Wprowadzenie
Mieszanki poliolefin pochodzących z recyklingu, składające się głównie z polietylenu i polipropylenu, stanowią ważne surowce w mechanicznym recyklingu tworzyw sztucznych. Wykorzystuje się je do ponownego przetwarzania na nowe elementy formowane, wyroby wytłaczane, folie, elementy opakowaniowe oraz w zastosowaniach technicznych tworzyw sztucznych, gdzie skład materiału pochodzącego z recyklingu ma istotny wpływ na właściwości przetwórcze oraz parametry użytkowe gotowego materiału. Ponieważ PE i PP charakteryzują się różnymi zakresami topnienia, krystalicznością, zakresami przetwarzania oraz stabilnością termiczną, charakterystyka termiczna takich mieszanek ma zasadnicze znaczenie dla oceny tożsamości materiału, jakości surowca pochodzącego z recyklingu oraz jego przydatności do dalszego przetwarzania.
Jednoczesna termograwimetria i różnicowa kalorymetria skaningowa dostarczają informacji zarówno na temat utraty masy, jak i przemian termicznych w ramach jednego pomiaru, co sprawia, że technika ta jest szczególnie przydatna w przypadku złożonych mieszanek polimerów pochodzących z recyklingu.
Warunki pomiaru
Tabela 1: Warunki pomiarowe
| Urządzenie | STA Jupiter® |
|---|---|
| Zakres temperatur | od 30°C do 600°C |
| Szybkość ogrzewania | 20 K/min |
| Atmosfera | Azot |
| Natężenie przepływu gazu | 70 ml/min |
| Masa próbki | 13,9 mg |
| Tygiel | 85 µl Pt/Rh z perforowaną pokrywką |
Wyniki i dyskusja
Równoczesny pomiar metodą TGA-DSC przeprowadzony na mieszance PE-PP pochodzącej z recyklingu (rys. 1) wykazuje kilka charakterystycznych zjawisk termicznych. W niższym zakresie temperatur w sygnale DSC widoczne są dwa nakładające się endotermiczne zjawiska topnienia. Pierwszy wkład topnienia pojawia się w temperaturze około 123°C i można go przypisać frakcji polietylenowej, natomiast drugi wkład topnienia, występujący w temperaturze około 158°C, jest charakterystyczny dla polipropylenu. Ponieważ strumienie polimerów pochodzących z recyklingu często zawierają częściowo nakładające się frakcje materiałowe, dodatki lub gatunki polimerów o szerokim zakresie topnienia, sygnały te nie są całkowicie wyodrębnione na surowej krzywej DSC.
Z tego powodu korzystne jest zastosowanie oprogramowania „ NETZSCH ” Peak Separation. Umożliwia ono matematyczne rozdzielenie nakładających się efektów topnienia oraz ich indywidualną ocenę. W niniejszym pomiarze wyodrębnione obszary pików dostarczają indywidualnych entalpii topnienia wynoszących około 42 J/g dla składowej związanej z PE oraz 106 J/g dla składowej związanej z PP. Ułatwia to interpretację składu mieszanki oraz pozwala na łatwiejsze porównywanie różnych partii recyklatu lub monitorowanie zmian jakości materiału. Bez zastosowania metody „ Peak Separation ” nakładające się efekty endotermiczne byłyby dostępne jedynie jako połączona reakcja termiczna, co ograniczałoby precyzję oceny poszczególnych składników.
W wyższych temperaturach krzywa DSC wykazuje dodatkowe efekty termiczne w zakresie powyżej 400°C, podczas gdy krzywa TGA rejestruje odpowiadającą im utratę masy spowodowaną pirolitycznym rozkładem mieszanki polimerowej w atmosferze azotu. Główny Reakcja rozkładuReakcja rozkładu to wywołana termicznie reakcja związku chemicznego tworząca produkty stałe i/lub gazowe. rozkład zachodzi powyżej około 400°C i prowadzi do całkowitej utraty masy. Jednoczesne rejestrowanie obu sygnałów zwiększa również pewność interpretacji złożonych materiałów pochodzących z recyklingu. Piki topnienia występują, podczas gdy sygnał TGA pozostaje stabilny, co potwierdza, że zjawiska te są przemianami fazowymi, a nie procesami degradacji. Natomiast efekty DSC w wysokich temperaturach pokrywają się z utratą masy w TGA i w związku z tym można je powiązać z rozkładem. Te połączone informacje są cenne dla podmiotów zajmujących się recyklingiem i przetwórcami materiałów, ponieważ zapewniają wgląd zarówno w identyfikację polimerów, jak i stabilność termiczną w ramach jednego eksperymentu, bez wpływu przygotowania próbki lub różnych warunków pomiarowych.
Podsumowanie
Jednoczesna analiza metodą TGA-DSC pozwala na uzyskanie zwięzłej i bogatej w informacje charakterystyki mieszanki PE-PP pochodzącej z recyklingu. Oprogramowanie NETZSCH Peak Separation usprawnia ocenę poprzez rozróżnienie nakładających się pików topnienia oraz umożliwienie bardziej szczegółowej oceny wkładu poszczególnych polimerów. Dzięki temu metoda ta doskonale nadaje się do kontroli jakości, identyfikacji materiałów oraz charakterystyki mieszanek poliolefin pochodzących z recyklingu pod kątem procesów produkcyjnych.