DSC+Identify 鑒定塑料部件及雜質(zhì)成分

前言

塑料材料種類(lèi)繁多，在工業(yè)領(lǐng)域，進(jìn)行原料、成品與雜質(zhì)的成分鑒別的需求十分常見(jiàn)。DSC 技術(shù)是一種用于鑒別塑料成分的常用輔助手段。傳統(tǒng)上，一般基于 DSC 掃描譜圖上的 Tm（熔融峰溫）、Tg（玻璃化溫度）、△Hm（熔融熱焓）等相關(guān)信息，根據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的相似性，結(jié)合分析者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。Netzsch 公司最新推出的 DSC-Identify 譜圖識(shí)別技術(shù)，基于數(shù)據(jù)庫(kù)中海量譜圖的自動(dòng)檢索與指紋特征匹配，來(lái)對(duì)未知樣品成分進(jìn)行鑒定，為塑料工業(yè)的成分鑒別提供了一種方便而有力的手段。

本文中對(duì)某塑料工程公司送檢的兩種塑料成分，進(jìn)行了 DSC 測(cè)試與成分分析。我們?cè)谶M(jìn)行了 DSC 測(cè)試之后，基于客戶(hù)提供的信息，同時(shí)基于經(jīng)驗(yàn)與文獻(xiàn)查詢(xún)，進(jìn)行了成分的初步判斷。我們又使用DSC-Identify 技術(shù)，進(jìn)行了這一項(xiàng)目所涉兩種塑料成分的進(jìn)一步驗(yàn)證鑒定。

案例 1：POM 管件鑲嵌雜質(zhì)

樣品：藍(lán)色塑料管，螺紋上有黃色塑料雜質(zhì)。

測(cè)試目標(biāo)：客戶(hù)猜想該雜質(zhì)可能是 PC 或 PA66。需通過(guò) DSC 檢測(cè)進(jìn)行推斷。

圖 1  含雜質(zhì)樣品三次升溫的DSC 圖譜

圖 2 經(jīng)液氮快速冷卻后含雜質(zhì)樣品的 DSC 圖譜

圖 1 和圖 2 是對(duì) POM 管件上鑲嵌雜質(zhì)進(jìn)行成分鑒定的 DSC 圖譜。根據(jù) DSC 圖譜信息，大致可以推斷出該雜質(zhì)聚合物可能為 PA66，理由如下：

1)   PC 是一種無(wú)定型的熱塑性工程塑料，在260℃附近的吸熱峰不可能是 PC 的熔融峰。另外，POM 的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度約-60℃，但是在 DSC 曲線(xiàn)上并沒(méi)有出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的吸熱臺(tái)階，所以根據(jù)圖 1 可以排除該雜質(zhì)是 PC 或者 POM 的可能。

2)   從圖 1 可以發(fā)現(xiàn)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著熱處理次數(shù)的增加而逐漸往高溫方向移動(dòng)（大約從10℃ 遷移到60℃左右）。PA66具有這種相似的熱行為，這是因?yàn)?PA66 易于吸濕，而隨著熱處理的進(jìn)行， 材料的濕度逐漸減小，導(dǎo)致了玻璃化溫度向高溫方向移動(dòng)。

3)   至于在 174℃ 左右的寬峰，很可能是雜質(zhì)材料本身的應(yīng)力松弛或熱歷史，因?yàn)樵摴芗牧?POM

的熱處理溫度是在 PA66 的熔點(diǎn)溫度以下來(lái)進(jìn)行的。

4)   圖 2 為對(duì)熔融狀態(tài)下雜質(zhì)材料進(jìn)行液氮淬冷（防止結(jié)晶）之后，進(jìn)行的升溫測(cè)試。可以得到雜質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約在 68℃，與 PA66 的玻璃化溫度文獻(xiàn)值（70...90℃）較為吻合。自 281℃起曲線(xiàn)出現(xiàn)往放熱方向的漂移，或與管材成分 POM 的起始分解有關(guān)。

DSC-Identify 檢索驗(yàn)證

對(duì)圖 1 中的二次升溫曲線(xiàn)進(jìn)行 Identify 檢索，結(jié)果如下：

圖 3 雜質(zhì)樣品實(shí)測(cè)曲線(xiàn)（藍(lán)色）與數(shù)據(jù)庫(kù)中的 PA66-GF30 曲線(xiàn)（紅色）對(duì)比

Identify 檢索結(jié)果亦為 PA66，圖 4 中紅色曲線(xiàn)為數(shù)據(jù)庫(kù)中的 PA66-GF30 圖譜。兩者的相似度為 67.17%。

案例 2：未知塑料齒輪

樣品樣品：硬質(zhì)塑料。

測(cè)試目標(biāo)：判斷該塑料的成分。

圖 4 塑料齒輪的DSC 圖譜

基于圖 4 中的第二次升溫曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)與 PEEK 理論報(bào)導(dǎo)的相關(guān)特征溫度（玻璃化溫度：145～155℃，熔點(diǎn)：335~345℃）十分相似，判斷塑料齒輪材料應(yīng)為 PEEK。

DSC-Identify 檢索驗(yàn)證

圖 5 未知塑料樣品Identify檢索結(jié)果。實(shí)測(cè)曲線(xiàn)（藍(lán)色）與數(shù)據(jù)庫(kù)中的 PEEK 曲線(xiàn)（紅色）對(duì)比

數(shù)據(jù)庫(kù)檢索結(jié)果同樣顯示，該樣品材料最可能為 PEEK，其匹配度高達(dá) 97.41%。而其他聚合物條目的匹配程度均較低。由此進(jìn)一步證實(shí)了該塑料材料應(yīng)為 PEEK 成分。

結(jié)論

在傳統(tǒng)意義上，使用 DSC 方法進(jìn)行塑料成份鑒定，一般基于DSC 掃描譜圖上的 Tm（熔融峰溫）、Tg（玻璃化溫度）、△Hm（熔融熱焓）等相關(guān)信息，根據(jù)與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的相似性，結(jié)合分析者經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。

Netzsch 公司推出的 Identify 智能鑒別技術(shù)，則為塑料成分的 DSC 方法鑒定提供了一種快速、方便而可靠的強(qiáng)有力的工具。值得一提的是，Netzsch Identify 數(shù)據(jù)庫(kù)不僅內(nèi)置了近百種不同聚合物的實(shí)測(cè)譜圖與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，而且還支持用戶(hù)將自測(cè)的聚合物譜圖（如手頭純物質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)樣品的實(shí)測(cè)譜圖）添加到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展，并用于今后的材料鑒定。這就進(jìn)一步提高了實(shí)際應(yīng)用中材料成分鑒定的可靠性，避免了實(shí)際材料與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)在材料純度（共混、填料影響）、分子量分布、支鏈化程度、結(jié)晶程度、工   藝因素等等方面的差異所可能帶來(lái)的匹配偏差。

作者：

徐粱

朱明峰

曾智強(qiáng)