应用案例 | DSC+Identify 鉴定塑料部件及杂质成分

DSC+Identify 鉴定塑料部件及杂质成分

前言

塑料材料种类繁多，在工业领域，进行原料、成品与杂质的成分鉴别的需求十分常见。DSC 技术是一种用于鉴别塑料成分的常用辅助手段。传统上，一般基于 DSC 扫描谱图上的 Tm（熔融峰温）、Tg（玻璃化温度）、△Hm（熔融热焓）等相关信息，根据与文献数据的相似性，结合分析者经验进行判断。Netzsch 公司最新推出的 DSC-Identify 谱图识别技术，基于数据库中海量谱图的自动检索与指纹特征匹配，来对未知样品成分进行鉴定，为塑料工业的成分鉴别提供了一种方便而有力的手段。

本文中对某塑料工程公司送检的两种塑料成分，进行了 DSC 测试与成分分析。我们在进行了 DSC 测试之后，基于客户提供的信息，同时基于经验与文献查询，进行了成分的初步判断。我们又使用DSC-Identify 技术，进行了这一项目所涉两种塑料成分的进一步验证鉴定。

案例 1：POM 管件镶嵌杂质

样品：蓝色塑料管，螺纹上有黄色塑料杂质。

测试目标：客户猜想该杂质可能是 PC 或 PA66。需通过 DSC 检测进行推断。

图 1  含杂质样品三次升温的DSC 图谱

图 2 经液氮快速冷却后含杂质样品的 DSC 图谱

图 1 和图 2 是对 POM 管件上镶嵌杂质进行成分鉴定的 DSC 图谱。根据 DSC 图谱信息，大致可以推断出该杂质聚合物可能为 PA66，理由如下：

1)   PC 是一种无定型的热塑性工程塑料，在260℃附近的吸热峰不可能是 PC 的熔融峰。另外，POM 的玻璃化转变温度约-60℃，但是在 DSC 曲线上并没有出现对应的吸热台阶，所以根据图 1 可以排除该杂质是 PC 或者 POM 的可能。

2)   从图 1 可以发现，玻璃化转变温度随着热处理次数的增加而逐渐往高温方向移动（大约从10℃ 迁移到60℃左右）。PA66具有这种相似的热行为，这是因为 PA66 易于吸湿，而随着热处理的进行， 材料的湿度逐渐减小，导致了玻璃化温度向高温方向移动。

3)   至于在 174℃ 左右的宽峰，很可能是杂质材料本身的应力松弛或热历史，因为该管件材料 POM

的热处理温度是在 PA66 的熔点温度以下来进行的。

4)   图 2 为对熔融状态下杂质材料进行液氮淬冷（防止结晶）之后，进行的升温测试。可以得到杂质的玻璃化转变温度大约在 68℃，与 PA66 的玻璃化温度文献值（70...90℃）较为吻合。自 281℃起曲线出现往放热方向的漂移，或与管材成分 POM 的起始分解有关。

DSC-Identify 检索验证

对图 1 中的二次升温曲线进行 Identify 检索，结果如下：

图 3 杂质样品实测曲线（蓝色）与数据库中的 PA66-GF30 曲线（红色）对比

Identify 检索结果亦为 PA66，图 4 中红色曲线为数据库中的 PA66-GF30 图谱。两者的相似度为 67.17%。

案例 2：未知塑料齿轮

样品样品：硬质塑料。

测试目标：判断该塑料的成分。

图 4 塑料齿轮的DSC 图谱

基于图 4 中的第二次升温曲线，发现与 PEEK 理论报导的相关特征温度（玻璃化温度：145～155℃，熔点：335~345℃）十分相似，判断塑料齿轮材料应为 PEEK。

DSC-Identify 检索验证

图 5 未知塑料样品Identify检索结果。实测曲线（蓝色）与数据库中的 PEEK 曲线（红色）对比

数据库检索结果同样显示，该样品材料最可能为 PEEK，其匹配度高达 97.41%。而其他聚合物条目的匹配程度均较低。由此进一步证实了该塑料材料应为 PEEK 成分。

结论

在传统意义上，使用 DSC 方法进行塑料成份鉴定，一般基于DSC 扫描谱图上的 Tm（熔融峰温）、Tg（玻璃化温度）、△Hm（熔融热焓）等相关信息，根据与文献数据的相似性，结合分析者经验进行判断。

Netzsch 公司推出的 Identify 智能鉴别技术，则为塑料成分的 DSC 方法鉴定提供了一种快速、方便而可靠的强有力的工具。值得一提的是，Netzsch Identify 数据库不仅内置了近百种不同聚合物的实测谱图与文献数据，而且还支持用户将自测的聚合物谱图（如手头纯物质或标准样品的实测谱图）添加到数据库中，以对数据库进行扩展，并用于今后的材料鉴定。这就进一步提高了实际应用中材料成分鉴定的可靠性，避免了实际材料与文献数据在材料纯度（共混、填料影响）、分子量分布、支链化程度、结晶程度、工   艺因素等等方面的差异所可能带来的匹配偏差。

作者：

徐粱

朱明峰

曾智强