Inledning
Sportartiklar och leksaker för barn eller husdjur är ofta tillverkade av flexibel plast. Några exempel är sensoriska tuggleksaker, actionfigurer, soft grip-produkter samt bollar av alla slag. En vanlig polymer är PVC (polyvinylklorid), som kan göras mjukare och mer flexibel genom tillsats av mjukgörare. Dessa föreningar är inte kovalent bundna till polymerkedjan och därför kan de avdunsta eller sköljas ut av saliv eller svett. Avgasning av mjukgörare som ftalater kan vara skadligt. I vissa fall kan detta till och med kännas igen av en dålig lukt.
Familjen ftalater är känd för att orsaka ett antal hälsorisker. De fungerar som hormoner och har visat sig orsaka leverskador, infertilitet, diabetes, cancer och mycket mer. Därför har Europeiska unionen sedan 2007 förbjudit ett antal ftalater i produkter som kommer i kontakt med livsmedel, i leksaker, i babyartiklar och i medicinsk utrustning.
Nedbrytningsbeteende och identifiering av mjukgörare
Termisk analys kan hjälpa till att upptäcka mjukgörare i polymerer. Med hjälp av TGA-FT-IR-analys är det möjligt att analysera produkter med avseende på deras innehåll av mjukgörare och att Identify vilken typ av mjukgörare som används.
I följande användningsfall skars ytskiktet på olika leksaksbollar i small bitar och mättes med PERSEUS® TG 209 F1 Libra® i enlighet med mätförhållandena i tabell 1.
Boll nr. 1 uppvisar flera massförluststeg under pyrolysen, se figur 1. Dessa massförluststeg är resultatet av avdunstningen av mjukgörare eller andra organiska tillsatser och pyrolysen av polymeren i temperaturområdet mellan 200°C och 500°C. Nedbrytning av oorganiska fyllmedel detekterades mellan 500°C och 700°C. Topparna i DTG-kurvan (massförlusthastighet) representerar temperaturerna för de maximala massförlusthastigheterna. Gram Schmidt-kurvan visar de totala IR-intensiteterna och beter sig som en spegelbild av DTG-kurvan och visar också maximala intensiteter under massförluststegen. Detta bevisar att de utvecklade föreningarna interagerar med IR-strålen.
Tabell 1: Mätförhållanden
| Prov | Boll nr. 1 | Boll nr 2 |
|---|---|---|
| Provets massa | 9.08 mg | 10.38 mg |
| Temperaturprogram | RT till 850°C | |
| Uppvärmningshastighet | 10 K/min | |
| Gasatmosfär | Kväve | |
| Gasens flödeshastighet | 40 ml/min | |
De fullständiga IR-data visas i figur 2 i en temperatur- och vågtalsberoende 3D-plott. TGA-kurvan är ritad i rött längst bak och visar korrelationen mellan massförlusten och ökningen av IR-intensiteten. I det här exemplet undersöks endast det första massförluststeget mer exakt. För detaljerad analys av mjukgöraren extraherades ett 2D FT-IR-spektrum och jämfördes med gasfasbibliotek för Identify de utvecklade föreningarna. Spektret vid 266°C uppvisade stor likhet med biblioteksspektra för di-n-oktylftalat (DOP, blå) och bis(2-etylhexyl)ftalat (DEHP, grön). Man kan anta att en enda förening eller en blandning av olika ftalater frigjordes. Denna jämförelse visar dock tydligt att boll nr. 1 innehåller skadliga ftalater. Eftersom det följande massförluststeget överlappar något med frisättningen av ftalater, hittades också en viss small mängdCO2 med hjälp av FT-IR vid 266°C.
En andra kula undersöktes under samma mätförhållanden. En jämförelse av de båda TGA-mätningarna visas i figur 4. En tydlig skillnad kan observeras i pyrolysbeteendet. Men även för kula nr 2 upptäcktes det första massförluststeget i temperaturområdet mellan 200°C och 280°C, även med en topp i DTG-kurvan vid 266°C. Endast FT-IR kan ge detaljerad information om den ingående mjukgöraren.
Jämförelsen av de extraherade FT-IR-spektra för de två kulproverna, båda extraherade vid 266°C, visar helt olika vibrationsmönster, se figur 5. Jämförelsen av spektrumen vid 266°C för boll nr 2 (blå) med gasfasbiblioteket ger en tydlig överensstämmelse med spektrumet för tributylcitrat (grön). För boll nr 2 ersattes de giftiga ftalatmjukgörarna med giftfri citronsyraester, som också fungerar som mjukgörare.
Sammanfattning
Avgasnings- och nedbrytningsprocesser hos polymerer kan undersökas med termisk analys. Termogravimetri indikerar att gaser frigörs redan under 300°C. Endast utvecklad gasanalys som FT-IR kan Identify de gaser som frigörs. I detta exempel var det möjligt att Identify de olika mjukgörare som användes och därmed skilja mellan giftiga och icke-toxiska tillsatser. PERSEUS® TG 209 F1 Libra® är perfekt lämpad för att lösa denna uppgift.