn vaak gemaakt van flexibele kunststoffen. Enkele voorbeelden zijn sensorisch kauwspeelgoed, actiefiguurtjes en verschillende soorten ballen. Een veelgebruikt polymeer voor deze toepassingen is PVC (polyvinylchloride), omdat het zachter en flexibeler kan worden gemaakt door weekmakers toe te voegen. Deze verbindingen zijn niet covalent gebonden aan de polymeerketen. Daarom kunnen ze verdampen of uitgespoeld worden door speeksel of zweet. Deze uitwaseming of verspreiding van weekmakers kan schadelijk zijn.

Een voorbeeld hiervan is de familie van ftalaten, waarvan bekend is dat ze een aantal gezondheidsrisico's veroorzaken. Ze gedragen zich als hormonen en het is aangetoond dat ze leverschade, onvruchtbaarheid, diabetes, kanker en nog veel meer kunnen veroorzaken. Daarom heeft de Europese Unie in haar REACH-verordening, die sinds 2007 van kracht is, een aantal ftalaten verboden in producten die in contact komen met voedsel, speelgoed, babyartikelen en medische benodigdheden.

Schadelijke componenten kunnen worden gedetecteerd door thermische analyse

Thermische analyse kan gebruikt worden om weekmakers in polymeren op te sporen. Door middel van TGA-FT-IR analyse is het niet alleen mogelijk om Identify het soort weekmaker dat gebruikt is te bepalen, maar ook om producten te analyseren op hun weekmakergehalte.

In de volgende use case werd de oppervlaktelaag van verschillende speelgoedballen in small stukken gesneden en gemeten met de PERSEUS® TG 209 F1 Libra®. De volgende tabel geeft een overzicht van de meetomstandigheden:

Het weekmakergehalte detecteren met TG 209 F1 Libra®

Figuur 1 laat zien dat de geïnspecteerde kogel verschillende massaverliezen vertoont tijdens de PyrolysePyrolyse is de thermische ontbinding van organische verbindingen in een inerte atmosfeer.pyrolyse. Deze massaverliesstappen zijn het gevolg van de VerdampingDe verdamping van een element of verbinding is een faseovergang van de vloeibare fase naar damp. Er bestaan twee soorten verdamping: verdamping en koken.verdamping van weekmaker of andere organische additieven en uiteindelijk de PyrolysePyrolyse is de thermische ontbinding van organische verbindingen in een inerte atmosfeer.pyrolyse van het polymeer in het temperatuurbereik tussen 200°C en 500°C.

De Gram Schmidt-curve (in rood) toont de totale IR-intensiteiten en gedraagt zich als een spiegelbeeld van de DTG-curve. Het toont ook maximale intensiteiten tijdens de massaverliesstappen. Dit bewijst de interactie van de geëvolueerde verbindingen met de IR-bundel.

Figuur 1: Temperatuursafhankelijke massaverandering (TGA, groen), snelheid van massaverandering (DTG, zwart) en Gram Schmidt-curve (rood) van kogel nr. 1

Meer gedetailleerde samenstellingsresultaten met een FT-IR-spectrum

Voor een gedetailleerde analyse van de aanwezige weekmaker werd een 2D FT-IR spectrum geëxtraheerd en vergeleken met gasfase bibliotheken om Identify de geëvolueerde verbindingen te bepalen. Er werd een grote gelijkenis gevonden voor het spectrum bij 266°C met de bibliotheekspectra van di-n-octylftalaat (DOP, blauw) en bis(2-ethylhexyl)ftalaat (DEHP, groen). Er kan worden aangenomen dat er een enkele verbinding of een mengsel van verschillende ftalaten is vrijgekomen. Deze vergelijking geeft echter duidelijk aan dat de bal schadelijke ftalaten bevat. Verdere analyse is nodig om Identify de weekmakers te bepalen.

Figuur 2: Gemeten spectrum bij 266°C (rood) in vergelijking met bibliotheekspectra van di-n-octylftalaat (DOP, blauw) en bis(2-ethylhexyl)ftalaat (DEHP, groen)

Een tweede kogel werd onderzocht onder dezelfde meetomstandigheden. Er kan een duidelijk verschil worden waargenomen in het pyrolysegedrag. De vergelijking van de geëxtraheerde FT-IR spectra voor de twee kogelmonsters, beide geëxtraheerd bij 266°C, laten totaal verschillende trillingspatronen zien (zie figuur 3).

Figuur 3: Temperatuursafhankelijke massaverandering (TGA) en snelheid van massaverandering (DTG) van kogel nr. 1 (groen) en kogel nr. 2 (blauw)

De vergelijking van de spectra bij 266°C van bal nr. 2 (blauw) met de gasfasebibliotheek geeft een duidelijke overeenkomst met het spectrum van tributylcitraat (groen). Voor bal nr. 2 werden de toxische ftalaatweekmakers vervangen door de niet-toxische citroenzuurester, die ook als weekmaker werkt.

Maak sportartikelen en speelgoed veiliger!

Uitgassen en ontledingsprocessen van polymeren kunnen worden onderzocht met thermische analyse. Thermogravimetrie geeft het vrijkomen van gassen al onder 300°C aan. Alleen geëvolueerde gasanalyse zoals FT-IR kan de vrijgekomen gassen Identify.

Het bovenstaande voorbeeld legt uit hoe Identify de verschillende gebruikte weekmakers en dus het onderscheid tussen toxische en niet-toxische additieven. De PERSEUS® TG 209 F1 Libra® is perfect geschikt om sportartikelen en speelgoed veiliger te maken voor ons en onze kinderen.