Inledning
Polymerblandningar är en kombination av två eller flera polymerer. De kombineras för att skapa ett nytt material med andra fysiska egenskaper än sina råmaterial. De kan vara kostnadseffektiva alternativ till dyra tekniska polymerer. Blandningar av ABS och PC används ofta som höljen för elektriska apparater och vitvaror samt inom fordonsindustrin för interiörpaneler. Dessa blandningar kombinerar utmärkta bearbetningsegenskaper med hög värmebeständighet och slagtålighet som är överlägsen de enskilda komponenterna. För ännu högre seghet kan blandningar av PA6 och ABS användas. Ett annat intressant exempel är kombinationen av POM och PTFE. Blandningen kombinerar egenskaperna hos självsmörjande material, en låg friktionskoefficient och förbättrade slitstyrkaegenskaper genom att tillsätta small mängder PTFE till POM.
Därför används dessa blandningar i tribologiska tillämpningar som t.ex. växelsystem. Samtidigt som blandningarna ger betydande fördelar under sin livslängd, försvårar de återvinningen i slutet av livslängden. Ett av de mest grundläggande problemen är att identifiera materialet som en blandning samt dess sammansättning för att säkerställa att det sorteras på rätt sätt och kan återanvändas om möjligt.
TGA-FT-IR-mätning och tolkning
Identifiering av komponenterna i en blandning görs ofta genom spektroskopisk eller kromatografisk analys. Även kombinationen av TGA och FT-IR kan vara ett användbart verktyg för identifiering av blandningar. Å ena sidan ger massförluststegen information om polymermängden och å andra sidan fungerar pyrolysgaserna, som detekteras med FT-IR, som polymerens fingeravtryck och hjälper till med identifieringen.
Olika blandningar undersöktes med PERSEUS® TG 209 F1 Libra® under de mätförhållanden som anges i tabell 1.
Tabell 1: Mätförhållanden
| Provmaterial | POM/PTFE | PA6/ABS | PC/ABS |
|---|---|---|---|
| Provets massa | 10.57 mg | 9.72 mg | 10.38 mg |
| Temperaturprogram | RT - 850°C | RT - 850°C | RT - 850°C |
| Uppvärmningshastighet | 10 K/min | 10 K/min | 10 K/min |
| Gasatmosfär | Kväve | Kväve | Kväve |
| Gasens flödeshastighet | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Smältdegel | Al2O3 (85 μl), öppen | Al2O3 (85 μl), öppen | Al2O3 (85 μl), öppen |
Figur 1 visar de erhållna TGA-FT-IR-data för POM/PTFE-blandningen. Två massförluststeg på 92,6% och 1,3% detekterades med toppar i DTG-kurvan vid 366°C och 582°C. Gram Schmidt-signalen, som visar de övergripande IR-förändringarna, beter sig som en spegelbild av DTG. Maxima observerades i samma temperaturområde.
De fullständiga IR-data för POM/PFTE-blandningen 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. För identifiering av de utvecklade gaserna extraheras de enskilda spektrumen och jämförs med NETZSCH FT-IR-databasen för polymerer, som består av pyrolysspektra för vanliga polymerer. 2D-spektrumet under det första massförluststeget överensstämde väl med pyrolysgaserna från POM (grön).
Nedbrytningsprodukter av PTFE (orange) hittades under det andra massförluststeget, jämför figur 3. Av denna analys kan man dra slutsatsen att den undersökta blandningen huvudsakligen bestod av POM med en mindre mängd PTFE.
Den andra exemplariska blandningen som undersöktes var en blandning av PA6 och ABS. Figur 4 visar TGA-kurvan med en massförlust på 98% och Gram Schmidt-kurvan med en topp vid 462°C. Från dessa kurvor kunde man inte se att det undersökta provet består av mer än ett material. Endast utvecklad gasanalys kan ge mer insikt.
2D-spektrumet extraherades vid 456°C (rött) och jämfördes med NETZSCH FT-IR-databasen för polymerer, se figur 6. Denna jämförelse visar tydligt att det uppmätta spektrumet är en blandning av mer än en polymer. PA6 hittades med den högsta likheten. Efter spektrumsubtraktionen hittades ABS som den andra föreningen i denna blandning. De röda cirklarna visar unika vibrationsband för PA6 i det uppmätta spektrumet, medan de blå cirklarna markerar karakteristiska band för ABS.
Den tredje blandningen av ABS och PC kunde också lätt identifieras genom TGA-FTIR-koppling. Figurerna 7 och 8 visar de erhållna mätdata. Två överlappande massförluststeg på 30,0% och 45,7% detekterades med toppar i DTG-kurvan vid 438°C och 520°C. Gram Schmidt-kurvan visar toppar vid samma temperaturer. Jämförelsen av de uppmätta spektrumen vid dessa temperaturer med NETZSCH FT-IR-databasen för polymerer gav god överensstämmelse med ABS för det första massförluststeget och PC för det andra massförluststeget.
Slutsats
Dessa exempel visar att kombinationen av TGA och FT-IR är ett mycket lämpligt verktyg för Identify polymerblandningar. TGA-kurvor möjliggör kvantifiering av polymerinnehållet, medan identifiering av polymererna görs med hjälp av pyrolysgaserna jämfört med gasfasbiblioteket NETZSCH FT-IR Database for Polymers. Det är en bra lösning när kvantifierbara resultat behövs. Speciellt när polymeren är svart, vilket kan försvåra FT-IR-analys via ATR. Begränsningar kan uppstå när pyrolysgaser interagerar och bildar nya molekyler, som skiljer sig från de föreningar som frigörs från rena polymerer.