Chemická analýza a struktura polymerů

• Laboratoř separačních metod
• Laboratoř spektrálních metod
• Laboratoř elementární analýzy a elektrochemie
• Laboratoř roztokových metod
• Laboratoř termoanalytických a jiných speciálních metod
• Testování mechanických vlastností polymerů

Členové odboru mají znalosti a zkušenosti v oblasti analýzy plastů a aditiv do plastů pomocí chemických i fyzikálních metod, které využívají postupů podle mezinárodních standardů (ISO, DIN, ASTM) nebo byly v laboratořích vyvinuty či modifikovány.

Z hlediska polymerní chemie je pracoviště tradičně zaměřeno na polyolefiny, především polyethylen a polypropylen.

Přístrojové vybavení umožňuje zkoumat:

• molekulární strukturu polymerů
• obsah a charakter nepolymerních složek, jako jsou plniva, stabilizátory a jiné aditivační přísady, nečistoty a zbytky z předchozích technologických operací (např. stopy katalyzátorů polymerace, pomocné chemikálie, rozpouštědla,...)
• čistotu vstupních surovin (monomerů, pomocných materiálů a aditiv)
• složení neznámých sloučenin přítomných v polymerech nebo dodaných separátně

Laboratoř separačních metod

Laboratoř využívá chromatografické metody (TLC, GC, HPLC) za účelem provádění analýz jako např.:

• identifikace a stanovení obsahu stabilizátorů a jiných aditiv, jakož i některých jejich produktů transformace v plastech (PP, PE, ABS, polystyren, polykarbonáty, PVC)
• identifikace a stanovení obsahu stabilizátorů v provozních úsadách
• identifikace látek způsobujících zápachy technikou stripování v uzavřeném okruhu a technikou head space analýzy ve spojení s plynovou chromatografií a hmotnostní detekcí
• stanovení stopových nečistot v monomerech (CO, CO₂, AsH₃, PH₃, COS, H₂S, merkaptany, alkoholy, ketony, dieny, acetyleny)
• identifikace a stanovení zbytkových monomerů v plastech technikou head space ve spojení s hmotnostní detekcí (statická, dynamická a stripování v uzavřeném okruhu)
• analýzy rozpouštědel, olejů, vosků, emulgátorů
• analýzy ředidel a nátěrových hmot
• analýzy plynů
• analýzy vod

Laboratoř spektrálních metod

Infračervená spektroskopie se používá jak pro kvalitativní studie typu:

• identifikace polymerních materiálů, identifikace stabilizátorů a aditiv
• obecná identifikace látek a stanovení čistoty látek
• FTIR mikroskopie
• hodnocení složení koextrudovaných desek (tloušťky vrstev, stabilizace)
• identifikace vad v materiálech pomocí IR mikroskopu Continuum až do velikosti 15 x 15µm

tak i pro kvantitativní analýzy jako je např.:

• složení kopolymerů, obsah aditiv v polymerech, monitorování degradativních změn v polymerech
• stupeň větvení, stupeň krystalinity v semikrystalických polymerech, dichroický poměr v orientovaných polymerních vzorcích

UV - VIS - NIR spektroskopie je používána např. pro

• kontrolu čistoty organických rozpouštědel
• fotometrickou kontrolu dávkování stabilizátorů
• stanovení -OH skupin na silikovém nosiči
• stanovení obsahu polystyrenu ve styrenu (ASTM D2121)
• stanovení obsahu p-tert-butylkatechinu ve styrenu (ASTM D4590)
• spektrofotometrické stanovení některých kovů

NMR spektroskopie - příklady aktivit v této oblasti:

• identifikace látek, stanovení jejich struktury, měření čistoty, stupně deuterace
• měření stupně izomerace polymerních řetězců
• větvení polymerů, detekce, identifikace a kvantifikace větví
• strukturní defekty makromolekul, stanovení takticity
• analýza blokových kopolymerů propylen/ethylen, stanovení číselné molekulové hmotnosti prostřednictvím kvantitativní analýzy koncových skupin

Atomová absorpční spektroskopie
je spektrální metoda používaná pro kvalitativní i kvantitativní stanovení kovů. Možné aplikace: analýza složení katalytických systémů, zbytkové koncentrace katalyzátorů v polymeru, obsah plniva v plněných materiálech, obsahy kovů v plnivech.

V souvislosti s podmínkami, které klade na obaly Zákon o obalech č. 477/2001, nabízíme stanovení obsahu čtyř těžkých kovů: Pb, Cd, Hg a Cr^VI v materiálu obalu dle ČSN 13 695-1.

Atomová absorpční spektrometrie s elektrotermickou atomizací (ETA-AAS)
Tato varianta AAS běžně pracuje s koncentracemi kovů v desítkách až jednotkách ppb za použití minimálního množství vzorku. Spojení takto citlivé analytické metody s mikrovlnným rozkladem vzorků dává možnosti stanovení stopových koncentrací prvků. Možnou aplikací ETA-AAS je stanovení stopových nečistot v monomeru.

