Inledning
Återvunna polyolefinblandningar som huvudsakligen består av polyeten och polypropen är viktiga råvaror inom mekanisk plaståtervinning. De används för vidarebearbetning till nya formgjutna delar, extruderade produkter, filmer, förpackningskomponenter och tekniska plasttillämpningar, där återvunnet materials sammansättning i hög grad påverkar bearbetningsegenskaperna och det färdiga materialets prestanda. Eftersom PE och PP har olika smältintervall, Kristallinitet / Grad av kristallinitetMed kristallinitet avses graden av strukturell ordning i ett fast ämne. I en kristall är arrangemanget av atomer eller molekyler konsekvent och repetitivt. Många material, t.ex. glaskeramik och vissa polymerer, kan framställas på ett sådant sätt att en blandning av kristallina och amorfa områden uppstår.kristallinitet, bearbetningsfönster och Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet är den termiska karakteriseringen av sådana blandningar avgörande för att bedöma materialets identitet, återvunnet materials kvalitet och lämplighet för vidare bearbetning.
Samtidig termogravimetri och differentiell skanningskalorimetri ger information om både massförlust och termiska övergångar i en enda mätning, vilket gör tekniken särskilt användbar för komplexa blandningar av återvunna polymerer.
Mätförhållanden
Tabell 1: Mätförhållanden
| Instrument | STA Jupiter® |
|---|---|
| Temperaturområde | 30 °C till 600 °C |
| Uppvärmningshastighet | 20 K/min |
| Atmosfär | Kväve |
| Gasflöde | 70 ml/min |
| Provets massa | 13,9 mg |
| Smältdegel | 85 µl Pt/Rh med perforerat lock |
Resultat och diskussion
Den simultana TGA-DSC-mätningen av den återvunna PE-PP-blandningen (figur 1) visar flera karakteristiska termiska effekter. I det lägre temperaturområdet syns två överlagrade endotermiska smälteffekter i DSC-signalen. Den första smältningssignalen uppträder vid cirka 123 °C och kan hänföras till polyetenfraktionen, medan den andra smältningssignalen vid cirka 158 °C är karakteristisk för polypropen. Eftersom återvunna polymerströmmar ofta innehåller delvis överlappande materialfraktioner, tillsatser eller polymerkvaliteter med ett brett smältbeteende, är dessa signaler inte helt isolerade i den råa DSC-kurvan.
Användningen av programvaran NETZSCH Peak Separation är därför fördelaktig. Den gör det möjligt att matematiskt separera de överlappande smälteffekterna och utvärdera dem individuellt. I denna mätning ger de separerade toppareorna individuella smältentalpier på cirka 42 J/g för den PE-relaterade toppen och 106 J/g för den PP-relaterade toppen. Detta förbättrar tolkningen av blandningens sammansättning och gör det enklare att jämföra olika återvinningspartier eller att övervaka förändringar i materialkvaliteten. Utan Peak Separation skulle de överlappande endotermiska effekterna endast vara tillgängliga som en kombinerad termisk respons, vilket minskar precisionen vid komponentspecifik utvärdering.
Vid högre temperaturer visar DSC-kurvan ytterligare termiska effekter i området över 400 °C, medan TGA-kurvan registrerar motsvarande massförlust orsakad av pyrolytisk nedbrytning av polymerblandningen under kväve. Den huvudsakliga nedbrytningen sker över cirka 400 °C och resulterar i en fullständig massförlust. Den samtidiga avläsningen av båda signalerna ökar också tillförlitligheten i tolkningen av komplexa återvunna material. Smältningstopparna inträffar medan TGA-signalen förblir stabil, vilket bekräftar att dessa effekter är FasövergångarBegreppet fasövergång (eller fasförändring) används oftast för att beskriva övergångar mellan fast, flytande och gasformigt tillstånd.fasövergångar snarare än nedbrytningsprocesser. Däremot stämmer DSC-effekterna vid höga temperaturer överens med TGA-massförlusten och kan därför kopplas till nedbrytning. Denna kombinerade information är värdefull för återvinningsföretag och materialbearbetare eftersom den ger insikt i både polymeridentifiering och Termisk stabilitetEtt material är termiskt stabilt om det inte sönderdelas under påverkan av temperatur. Ett sätt att bestämma den termiska stabiliteten hos ett ämne är att använda en TGA (termogravimetrisk analysator). termisk stabilitet inom ett enda experiment utan påverkan av provberedning eller olika mätförhållanden.
Sammanfattning
Den simultana TGA-DSC-analysen ger en kompakt och informativ karakterisering av en återvunnen PE-PP-blandning. Programvaran NETZSCH Peak Separation förbättrar utvärderingen genom att urskilja överlappande smältpunkter och möjliggöra en mer specifik bedömning av de enskilda polymerernas bidrag. Detta gör metoden väl lämpad för kvalitetskontroll, materialidentifiering och processrelevant karakterisering av återvunna polyolefinblandningar.