Wprowadzenie
Mieszanki polimerów to połączenie dwóch lub więcej polimerów. Są one łączone w celu stworzenia nowego materiału o innych właściwościach fizycznych niż ich surowce. Mogą one stanowić opłacalną alternatywę dla drogich polimerów technicznych. Mieszanki ABS i PC są szeroko stosowane jako obudowy urządzeń elektrycznych i sprzętu AGD, a także w przemyśle motoryzacyjnym do paneli wewnętrznych. Mieszanki te łączą w sobie doskonałe właściwości przetwórcze z wysoką odpornością cieplną i udarnością przewyższającą poszczególne komponenty. Aby uzyskać jeszcze większą wytrzymałość, można stosować mieszanki PA6 i ABS. Innym interesującym przykładem jest połączenie POM i PTFE. Mieszanka ta łączy w sobie właściwości materiałów samosmarujących, niski współczynnik tarcia i lepszą odporność na zużycie dzięki dodaniu do POM PTFE w ilości small.
Dlatego mieszanki te są wykorzystywane w zastosowaniach trybologicznych, takich jak systemy przekładni. Podczas gdy mieszanki oferują znaczące korzyści w okresie eksploatacji, utrudniają one recykling po zakończeniu eksploatacji. Jednym z podstawowych problemów jest identyfikacja materiału jako mieszanki, a także jego składu, aby zapewnić jego prawidłowe sortowanie i ponowne wykorzystanie, jeśli to możliwe.
Pomiar i interpretacja TGA-FT-IR
Identyfikacja składników mieszanki jest często wykonywana za pomocą analizy spektroskopowej lub chromatograficznej. Również połączenie TGA i FT-IR może być użytecznym narzędziem do identyfikacji mieszanek. Z jednej strony, etapy utraty masy dostarczają informacji o ilości polimeru, a gazy pirolityczne, wykrywane przez FT-IR, działają jako odcisk palca polimeru i pomagają w identyfikacji z drugiej strony.
Różne mieszanki zostały zbadane za pomocą PERSEUS® TG 209 F1 Libra® w warunkach pomiarowych wymienionych w tabeli 1.
Tabela 1: Warunki pomiaru
| Próbka | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Masa próbki | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Program temperaturowy | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| Szybkość ogrzewania | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Atmosfera gazowa | Azot | Azot | Azot |
| Natężenie przepływu gazu | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Tygiel | Al2O3 (85 μl), otwarty | Al2O3 (85 μl), otwarty | Al2O3 (85 μl), otwarty |
Rysunek 1 przedstawia uzyskane dane TGA-FT-IR mieszanki POM/PTFE. Wykryto dwa stopnie utraty masy wynoszące 92,6% i 1,3% z pikami na krzywej DTG w 366°C i 582°C. Sygnał Grama Schmidta, pokazujący ogólne zmiany w podczerwieni, zachowuje się jak lustrzane odbicie DTG. Maksima zaobserwowano w tym samym zakresie temperatur.
Pełne dane IR mieszanki POM/PFTE przedstawiono na rysunku 2 na wykresie 3D zależnym od temperatury i liczby falowej. Krzywa TGA jest wykreślona na czerwono z tyłu i pokazuje korelację utraty masy ze wzrostem intensywności IR. W celu identyfikacji wydzielających się gazów, pojedyncze widma są ekstrahowane i porównywane z bazą danych NETZSCH FT-IR polimerów, która składa się z widm pirolizy popularnych polimerów. Widmo 2D podczas pierwszego etapu utraty masy było zgodne z gazami pirolizy POM (zielony).
Produkty rozkładu PTFE (pomarańczowe) znaleziono podczas drugiego etapu utraty masy, porównaj rysunek 3. Z tej analizy można wywnioskować, że badana mieszanka była wykonana głównie z POM z niewielką ilością PTFE.
Drugą badaną przykładową mieszanką była mieszanina PA6 i ABS. Rysunek 4 przedstawia krzywą TGA z ubytkiem masy 98% i krzywą Grama Schmidta z pikiem w 462°C. Na podstawie tych krzywych nie można stwierdzić, że badana próbka składa się z więcej niż jednego materiału. Jedynie analiza gazów wydzielanych może dać więcej informacji.
Widmo 2D zostało wyodrębnione w temperaturze 456°C (kolor czerwony) i porównane z bazą danych FT-IR polimerów NETZSCH, patrz rysunek 6. Porównanie to wyraźnie pokazuje, że zmierzone widmo jest mieszaniną więcej niż jednego polimeru. PA6 wykazał największe podobieństwo. Po odjęciu widma, ABS został znaleziony jako drugi związek tej mieszaniny. Czerwone kółka pokazują unikalne pasma drgań dla PA6 w zmierzonym widmie, podczas gdy niebieskie kółka oznaczają charakterystyczne pasma dla ABS.
Trzecią mieszaninę ABS i PC można również łatwo zidentyfikować za pomocą sprzężenia TGA-FTIR. Rysunki 7 i 8 przedstawiają uzyskane dane pomiarowe. Wykryto dwa nakładające się stopnie utraty masy wynoszące 30,0% i 45,7% z pikami na krzywej DTG w temperaturach 438°C i 520°C. Krzywa Grama Schmidta pokazuje piki w tych samych temperaturach. Porównanie zmierzonych widm w tych temperaturach z bazą danych NETZSCH FT-IR polimerów dało dobrą zgodność z ABS dla pierwszego etapu utraty masy i PC dla drugiego etapu utraty masy.
Wnioski
Przykłady te pokazują, że połączenie TGA i FT-IR jest bardzo odpowiednim narzędziem do identyfikacji mieszanek polimerów. Krzywe TGA umożliwiają ilościowe określenie zawartości polimeru, podczas gdy identyfikacja polimerów odbywa się za pomocą gazów pirolitycznych w porównaniu z fazą gazową library NETZSCH FT-IR Database for Polymers. Jest to dobre rozwiązanie, gdy potrzebne są wymierne wyniki. Zwłaszcza, gdy polimer jest czarny, co może utrudniać analizę FT-IR za pomocą ATR. Ograniczenia mogą wystąpić, gdy gazy pirolityczne oddziałują i tworzą nowe cząsteczki, które różnią się od związków uwalnianych z czystych polimerów.