Введение
Полимерные смеси - это комбинация двух или более полимеров. Их сочетание позволяет получить новый материал с физическими свойствами, отличными от свойств исходного сырья. Они могут быть экономически выгодной альтернативой дорогим техническим полимерам. Смеси ABS и PC широко используются в качестве корпусов для электрических приборов и аппаратуры, а также в автомобильной промышленности для внутренних панелей. Эти смеси сочетают в себе отличные технологические свойства с высокой термостойкостью и ударопрочностью, превосходящими отдельные компоненты. Для получения еще более высокой прочности можно использовать смеси PA6 и ABS. Еще один интересный пример - сочетание POM и PTFE. Смесь сочетает в себе свойства самосмазывающихся материалов, низкий коэффициент трения и улучшенные износостойкие свойства за счет добавления small количества PTFE к POM.
Поэтому такие смеси используются в трибологических приложениях, например, в системах зубчатых передач. Несмотря на то, что смеси дают значительные преимущества в течение срока службы, они затрудняют утилизацию по окончании срока службы. Одной из наиболее серьезных проблем является идентификация материала как смеси, а также его состав, чтобы обеспечить его правильную сортировку и возможность повторного использования, если это возможно.
Измерение и интерпретация ТГА-ФТ-ИК
Идентификация компонентов смеси часто проводится с помощью спектроскопического или хроматографического анализа. Также сочетание ТГА и ИК-Фурье может быть полезным инструментом для идентификации смесей. С одной стороны, потери массы дают информацию о количестве полимера, а пиролизные газы, обнаруженные с помощью ИК-Фурье, служат отпечатком полимера и помогают в идентификации.
Различные смеси были исследованы на приборе PERSEUS® TG 209 F1 Libra® при условиях измерения, указанных в таблице 1.
Таблица 1: Условия измерения
| Образец | ПОМ/ПТФЭ | PA6/ABS | ПК/АБС |
|---|---|---|---|
| Масса образца | 10.57 мг | 9.72 мг | 10.38 мг |
| Температурная программа | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| Скорость нагрева | 10 К/мин | 10 К/мин | 10 К/мин |
| Газовая атмосфера | Азот | Азот | Азот |
| Расход газа | 40 мл/мин | 40 мл/мин | 40 мл/мин |
| Тигель | Al2O3 (85 мкл), открытый | Al2O3 (85 мкл), открытый | Al2O3 (85 мкл), открытый |
На рис. 1 представлены полученные данные ТГА-ФТ-ИК смеси ПОМ/ПТФЭ. Обнаружены две ступени потери массы 92,6% и 1,3% с пиками на кривой ДТГ при 366°C и 582°C. Сигнал Грамма-Шмидта, отображающий общие ИК-изменения, ведет себя как зеркальное отражение ДТГ. Максимумы наблюдались в той же области температур.
Полные ИК-данные смеси POM/PFTE представлены на рисунке 2 в виде трехмерной диаграммы, зависящей от температуры и числа волн. Кривая ТГА нанесена красным цветом сзади и показывает корреляцию потери массы с увеличением интенсивности ИК-спектра. Для идентификации выделяющихся газов отдельные спектры извлекаются и сравниваются с базой данных NETZSCH FT-IR полимеров, которая состоит из спектров пиролиза распространенных полимеров. 2D-спектр на первом этапе потери массы хорошо соответствует газам пиролиза ПОМ (зеленый).
Продукты разложения ПТФЭ (оранжевый цвет) были обнаружены во время второго этапа потери массы, сравните рисунок 3. Из этого анализа можно сделать вывод, что исследуемая смесь состояла в основном из ПОМ с незначительным количеством ПТФЭ.
Вторая примерная смесь, которая была исследована, представляла собой смесь PA6 и ABS. На рисунке 4 показана кривая ТГА с потерей массы 98 % и кривая Грама-Шмидта с пиком при 462 °C. Из этих кривых не видно, что исследуемый образец состоит из более чем одного материала. Только анализ улетучившегося газа может дать больше информации.
2D-спектр был извлечен при 456°C (красный) и сравнен с базой данных NETZSCH FT-IR полимеров, см. рисунок 6. Это сравнение ясно показывает, что измеренный спектр представляет собой смесь более чем одного полимера. Наибольшим сходством обладает PA6. После вычитания спектров в качестве второго соединения этой смеси был обнаружен ABS. Красные круги показывают уникальные полосы колебаний для PA6 в измеренном спектре, в то время как синие круги отмечают характерные полосы для ABS.
Третья смесь АБС и ПК также была легко идентифицирована с помощью ТГА-ФТИР. На рисунках 7 и 8 представлены полученные данные измерений. Две перекрывающиеся ступени потери массы 30,0 % и 45,7 % были обнаружены с пиками на кривой ДТГ при 438 °С и 520 °С. Кривая Грамма-Шмидта показывает пики при тех же температурах. Сравнение измеренных спектров при этих температурах с базой данных ИК-Фурье полимеров NETZSCH дало хорошее соответствие с ABS для первой ступени потери массы и PC для второй ступени потери массы.
Заключение
Эти примеры показывают, что объединение ТГА и ИК-Фурье является очень удобным инструментом для идентификации полимерных смесей. Кривые ТГА позволяют количественно определить содержание полимера, в то время как идентификация полимеров осуществляется по сравнению газов пиролиза с газовой фазой library NETZSCH FT-IR Database for Polymers. Это хорошее решение, когда необходимы количественные результаты. Особенно если полимер черный, что может затруднить ИК-Фурье анализ с помощью АТР. Ограничения могут возникнуть при взаимодействии газов пиролиза с образованием новых молекул, которые отличаются от соединений, выделяемых из чистых полимеров.