Введение
Смеси вторичного полиолефина, состоящие преимущественно из полиэтилена и полипропилена, являются важным сырьем в процессе механической переработки пластмасс. Они используются для повторной переработки в новые литьевые детали, экструдированные изделия, пленки, компоненты упаковочной продукции, а также в технических применениях пластмасс, где состав вторичного сырья существенно влияет на технологические характеристики и эксплуатационные свойства конечного материала. Поскольку полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП) отличаются диапазонами плавления, кристалличностью, технологическими окнами и термической стабильностью, термическая характеристика таких смесей имеет решающее значение для определения идентичности материала, качества вторичного сырья и его пригодности для дальнейшей переработки.
Одновременное проведение термогравиметрического анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии позволяет получить информацию как о потере массы, так и о термических переходах в ходе одного измерения, что делает данный метод особенно полезным для анализа сложных смесей переработанных полимеров.
Условия проведения измерений
Таблица 1: Условия измерения
| Прибор | STA Jupiter® |
|---|---|
| Диапазон температур | от 30 °C до 600 °C |
| Скорость нагрева | 20 К/мин |
| Атмосфера | Азот |
| Расход газа | 70 мл/мин |
| Масса пробы | 13,9 мг |
| Тигель | 85 мкл Pt/Rh с перфорированной крышкой |
Результаты и обсуждение
Результаты одновременного измерения методами ТГА и ДСК для смеси переработанных полиэтилена и полипропилена (рис. 1) демонстрируют несколько характерных термических эффектов. В нижнем температурном диапазоне в сигнале ДСК прослеживаются два накладывающихся друг на друга эндотермических эффекта плавления. Первый вклад плавления появляется при температуре примерно 123 °C и может быть отнесен к фракции полиэтилена, тогда как второй вклад плавления при температуре примерно 158 °C характерен для полипропилена. Поскольку потоки вторичного полимера часто содержат частично перекрывающиеся фракции материала, добавки или марки полимеров с широким диапазоном температур плавления, эти сигналы не полностью изолированы на исходной кривой ДСК.
Поэтому целесообразно использовать программное обеспечение NETZSCH Peak Separation. Оно позволяет математически разделить перекрывающиеся эффекты плавления и оценить их по отдельности. В данном измерении площади разделенных пиков дают индивидуальные энтальпии плавления, составляющие примерно 42 Дж/г для вклада, связанного с полиэтиленом (PE), и 106 Дж/г для вклада, связанного с полипропиленом (PP). Это улучшает интерпретацию состава смеси и упрощает сравнение различных партий вторичного сырья или мониторинг изменений качества материала. Без использования метода Peak Separation перекрывающиеся эндотермические эффекты были бы доступны лишь в виде совокупного теплового отклика, что снизило бы точность оценки по отдельным компонентам.
При более высоких температурах кривая ДСК демонстрирует дополнительные термические эффекты в диапазоне выше 400 °C, в то время как кривая ТГА фиксирует соответствующую потерю массы, вызванную пиролитическим разложением полимерной смеси в атмосфере азота. Основное разложение происходит при температуре выше примерно 400 °C и приводит к полной потере массы. Одновременная регистрация обоих сигналов также повышает достоверность интерпретации результатов для сложных вторичных материалов. Пики плавления наблюдаются в то время, когда сигнал ТГА остается стабильным, что подтверждает: эти эффекты являются фазовыми переходами, а не процессами деградации. Напротив, высокотемпературные эффекты ДСК согласуются с потерей массы, зарегистрированной в ходе ТГА, и, следовательно, могут быть связаны с разложением. Эта совокупная информация представляет ценность для предприятий по переработке отходов и производителей материалов, поскольку позволяет получить представление как об идентификации полимеров, так и об их термической стабильности в рамках одного эксперимента без влияния подготовки образцов или различных условий измерения.
Резюме
Одновременный анализ методами ТГА-ДСК позволяет получить краткую и информативную характеристику смеси переработанных полиэтилена и полипропилена. Программное обеспечение NETZSCH Peak Separation повышает точность оценки за счет разделения перекрывающихся пиков плавления и обеспечения более точной оценки вклада отдельных полимеров. Благодаря этому данный метод отлично подходит для контроля качества, идентификации материалов и определения характеристик переработанных полиолефиновых смесей с учетом технологических требований.