Laboratoř elementární analýzy a elektrochemie

V laboratoři je možno provádět následující stanovení:

• stanovení vody metodou Karl Fischera (titračně i coulometricky) v kapalných i pevných matricích
• stanovení bromového indexu
• stanovení obsahu sazí a popela v plastech
• stanovení aktivního kyslíku (peroxidu)
• stanovení fluoru a chloru v plastech, měření vodivosti a pH

Laboratoř roztokových metod

Pracoviště je schopno provádět mimo jiné:

• stanovení průměrných relativních molekulových hmotností a distribučních křivek u lineárního PE, PP a jejich kopolymerů, PS popř. dalších rozpustných plastů pomocí gelové permeační chromatografie (GPC)
• stanovení viskozitního čísla a limitního viskozitního čísla polymerů popř. kopolymerů viskozimetrií při zvolené teplotě a ve zvoleném rozpouštědle podle norem ISO 1628 a ISO 307
• GPC stanovení větvených typů PE - spojení GPC přístroje s viskozimetrickým detektorem umožňuje stanovení větvícího koeficientu, větvícího faktoru a distribuce větví v celém rozsahu měřených molekulových hmotností
• stanovení strukturní heterogenity semikrystalických polymerů, zejména PE a PP, pomocí metody TREF v analytickém či preparativním modu

Laboratoř speciálních metod hodnocení materiálů

Standardně se provádí následující měření:

Termická analýza - DSC, DTA, DTG:

• stanovení teploty tání a krystalizace a tepla tání a krystalizace polymerů i jiných materiálů
• hodnocení strukturní heterogenity PE (PP) metodou SIS(SSA)/DSC (strukturní analýza na principu frakcionace pomocí izotermální krystalizace z taveniny polymeru)
• stanovení stupně krystalinity polymerů a kompozitních materiálů
• měření teploty skelného přechodu polymerů
• analýzu směsí polymerů na základě charakteristických teplot tání
• studium kinetiky krystalizace
• měření při nízkých teplotách (do -90 °C)
• stanovení termooxidační stability polyolefinů (ČSN EN 728)
• sledování termické stability a hmotnostních změn látek v teplotním intervalu 25-1000 °C
• stanovení obsahu anorganické a organické fáze v kompozitech

Metody měření distribuce segmentů a obsahu větví v kopolymeru, kompoziční distribuce
Vedle GPC, isotermní krystalizace a NMR jsou aplikovány metody frakční krystalizace jak z roztoku, tak z taveniny:

• temperature rising elution fractionation (TREF) - kompoziční distribuce, distribuce podle schopnosti krystalizovat
• successive multistep isothermal crystallisation (SIC, SIS)
• successive self-nucleation annealing (SSA, SNA)
• kombinace metod, např. TREF-SIC, TREF-SNA

Mikroskopie zahrnuje jak optickou spektroskopii pro zkoumání vzorků v procházejícím a odraženém světle, tak i elektronovou mikroskopii (SEM/EDX), která je aplikovaná pro morfologické studie polymerů, kompozitních materiálů, plniv, jakož i jiných pevných materiálů. Typické příklady použití této metody jsou:

• stanovení velikosti částic a jejich tvaru
• dispergace anorganických plniv a elastomerů v kompozitních materiálech
• kvalitativní a semikvantitativní analýzu prvků (EDX, Z=11+, nebo Z=5+) v popelech polymerů a kompozitů a úsadách na filtračních sítech extruderů a jiných pevných látkách

Rentgenová analýza (XRD) - tato metoda se provádí formou externí spolupráce, přičemž je k dispozici difraktometr SIEMENS D-500. Používá se jak pro kvalitativní, tak i pro kvantitativní analýzu vzorků, stanovení stupně krystalinity, zkoumání velikosti krystalitů, stanovení stupně orientace.

Hodnocení práškovitých materiálů. K dispozici jsou následující metody:

• stanovení distribuce velikosti částic (laserový analyzátor velikosti částic, 0.02-2000 µm)
• stanovení bělosti prášků a kompozitních materiálů

Ostatní metody hodnocení

• Testování hořlavosti:
  • stanovení limitního kyslíkového čísla (ISO 4589, ČSN 640756)
  • metodika UL-94 (HB, V-0, V-1, V-2)
  • zkouška žhavou smyčkou (DIN IEC 695, ČSN 345615)
  • hodnocení hořlavosti (DIN 4102-1/B2)
  • hodnocení rychlosti šíření plamene (ISO 3795)

Speciální metody pro automobilový průmysl

• hodnocení čistoty dílů podle ISO 16 232
• provádění a hodnocení mikrotomových řezů na součástkách pro automobilový průmysl
• hodnocení emisního chování plastů:
  • emise organického uhlíku podle PV 3341 (Volkswagen)
  • fogging test podle PV 3015 (Volkswagen)
  • odour test podle PV 3900 (Volkswagen)
  • emise formaldehydu podle PV 3925 (Volkswagen)