تجزیه و تحلیل ترکیبات پلیمرهای چند جزئی

یکی از مهمترین کاربردهای TGA، ارزیابی ترکیبات پلیمری است. اطلاعات مشخصه ترکیبات را می توان با استفاده از TGA خودکار گام به گام افزایش داد، جایی که دستگاه TGA به طور خودکار نمونه را حرارت می دهد و سپس آن را در شرایط هم دما نگه می دارد تا دستگاه تغیر وزن قابل توجهی را احساس کند. این تکنیک کمک می کند که بیشترین جدایی و کمترین هم پوشانی بین اجزاء تخریب شده رخ دهد و تجزیه و تحلیل دقیق تر ترکیبات پلیمری فراهم گردد.

یک نمونه از قابلیت روش خودکار گام به گام در ارائه اطلاعات برای توصیف ABS است. این ماده یک آلیاژ پلیمری است که از یک ماتریس SAN (کوپلیمر استریل اکریلونیتریل) با بوتادین تشکیل شده است. بوتادین ترکیب لاستیکی است و خواص مطلوب و سختی آن را به ترکیب ABS می دهد. ABS مقاومت در برابر ضربه بالایی دارد و به طور معمول در ساخت محل قطعات رایانه های شخصی و سایر تجهیزات الکترونیکی به کار می رود. روند کاهش وزن اجزای لاستیک بوتادین بسیار شبیه تجزیه کوپلیمر SAN است و استاندارد TGA نمی تواند این دو رویداد را تفکیک کند. TGA خودکار گام به گام، توانایی تفکیک دو رخداد کاهش وزن را فراهم می کند و تجزیه و تحلیل کمی ترکیب ABS را امکان پذیر می سازد. این موضوع، در نتایج TGA خودکار گام به گام نمونه ABS در شکل 1 نشان داده شده است. مطابق شکل، مولکول لاستیک بوتادین به خوبی از SAN جدا شده و این اطلاعات هویت شناسی خوبی را ارائه می دهد.

شکل 1: نتایج TGA خودکار گام به گامABS ، نشان دهنده جدایی اجزای SAN و بوتادین

یکی دیگر از قابلیت های روش خودکار گام به گام برای جلوگیری از همپوشانی کاهش وزن برای الاستومرها، تایر است. این الاستومرها شامل ترکیبی از پلیمر، افزودنی روغن، کربن سیاه و پرکننده هستند. از آن جایی که این دو رویداد به شدت با هم تداخل می کنند، جداسازی روغن از پلیمر با استفاده از استاندارد TGA دشوار است. با این حال، همان طور که در شکل 2 نشان داده شده با روش خودکار گام به گام، تمام اجزای یک الاستومر تایر می تواند به وضوح شناسایی شود. این اطلاعات برای تولید یک تایر خودرو با استفاده از خواص ویژه و بلند مدت بسیار ارزشمند است.

شکل 2: نتایج TGA خودکار گام به گام الاستومر تایر، نشان دهنده جداسازی روغن، پلیمر، کربن سیاه و پرکننده

اندازه گیری مقادیر اندک مواد فرار

بسیاری از کاربردهای پلیمرها به وقوع تبخیر حتی در سطح پایین، حساس هستند. در مقیاس صنعتی، وجود مواد فرار حتی در مقدار کم (مثلا کمتر از 1٪) بر فرآیند پلیمر بسیار موثر است و می تواند مواردی از قبیل قالب گیری تزریق، خواص ضربه و فرآیند پلیمرها را تحت تاثیر قرار دهد. در شکل 7، تبخیر سطح پایین گرانول PET تحت شرایط ایزوترمال 130 درجه نشان داده شده است. برای این گرانول، کاهش وزن در طی 10 ساعت، 219/0 درصد بود. برای رزین های PET که در ساخت ظروف آشامیدنی استفاده می شود عدم جذب مواد فرار حتی در مقادیر کم مواد بسیار مهم است؛ زیرا در غیر این صورت، طعم نوشیدنی را تحت تاثیر قرار خواهد داد.

شکل 3: انتشار مقادیرپایین PET در شرایط ایزوترمال ملایم در دمای 130 درجه سانتیگراد

بررسی سینتیک تخریبTGA  برای پیش بینی طول عمر

اطلاعات حاصل از آنالیز توزین حرارتی می تواند برای پیش بینی طول عمر مفید برخی از محصولات پلیمری مانند پوشش کابل های برق و مخابرات استفاده شود. روش کار به این صورت است که نمونه با حداقل سه نرخ افزایش درجه حرارت متفاوت گرم می شود. این تفاوت سرعت گرمایش، مقیاس زمانی وقوع تخریب را تغییر می دهد. با سرعت بیشتر گرمایش، دمای تخریب بالاتر می رود. این موضوع، بیانگر ارتباط بین زمان و دما برای تجزیه پلیمر است و اطلاعات حاصل از آن را می توان برای مدل سازی سینتیک تجزیه استفاده کرد.

شکل 4 نشان دهنده نتایج حاصل از TGA بر روی یک نمونه پلی اتیلن با سرعت گرمایش در حدود 1 تا 40 درجه سانتیگراد بر دقیقه است. با افزایش سرعت گرمایش، شروع تجزیه به دماهای بالاتر منتقل می شود. سپس داده ها با استفاده از نرم افزار سینتیک تجزیه، بررسی می شوند. تجزیه و تحلیل سینتیک ارائه شده توسط نرم افزار، پیش بینی اطلاعات ارزشمندی را در مورد مواد پلیمری، مانند تخمین طول عمر ارائه می دهد.

شکل 4: اثر گرما بر تجزیه حرارتی پلی اتیلن

در شکل 5 منحنی های تبدیل یکنواخت نشان داده شده است که زمان رسیدن به سطح خاصی از تبدیل، به عنوان تابعی از درجه حرارت را ارائه می دهد. این مورد، به ویژه برای برآورد طول عمر محصول مفید است. اگر سطح قابل قبول تبدیل بحرانی شناسایی شده باشد، زمان دستیابی به این سطح بحرانی در یک دمای خاص فرآیند قابل پیش بینی است.

شکل 5: منحنی های تبدیل یکنواخت برای تخریب حرارتی پلی اتیلن بر اساس مدل سازی سینتیک

ادامه دارد….

منبع: واحد تحقیق و توسعه آریا پلیمر پیشگام