Plasty

24. dubna 2017 00:36

Testovanie materiálu z recyklovaného polyvinyl butyralu využitím Fourierovej infračervenej spektroskopie (FTIR)

Infračervená spektroskopia sa používa na identifikáciu hlavných zložiek v materiáli, ktorý chceme identifikovať, tiež na charakterizáciu štruktúry a chemického zloženia jednotlivých materiálov, ako aj na sledovanie niektorých reakcií, ktoré prebiehajú na povrchu. Jej veľkou výhodou je, že je to metóda jednoduchá a ekonomická a poskytuje informácie tak o látkach kryštalických ako aj o mikrokryštalických čiže amorfných. [1], [3]

Príprava materiálu z recyklovaného polyvinyl butyralu

Polyvinyl butyral je termoplast, ktorý sa zvyčajne používa pre aplikácie vyžadujúce silné väzby, optické vlastnosti (priehľadnosť), priľnavosť k mnohým plochám, pevnosť a pružnosť. Pripravuje sa z polyvinylalkoholu po reakcii s butyraldehydom. [3] Medzi hlavné aplikácie použitia je použitie na vrstvené bezpečnostné sklo pre automobilový priemysel. Práve po ukončení životnosti sa tento druh termoplastu recykluje (obr. 1) a opätovne sa dostáva do výrobného procesu.

Obr. 1: Recyklovaný polyvinyl butyral (vľavo), zhomogenizovaný recyklovaný polyvinyl butyral (vpravo) [3]

Na prípravu lisovaného materiálu bolo použité kontinuálne miešanie. Na kontinuálne miešanie polymérov sa v moderných technologických linkách využívajú dvojzávitovkové miešacie zariadenia. [2] Termoplasty, ku ktorým polyvinyl butyral patrí, sa takmer výlučne pripravujú na dvojzávitovkových zariadeniach, menej náročné miešania na jednozávitovkových zariadeniach so zaradenými hnetacími a miešacími elementmi. [3]

Charakteristika použitej metódy – infračervená spektroskopia

Infračervená časť elektromagnetického spektra je rozdelená do troch skúmaných oblastí a to, blízkej, strednej a vzdialenej, ktoré sú definované vzhľadom k ich polohe, oproti jej viditeľnej oblasti spektra. Ďaleko-infračervené (približne 400–10 cm−1) žiarenie porovnateľné s oblasťou žiarenia mikrovlnej rúry, má nízku energiu a môže byť použité na vírivú spektroskopiu. Stredno-infračervené (približne 4 000–400 cm−1) môže byť použité na štúdium základného chvenia a spojené s vírivo-vibračným chvením, zatiaľ čo vyššia energia blízko infračerveného spektra (14 000–4 000 cm−1) môže rozrušiť harmonické chvenia. [3] Na nasledujúcom obrázku 2, je graficky znázornený princíp zobrazovania informácií pomocou FTIR.

Obr. 2: Grafické zobrazenie spôsobu spracovania vzorky pomocou metódy FTIR

Zdrojom žiarenia pre strednú a ďalekú infračervenú oblasť sú keramické tyčinky rozžeravené na vysokú teplotu (nad 1 000 °C), ktoré emitujú infračervené žiarenie. Základným optickým komponentom FT-IR spektrometra je interferometer, ktorý pozostáva z dvoch navzájom kolmých zrkadiel a z rozdeľovača lúča. [3] Jedno zo zrkadiel má zafixovanú polohu, kým druhé sa pohybuje po určenej dráhe konštantnou rýchlosťou. Rozdeľovač lúčov je polopriepustná platnička vyrobená z materiálu, ktorý je transparentný v spektrálnej oblasti, pre ktorú je rozdeľovač lúčov určený. [3] Na nasledujúcom obrázku 3 je zobrazený prístroj, pomocou ktorého sa vzorka materiálu z recyklovaného materiálu analyzovala.

