分析技術の組合せを用いるプラスチック中の難燃性材料の定量

白書

Anthony Fong著、Jesse Allen博士、そしてYanika Schneider博士

抽象

難燃性化合物は社会において重要な目的を果たし、特に他の材料よりも可燃性であるプラスチックにおいて特に重要です。 市販製品における難燃剤の有効性を評価するためには、濃度と組成の両方を知ることが重要です。 しかしながら、難燃剤の多様性のために、適切な分析方法は必ずしも明白ではない。 この出版物では、我々は難燃性を持つと宣伝されている未知のプラスチックの箱を分析します。 私たちは一連の分析技術を使い、互いの互換性を評価します。

はじめに

難燃性材料は、生命および性質を保護するための重要な種類の材料を構成する。 これらの化合物は火の広がりを遅らせるか、または止めるのを助けることができます、そしてそれ自体は典型的に様々な消費財に見られます。 これらの化合物の正確な組成と濃度は、特に訴訟の場合に、それらの効力を決定するために不可欠です。1

臭素化、リン、窒素、塩素化、および水和アルミニウム、酸化マグネシウム、および三酸化アンチモンなどの無機化合物を含む、多くの異なる遅延材料が市販されている。2-4

様々な難燃性材料のために、組成を決定するためにいくつかの分析ツールを使用しなければならない。 この刊行物では、市販のプラスチック製箱を以下の組み合わせを用いて分析した。 フーリエ変換赤外分光法 (FTIR)、 蛍光X線スペクトロスコピー (XRF)および ガスクロマトグラフィー質量分析 (GCMS)難燃剤成分の組成および濃度を決定するための相補的技術の力を説明する。

実験

図1に示すプラスチック製の箱は、オンライン小売業者から購入しました。 バンドソーを使って箱を3つに切りました。 実験は以下に記載するようにFTIR、XRFおよびGCMS技術を用いて実施した。

図1 難燃剤入りプラスチックボックスの写真。

図1 難燃剤入りプラスチックボックスの写真。

FTIR:試料のごく一部を赤外線透過性基材に移し、連続モード顕微鏡を備えたThermo − Nicolet XNUMXフーリエ変換赤外(FTIR)分光計を用いて透過モードで検査した。 分析スポットサイズは、およそ6700ミクロン×100ミクロンであった。 OMNIC 100ソフトウェアを用いてデータ分析を行った。

XRF:ロジウムX線源X線管、真空雰囲気および直径XNUMXmmの分析領域を有するRigaku Primus II WDXRFを使用して蛍光X線(XRF)を実施した。 この分析は、XPMX(ベリリウム)の原子番号(Z)からXNUMX(ウラン)までの元素を、百万分の一(ppm)の範囲の低濃度から最大XNUMX%までの濃度で検出することができる波長分散分光計(WDXRF)を利用した。重量で。

GCMS:抽出物は、プラスチックの小片をジクロロメタンに溶解して調製しました。 抽出物は、Agilent6890Aガスクロマトグラフ/ Agilent 5973質量分析計で質量選択検出器(MSD)を使用し、30 m X 0.25 mm DB-5MS(J&W Scientific)カラムを使用して1 mL / minの流量で分析しました。 難燃性材料が決定されたら、既知の濃度の市販の標準を使用して1点検量線を作成しました。

結果と考察

図1に示す市販のプラスチック箱を透過モードでFTIRによって調べた。 得られたスペクトルを図2(ブラックボックス)に示します。 スペクトルは、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX、およびXNUMXにおけるピークによって支配され、これらは、ライブラリ参照との比較によって決定されるように、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)に起因する。 ABSに加えて、テトラブロモビスフェノールA(TBBPA)に起因する他のいくつかのピークがXNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMX、XNUMXおよびXNUMXに観察された。 TBBPAは、さまざまな用途で一般的に使用されている難燃剤です。3062ABSの開始剤重合でもあります。 さらに、3027 cm-2922に微量エステルが観察され、これはプラスチック中の添加剤であり得る。 まとめると、これらの結果は、TBBPAがプラスチック中の主要な難燃剤成分でありそしてベースポリマーがABSであることを実証している。

