• Úvod
  • Odborné články
  • Analýza aditiv v plastech pomocí termální desorpce – moderní způsob charakterizace polymerů

Analýza aditiv v plastech pomocí termální desorpce – moderní způsob charakterizace polymerů

Analýza aditiv v plastech pomocí termální desorpce – moderní způsob charakterizace polymerů

Aditiva v plastech hrají významnou roli v životním cyklu polymerních výrobků. Zajišťují mnohé speciální vlastnosti, které samotný polymer není schopen dosáhnout, jako např. dobrá stálost na UV záření, dobrá tepelná odolnost, nízká hořlavost, kluzné vlastnosti aj.

Aditiva mohou být jak anorganická, tak organická, přičemž organická aditiva (stabilizátory, retardéry hoření, kluzná činidla, separátory apod.) lze považovat za dynamicky se rozvíjející oblast trhu. Přítomnost organických aditiv v plastech je důležitá především z hlediska požadovaných a výrobcem deklarovaných vlastností. Zde je na místě připomenout, že u některých výrobkových skupin, zákonné předpisy nedovolují použití libovolných aditiv. Například materiály, určené pro potravinářský průmysl nebo pro farmacii, mohou obsahovat pouze vybraná aditiva, která prošla schvalovacím procesem z hlediska jejich uvolňování a toxicity.
 

ITC Svět kvality a bezpečnosti 
  

Analýza organických aditiv v plastech metodou termální desorpce, spojené s plynovou chromatografií a hmotnostní detekcí je moderní způsob charakterizace plastových výrobků. Principem této metody je řízené zahřívání vzorku plastu v prostředí inertního plynu (helia) na teploty kolem 300°C, kdy dochází k odpařování aditiv ze vzorku do plynné fáze. Tento proces probíhá v desorpční jednotce. Získané páry jsou pak odváděny přes injektor na chromatografickou kolonu. Chromatografická kolona je určena k tomu, aby vzájemně rozdělila jednotlivé látky, které do ní vstupují, přičemž na výstupu z ní je detektor, který je schopen identifikace organických látek. Vzorek poskytuje při termální desorpci řadu látek (zbytkové monomery, oligomery, aditiva), ty jsou separovány při průchodu chromatografickou kolonou a následně identifikovány v hmotnostním detektoru. Schematicky je celý zařízení zobrazeno na obr. č. 1.

 

termální analýza 
   Obr. č. 1 – Sestava termální desorpce s plynovým chromatografem a hmotnostní detekcí 


Interpretací takto získaných dat lze velmi dobře popsat vzorek z hlediska obsahu nizkomolekulárních podílů. Vhodnost dané metody je omezena do molární hmotnosti ca 1000 Da, tzn. že, látky, které mají větší molekulovou hmotnost, již nelze danou metodou analyzovat, jelikož mají vysoký bod varu a tudíž nepřeházejí při desorpčních teplotách do parní fáze. I přes tuto skutečnost umožňuje rozsah metody analyzovat přítomnost běžných aditiv, jako jsou bromované retardéry hoření (PBDE, PBB, HBCD, TBBPA apod.)1, 2, aditiva typu Irgafos 168, Irganox 1076, butylhydroxytoluen (BHT), degradační produkty Irganoxu 1010, dále maziva, silikonové oleje, minerální oleje, vazelína apod.

Vzhledem k výše uvedenému výčtu typů látek se daná metoda často používá jako jedna z analytických separačních metod pro defektoskopii plastů. Přítomnost a/nebo nepřítomnost aditiva může souviset s často se vyskytujícími defekty, jako je vykvétání látek na povrch (blooming), mastný povrch výrobku, předčasná UV degradace (v důsledku absence UV stabilizátorů), vnitřní separace apod.

Následující dvě analýzy ABS kopolymerů dobře demonstrující využitelnost metody termální desorpce, spojené s plynovou chromatografií a hmotnostní detekcí.