Tab. 1 Výsledky FTIR analýzy pre materiál z recyklovaného PVB

Testovaný
zväzok
Názov
zväzku
Rozsah
zväzku
Rozsah absorpcie
a intenzita žiarenia [cm-1]
Slabý Stredný Silný
C = C Aromatický kruh 1400–1200 1760–1670
C = O Karbonylová skupina 1800–1600 1600–1500
C = H Alkény 3000–2800 3080–3020
N = H Amíny 3600–3200 3500–3300

Ten obsahuje informácie o intenzitách pre každý vlnočet v celom rozsahu spektra. V tabuľke1 sú prezentované výsledky analýzy FTIR pre zhomogenizovaný recyklovaný polyvinyl butyral. Po analýze je známe, kým pri interferograme je intenzita žiarenia dopadajúceho na detektor funkciou dráhového rozdielu oboch lúčov, v prípade „klasického“ spektra je intenzita funkciou vlnočtu infračerveného žiarenia. [2], [3] Preto je potrebné prepočítať interferogram na tvar klasického spektra pomocou matematického vzťahu – Fourierovej transformácie.

Obr. 3: Prístroj VARIAN 620-IR [3]

Z výsledkov je známe, že recyklovaný polyvinyl butyral, je tvorený rôznymi druhmi látok, ktoré tvoria jeho primárnu časť a na druhej strane, vzhľadom nato, že ide o materiál po recyklácií, je možné, že sa v materiáli nachádzajú aj látky v podobe nečistôt, po predchádzajúcom recyklovanom materiáli. Pri analýze materiálu, infračervené žiarenie zo zdroja dopadá na rozdeľovač lúčov, kde sa rozdelí na dve časti, pričom jedna časť dopadá na fixné zrkadlo a druhá na pohybujúce sa zrkadlo. [1], [3] Po odraze od zrkadiel sa lúče vracajú späť na rozdeľovač lúčov. Keďže dráhový rozdiel oboch lúčov sa mení, a to v závislosti od polohy pohyblivého zrkadla, lúče pri spätnom dopade na rozdeľovač lúčov interferujú a signál dopadajúci na detektor generuje interferogram. [3]

Použitá literatúra:
[1] Plasty, Fakulta priemyselných technológií, Trenčianská univerzita, Učebné texty, [online], [citované 2015-05-07] dostupné z WWW < www.fpt.tnuni.sk>
[2] CHMIELEWSKA, E.: Odpady: Vysokoškolské skriptá. Bratislava: Prírodovedecká fakulta UK 1997, s. 129–130, ISBN 80-967774-3-2
[3] KNAPČÍKOVÁ, L.: Optimalizácia technologických procesov pri zhodnocovaní plastov, Dizertačná práca, TUKE FVT, s. 186, 2011

Ing. Lucia Knapčíková, PhD.
Fakulta výrobných technológií TU Košice
so sídlom v Prešove
Bayerova 1, 080 01 Prešov
e-mail: lucia.knapcikova@tuke.sk

Mohlo by se Vám líbit

Střízlivíme. Digitalizace je nástroj, problémy za nás nevyřeší

Za technologie utrácíme jako zběsilí. Divoká digitalizace nás dostala do stavu, kdy zavádíme jeden systém za druhým, ale vytěžit z nich dokážeme minimum. Trápí se […]

Vysokorychlostní kuličková ložiska se snadnou manipulací a velkou trvanlivostí od společnosti NSK

Tam, kde jsou vyžadovány velké provozní rychlosti, snadná manipulace a velká trvanlivost, mohou konstruktéři s výhodou využít nová čtyřbodová kuličková ložiska od společnosti NSK. Ložiska […]

Rösler Smart Solutions: Digitální sledování parametrů procesní vody

Lepší pochopení procesu zlepšuje výsledky povrchových úprav omíláním Z ekonomických a ekologických důvodů se stalo nezbytným čištění a recyklace procesní vody v aplikacích hromadných povrchových […]