図2:ABSとTBBPAの存在を示す難燃剤充填ボックスのFTIRスペクトル

図2:ABSとTBBPAの存在を示す難燃剤充填ボックスのFTIRスペクトル

XRFは小さなプラスチック片上で直接行われ、結果は表XNUMXに要約されている。 代表的なXRFスペクトルを図XNUMXに示す。 検出された主な元素は、C、Br、Sb、NおよびOを含む。CおよびNの存在は、ABSベースポリマーのFTIR所見を裏付ける一方、高い臭素レベルは、難燃剤成分としてのTBBPAの存在を支持する。 また、約30%のアンチモン含有量は、三酸化アンチモンがプラスチック中の第2の難燃剤成分であり得ることを示唆し、これはSb対Oの比によっても支持される。三酸化アンチモンは、臭素化化合物と組み合わせて通常用いられる無機難燃剤である。5

表1:XRFによる元素組成a

表1:XRFaによる元素組成

a 結果は、測定元素と検出元素の100%に正規化されています

b 観察されたレベルでは、濃度は機器の背景からかなりの貢献をするかもしれません

図3:高レベルのBrとSbを示す難燃剤充填ボックスのXRFスペクトル

図3:高レベルのBrとSbを示す難燃剤充填ボックスのXRFスペクトル

ジクロロメタンポリマー抽出物についてGCMS分析を実施し、主要揮発物を表XNUMXに要約する。 TBBPAの存在は、やはり図XNUMXに示される質量スペクトルによって確認される。 酸化防止剤およびABS誘導体を含む他の化合物がプラスチック中に観察される。 トリブロモビスフェノールAはTBBPAの脱臭素化生成物であることに留意されたい。 6

抽出溶液中のTBBPAの濃度は、既知濃度のTBBPAを用いたXNUMX − pt較正を用いて決定した。 抽出物中のTBBPAの量は1 mg / mLであることがわかり、これは約6.83 wt%に相当します。 次いで、抽出物中のBrの量は、およそXNUMX重量%であると計算される。 この値は、XRFによって決定されたXNUMX%wtに非常に近く、2つの技術が相補的な結果を提供することを示唆している。

表2:GCMSによりポリマー抽出物中に検出された揮発物

表2:GCMSによりポリマー抽出物中に検出された揮発物
図XNUMX:TBBPAの存在を確認するポリマー抽出物の質量スペクトル

図XNUMX:TBBPAの存在を確認するポリマー抽出物の質量スペクトル

結論

未知の難燃剤を含むプラスチックボックスを、FTIR、XRF、およびGCMSを含む一連の分析技術を使用して調べた。 難燃剤成分はテトラブロモビスフェノールA(TBBPA)およびおそらく三酸化アンチモンとして同定された。 TBBPAの量は、XRFにより〜XNUMX重量%、GCMSにより〜XNUMX%であると決定された。 2つの値が近いことは、メソッドの互換性を示しています。 まとめると、これらの結果は、技術の組み合わせが難燃剤組成物について補足的で信頼できる情報を生み出すことを示唆している。

参考文献

  1. EDヴェイルとS.レフチク、火の科学 22、25(2004)
  2. S. ZhangとAR Horrocks、ポリマーサイエンスの進歩。 28、1517(2003)
  3. L. ChenとY.-Z Wang。 ポリム 前編 テクノル、 21 1-26(2010)。
  4. ED Weil、ジャーナルオブファイアーサイエンス 29、259(2011)
  5. U.セルストロム、B。ヤンソン、ケモスフェア、 31、3085(1995)
  6. J.Eriksson、S.Rahm、N.Green、Å。 BergmanとE. Jakobsson。 ケモスフェア、 54、117(2004)

特定の機能を有効にして私たちとのあなたの経験を向上させるために、このサイトはあなたのコンピュータにクッキーを保存します。 続行をクリックして承認を与え、このメッセージを完全に削除してください。

詳細については、当社を参照してください。 プライバシーポリシーをご覧ください。.