18.05.2023 by Claire Strasser, Aileen Sammler
Быстро и точно: ДСК и разделение пиков для идентификации полимеров в упаковочных пленках
Прозрачные жесткие пленки для сохранения свежести нарезанной колбасы и сыра.
Устойчивые стаканчики для йогурта.
Цветная гибкая упаковка для кофе.
В зависимости от области применения эти высокотехнологичные продукты должны быть кислородонепроницаемыми, прозрачными или пригодными для печати, а также обладать определенной гибкостью и/или стабильностью. Такие свойства могут быть достигнуты только за счет использования различных компонентов, например, нескольких полимерных слоев. Для этого полимеры, в свою очередь, selected в соответствии с их собственными свойствами.
Узнайте, как можно исследовать состав многослойных упаковочных пленок с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и программного пакетаNETZSCH PeakSeparation Advanced Software Package.
Для идентификации отдельных полимеров в многослойной пленке дифференциальная сканирующая калориметрия зарекомендовала себя в упаковочной промышленности как быстрый и легкодоступный метод. В следующем примере с помощью прибораNETZSCH DSC была исследована коммерчески доступная композитная пленка.
Образец был подготовлен в алюминиевом тигле Concavus®® и равномерно прижат к дну тигля с помощью задвигающейся крышки, которая была специально разработана для измерений очень тонких образцов, таких как пленки.
На рис. 2 показаны результаты измерения ДСК при1-м и2-м нагреве. В обеих сериях нагрева были обнаружены многочисленные перекрывающиеся пики в диапазоне от 108 до 121°C. Это указывает на присутствие различных полимеров; температурный диапазон здесь типичен для различных типов полиэтилена низкой плотности.
При1-м нагреве был дополнительно обнаружен пик при 176°C, что указывает на присутствие EVOH (полиэтиленвинилового спирта). EVOH также известен как барьерный пластик и широко используется в упаковочной промышленности благодаря своей хорошей непроницаемости для таких веществ, как кислород. Его температура плавления зависит от содержания этилена; температура плавления 176°C соответствует содержанию этилена от 35 до 38 моль-% [1]. Во время 2-го нагревания пик при 176°C смещается к более низкой температуре (159°C). Это смещение, вероятно, связано с плавлением смешанной фазы, образовавшейся между полиэтиленом и EVOH. Широкий эффект между 230°C и 280°C будет исследован более подробно далее.
Для этого композитная пленка была разделена на два слоя: гибкий, окрашенный в алюминиевый цвет, и второй, более тонкий, с печатью. Между этими двумя слоями находился дополнительный бумажный слой.
Две пленки по обе стороны от бумажного слоя измерялись отдельно друг от друга. Кривые ДСК представлены на рисунке 3.
Напечатанная пленка (синяя кривая, рис. 3) - за исключением пика при 253,9°C, показанного на рис. 2, - демонстрирует те же эффекты, что и композитный материал в целом. В отличие от этого, окрашенная алюминием пленка (черная кривая) дает только один пик, при 255°C (1-й нагрев) и 248°C (2-й нагрев), соответственно. Этот диапазон температур является типичным для плавления ПЭТФ.
На основании этих результатов можно сделать следующие выводы о составе композитной пленки: Более тонкая пленка с печатью состоит из различных типов полиэтилена, а также EVOH; пленка алюминиевого цвета представляет собой ПЭТФ. Внешний вид слоя ПЭТФ по цвету указывает на наличие алюминиевого покрытия, которое может использоваться, например, в качестве светозащиты в упаковке [2]. Пик плавления алюминия (660,4°C) находится вне диапазона измеряемых температур и поэтому не был обнаружен.
Определите перекрывающиеся пики с помощью программы PeakSeparation в Proteus®
Для того чтобы четко определить три перекрывающихся пика между 108°C и 121°C, обнаруженных во время измерения напечатанной пленки, кривая ДСК после2-го нагрева (синяя пунктирная линия, рис. 3) была оценена с помощью программы PeakSeparation в программе Proteus® программное обеспечение. PeakSeparation позволяет представить экспериментальные данные в виде аддитивного наложения пиков. Эта программа предлагает различные типы кривых, такие как Пирсона, Гаусса, Коши и т. д. selectВ данном случае использовалась прогрессия кривых Фрейзера-Сузуки, а также смесь прогрессии Фрейзера-Сузуки и асимметричной кривой Коши. Применяя эти профили к измеренной кривой ДСК, можно математически разделить наложенные пики.
На рисунке 4 показаны результаты PeakSeparation. Четыре рассчитанных пика можно соотнести с экспериментальной кривой ДСК (синяя пунктирная линия). Пики при 108°C, 118°C и 120°C характерны для различных типов полиэтилена низкой плотности (PE-LD, PE-LLD).
Дополнительный пик при 92°C (оранжевая кривая) можно отнести к плавлению кристаллитов small.
Коэффициент корреляции между суммой четырех рассчитанных кривых и измеренной кривой составляет 0,999, что подтверждает хорошее соответствие рассчитанных эндотермических пиков измеренным данным.
Резюме
Измерения ДСК позволяют получить ценную информацию о составе упаковочных пленок. Эти сложные материалы состоят из различных слоев, которые иногда можно определить с помощью всего одного измерения ДСК. Упаковка, показанная в нашем примере, состоит как минимум из ПЭТФ, EVOH и нескольких видов полиэтилена разной плотности.
Диапазоны плавления различных полимеров часто лежат близко друг к другу. Однако полное разделение пиков и/или точная характеристика материала могут быть достигнуты благодаря тщательной подготовке образца и применению системы PeakSeparationпрограммного обеспечения.
Эта программа позволяет разделить перекрывающиеся пики, используя профили следующих типов пиков: Гаусса, Коши, псевдоВойгта (линейная комбинация Гаусса и Коши), Фрейзера-Сузуки (асимметричный Гаусс), модифицированного Лапласа (двусторонний скругленный) и Пирсона. С его помощью экспериментальные данные подгоняются как аддитивная суперпозиция пиков. Его можно применять к кривым, полученным различными аналитическими методами, такими как дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК), термогравиметрия (ТГА) и дилатометрия (ДИЛ), для FTIR-трасс и МС-кривых.
Снижение цены на функцию PeakSeparation
Воспользуйтесь преимуществом! Цена на функцию PeakSeparation в Proteus® версии 8 и 9 значительно снижена! Обратитесь за предложением к вашему региональному представителю!
Оставайтесь на связи! На упаковочные материалы приходится около 50% производства пластмасс. Поскольку пластики плохо поддаются биологическому разложению, но являются ценным ресурсом даже после окончания срока службы, фокусировка на путях переработки сегодня важна как никогда. На следующей неделе мы расскажем об инструментах NETZSCH для определения и количественной оценки различных составов пластика в потоке переработки!
Литература:
[1] Барьерные смолы | Свойства, обработка и обращение с EVOH, Пт. 1, Джин Медлок, 02 февраля 2015 г. http://bit.ly/17Ous83
[2] https://de.wikipedia.org/wiki/Verbundfolie