Na obr. č. 2 je uveden chromatogram vzorku kopolymeru ABS (poly-akrylonitril-butadien-styren). Takto získaný chromatogram je někdy nazýván „otiskem palce“ daného polymeru, nesoucí v sobě informace o zbytkových monomerech, oligomerech, mazivech, aditivaci aj. V daném případě byly identifikovány stabilizátory Irganox 1076 a Irgafos 168, jejichž přítomnost byla analýzou potvrzena, dále pak byly identifikovány trimery a dimery z výroby samotného ABS kopolymeru – produkty Diels-Alderovy kondenzace monomerů.
 

Obr. č. 2 - Chromatogram kopolymeru ABS, identifikovaná důležitá aditiva: oligomery a stabilizátory Irganox 1076 (22,8 min) a Irgafos 168 (22,1 a 22,9min), dále trimery ABS mezi 17-19 min, dimery mezi 10-13 min 
   Obr. č. 2 - Chromatogram kopolymeru ABS, identifikovaná důležitá aditiva: oligomery a stabilizátory Irganox 1076 (22,8 min) a Irgafos 168 (22,1 a 22,9min), dále trimery ABS mezi 17-19 min, dimery mezi 10-13 min 


Dalším příkladem jsou analýzy plastů, u kterých je podezření na přítomnost recyklátů. Na obr. č. 3 je vyobrazen chromatografický záznam vzorku ABS, který vykazoval velmi špatné mechanické vlastnosti (křehnutí, praskání). Analýza prokázala přítomnost látek typu bromovaných retardérů hoření, stabilizátorů a trifenylfosfátu. Takováto kombinace aditiv byla pro danou aplikaci shledána netypická a napovídá o přítomnosti recyklátů při výrobě výrobku, zejména trifenylfosfát totiž není typické aditivum ABS.
 

Obr. č. 3 – Chromatogram vzorku ABS, identifikovaná majoritní aditiva: trifenylfosfát (9,8 min), dekabromdifenyl eter (16,8 min), dále Irgafos 168 (15,0 min), tetrabrombisfenol A (12,3 min) 
   Obr. č. 3 – Chromatogram vzorku ABS, identifikovaná majoritní aditiva: trifenylfosfát (9,8 min), dekabromdifenyl eter (16,8 min), dále Irgafos 168 (15,0 min), tetrabrombisfenol A (12,3 min) 


Závěr:

Nízkomolekulární látky v polymerech obecně hrají významnou roli z hlediska užitných vlastností výrobku, jako UV stabilita, teplotní stabilita, odolnost proti ozonu, kluzné vlastnosti apod. Kontrola přítomnosti těchto látek v polymeru není snadná analytická úloha a to ani při použití špičkového vybavení laboratoře. Termální desorpce ve spojení s plynovou chromatografií a hmotnostní detekcí se jeví jako velmi vhodná metoda pro charakterizaci nízkomolekulárních podílů v plastech. Tato metoda se osvědčuje především pro svůj praktický dopad při řešení vybraných procesních a technologických problému, spojených s plastikářskou výrobou.
 

Reference:

1) Puype F, Samsonek J. 2008. Evaluation of the quantitative analysis of PBDEs in plastics by thermal desorption GC-MS for soluble plastics. Dioxin 2008. Organohalogen Compounds. 70:1522–1525.
2) J. Samsonek & F. Puype , Food Additives & Contaminants: Part A (2013): Occurrence of brominated flame retardants in black thermo cups and selected kitchen utensils purchased on the European market, Food Additives & Contaminants: Part A, DOI: 10.1080/19440049.2013.829246
 

Více info:

Institut pro testování a certifikaci, a.s.,

třída Tomáše Bati 299, Louky,

763 02 Zlín,

www.itczlin.cz

  • autor:
  • J. Samsonek, F. Puype


Mohlo by vás také zajímat



 

Archiv článků

Nejbližší výstavy a semináře