结合分析技术测定塑料中的阻燃材料

白皮书

作者:Anthony Fong,Jesse Allen博士和Yanika Schneider博士

摘要

阻燃化合物在社会中起着重要作用,并且在塑料中特别关键,塑料通常比其他材料更易燃。 为了评估阻燃剂在商业产品中的功效,重要的是要知道浓度和组成。 然而,由于阻燃剂的可变性,适当的分析方法并不总是显而易见的。 在本出版物中,我们分析了一个广告中具有阻燃特性的未知塑料盒。 我们使用一系列分析技术并评估它们之间的兼容性。

引言

阻燃剂材料是保护生命和财产的重要材料。 这些化合物可以帮助减缓或阻止火势蔓延,因此通常可以在各种消费品中找到。 这些化合物的确切成分和浓度对于确定其疗效至关重要,特别是在诉讼案件中。1

许多不同的阻燃材料是可商购的,包括溴化,磷,氮,氯化和无机化合物,例如水合铝,氧化镁和三氧化锑。2-4

由于各种阻燃材料,必须使用几种分析工具来确定组成。 在该出版物中,使用的组合分析了市售的塑料盒 傅里叶变换红外光谱 (FTIR), X射线荧光光谱 (XRF)和 气相色谱质谱 (GCMS)说明了互补技术确定阻燃剂组分的组成和浓度的能力。

实验

图1中所示的塑料盒是从在线零售商处购买的。 使用带锯将盒子切成三块。 使用如下所述的FTIR,XRF和GCMS技术进行实验。

图1。 阻燃填充塑料盒照片。

图1。 阻燃填充塑料盒照片。

FTIR:将一小部分样品转移到红外透射基板上,并使用配备有传输模式的Continuum显微镜的Thermo-Nicolet 6700傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪进行检查。 分析点尺寸约为100微米×100微米。 OMNIC 8.0软件用于执行数据分析。

XRF:使用具有铑X射线源x射线管的Rigaku Primus II WDXRF,真空气氛和30 mm直径的分析区域进行X射线荧光(XRF)。 该分析利用波长色散光谱仪(WDXRF),能够检测4(铍)原子序数(Z)至原子序数92(铀)的元素,浓度范围从百万分之一(ppm)到100%按重量计算。

GCMS:通过将一小块塑料溶于二氯甲烷制备提取物。 使用6890 m X 5973 mm DB-30MS(J&W Scientific)色谱柱在带有质量选择检测器(MSD)的Agilent 0.25A气相色谱仪/ Agilent 5质谱仪上以1 mL / min的流速分析提取物。 确定阻燃材料后,使用已知浓度的商业标准品制备1点校准曲线。

结果与讨论

通过FTIR以透射模式检查图1中所示的市售塑料盒。 得到的光谱如图2(黑框)所示。 光谱由3062,3027,2922,2848,2238,1602,1475,1452,759和701 cm-1的峰决定,这是由于丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)与图书馆参考文献比较确定的。 除了ABS之外,在1551,1475,1393,1318,278,1243,1159和737 cm-1中观察到几个其他峰,这是由于四溴双酚A(TBBPA)。 TBBPA是一种常用的阻燃剂,适用于各种应用.3,4它也是ABS的引发剂聚合物。 此外,在1728 cm-1处观察到痕量酯,其可以是塑料中的添加剂。 总之,这些结果表明TBBPA是塑料中的主要阻燃剂组分,并且基础聚合物是ABS。

图2:填充阻燃剂盒的FTIR光谱,证明存在ABS和TBBPA

图2:填充阻燃剂盒的FTIR光谱,证明存在ABS和TBBPA

XRF直接在一小块塑料上进行,结果总结在表1中。 代表性的XRF光谱如图3所示。 检测到的主要元素包括C,Br,Sb,N和O.C和N的存在证实了ABS基础聚合物的FTIR发现,而高溴水平支持TBBPA作为阻燃剂组分的存在。 ~10%锑含量还表明三氧化锑可以是塑料中的第二阻燃剂组分,其也由Sb与O的比例支持。三氧化锑是通常与溴化化合物组合使用的无机阻燃剂。5

表1:由XRF确定的元素组成a

表1:由XRFa确定的元素组成

a 将结果标准化为测量和检测元素的100%

b 在观察到的水平,浓度可能从仪器背景中获得相当大的贡献

图3:填充阻燃剂盒的XRF光谱,显示高水平的Br和Sb

图3:填充阻燃剂盒的XRF光谱,显示高水平的Br和Sb

GCMS分析在二氯甲烷聚合物提取物上进行,主要挥发物总结在表2中。 图4中显示的质谱再次证实了TBBPA的存在。 在塑料中观察到其他化合物,包括抗氧化剂和ABS衍生物。 注意,三溴双酚A是TBBPA的脱溴产物。 6

使用已知浓度的TBBPA的1-pt校准测定提取物溶液中TBBPA的浓度。 发现提取物中TBBPA的量为6.83 mg / mL,其大约等于48 wt%。 然后计算提取物中Br的量约为28 wt%。 该值非常接近XRF确定的25%wt,表明这两种技术提供了互补的结果。

表2:通过GCMS在聚合物提取物中检测到的挥发物

表2:通过GCMS在聚合物提取物中检测到的挥发物
图4:确认存在TBBPA的聚合物提取物的质谱

图4:确认存在TBBPA的聚合物提取物的质谱

结论

使用包括FTIR,XRF和GCMS在内的一套分析技术检查含有未知阻燃剂的塑料盒。 阻燃剂组分被鉴定为四溴双酚A(TBBPA)和可能的三氧化锑。 通过XRF测定TBBPA的量为~25 wt%,通过GCMS测定~28%。 两个值的接近程度证明了这些方法的兼容性。 总之,结果表明,这些技术的组合产生了关于阻燃剂组合物的补充和可靠的信息。

参考文献:

  1. ED Weil和S. Levchik,消防科学杂志 22,25(2004)。
  2. S. Zhang和AR Horrocks,高分子科学进展。 28,1517(2003)。
  3. L. Chen和Y.-Z Wang。 POLYM。 进阶 TECHNOL, 21 1-26(2010)。
  4. ED Weil,消防科学杂志 29,259(2011)。
  5. U.Sellström,B。Jansson,Chemosphere, 31,3085(1995)。
  6. J. Eriksson,S。Rahm,N。Green,Å。 伯格曼和E.雅各布森。 光化, 54,117(2004)。

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