塑料分析與前處理(下):水分、灰分與重金屬分析

2019-10-02

塑料分析與前處理(下):水分、灰分與重金屬分析

在上一篇 塑料分析與前處理(上):添加劑、塑化劑快速萃取我們已介紹如何快速萃取塑膠中的添加劑,本篇將分享快速測定塑膠製品中的水份、灰分與進行重金屬檢驗分析前處理的方法

快速測定塑膠中的水分含量

塑料中的水分含量會影響塑膠的外觀品質與加工程序,因此測定塑料中的水分含量也是製程中一道重要的步驟。本文分享了以CEM SMART系列水分測定儀進行不同類型塑料之水分測定結果, 塑料種類包含:尼龍(Nylon)、ABS塑料(Acrylonitrile Butadiene Styrene)、聚碳酸酯(Polycarbonate)、聚丙烯(Polypropylene,PP)與熱塑性彈性體(Thermoplastic Elastomer,TPE)。

SMART系列水分測定儀可以快速乾燥樣品,依樣品特性自動調控加熱源之頻率,並具有溫度回饋系統,讓溫度維持於溫度控點,精確控制乾燥過程,五分鐘內即可提供高再現性的結果。表1為水分測定結果,並與參考試驗(Reference testing)的數據做比較,參考試驗數據是將樣品置於烘箱中以100℃烘8小時,冷卻後所測得的數值。結果可見SMART系列水分測定儀不僅再現性高、準確度也與參考試驗數據非常相近,兩者差異皆落於0.005%以內。

表1 SMART Q測定塑料水分之結果
樣品參考試驗 水分測定值參考試驗 水分測定值標準差SMART Q 水分測定值SMART Q 水分測定值標準差兩者方法 水分測定值差異
尼龍1.0900.0151.0870.015-0.003
ABS塑料0.3230.0220.3280.0100.005
聚碳酸酯0.1730.0080.1750.0130.002
聚丙烯0.0940.0090.0960.0060.002
熱塑性彈性體0.0620.0100.0610.012-0.001

快速測定塑料中的灰分

塑料中無機物質的含量會影響塑料的性能如耐熱性與韌性,因此灰分測定為塑料品質管控的重要項目之一。

Phoenix微波高溫灰化系統利用微波技術,可快速有效地產生熱量,在30分鐘內達到最佳灰化溫度,10分鐘內可將樣品完成灰化,而傳統高溫爐通常需要1至2小時才可完成灰化。

表2比較了以傳統高溫爐與Phoenix微波高溫灰化系統灰化8種聚合物所花費的時間,可看出以Phoenix微波高溫灰化系統最高能節省97%的塑料灰化時間。

表2 傳統高溫爐與Phoenix微波高溫灰化系統的灰化時間比較
樣品傳統高溫爐 灰化時間(分鐘)Phoenix灰化系統 灰化時間(分鐘)節省時間比例(%)
丁基橡膠(Butyl rubber)902078
碳黑(Carbon Black)9609091
聚酯纖維(Polyester)4801597
聚乙烯(Polyethylene)30583
聚乙烯/碳黑複合材料Polyethylene (% Carbon Black)30777
聚丙烯(Polypropylene)30583
碳化矽混合物(Silicon Carbide Mixture)1201092
硬脂酸鹽(Stearates)90594

塑膠中的重金屬檢驗 – 樣品前處理

塑膠製品中的重金屬可能來自顏色填料、作為熱穩定劑的金屬鹽類或用來當催化劑的過渡金屬化合物。塑膠製品若是遇熱將會釋出這些重金屬,造成人體的危害,或是進到環境中造成水源或土壤的污染。

以下以檢測PET(Polyethylene terephthalate)內重金屬含量為例,PET普遍應用於寶特瓶、食用容器…等的製造。其材質為聚酯纖維,具有許多芳香環與重複單體,使得PET的結構非常穩定,因此成為難以消化的樣品類型之一。

下圖為用MARS 6密閉式微波消化器進行PET塑料的消化結果:

 

用MARS 6密閉式微波消化器進行PET塑料的消化結果:
(左圖) PET消化前;(中圖) PET消化後並稀釋至50 mL;(右圖) MARS 6密閉式微波消化器

 

將0.25克PET樣品放於 iPrep® 密閉式超高壓反應瓶組中,加入10 mL濃硝酸,置於MARS 6密閉式微波消化器中進行微波消化反應。相較於傳統方法需用到硫酸、並難以得到清澈的消化溶液,使用MARS 6密閉式微波消化器進行PET的消化,結果可得澄清無色的溶液,以利後續的ICP或ICP-MS重金屬分析。

突破傳統塑膠分析檢驗的瓶頸

面對不同塑料與塑膠製品分析檢驗的應用需求,本文介紹了因應數種檢驗需求而發展的不同技術,突破了以往冗長的前處理過程與測定時間,並能得到高再現性的實驗數據,提供塑膠產業及相關領域快速、便利之解決方案。

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參考文獻