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17.12.2013

Shimadzu Europa GmbH Der Zahn der Zeit - Untersuchung der Alterung einer Polymertüte mittels IR-Spektroskopie

Marion Egelkraut-Holtus Kontakt, Shimadzu Europa GmbH


15 Jahre diente sie im Haushalt als Umhüllung von Gegenständen - zuverlässig und anspruchslos. Sie hatte ein Plätzchen an der Sonne an einem Fenster mit Aussicht. Doch dann, von einem Tag zum anderen, zerfiel die Plastiktüte zu Staub. Zuerst in einzelne Teile, die dann bei weiterer Berührung in noch kleinere Stücke brachen. Diese Tüte hat ein "fraktales" Leben entwickelt.

Was ist passiert?

Durch die Sonneneinstrahlung hat eine Oxidation des Polymers eingesetzt, wie dies in der Literatur vielfältig dargestellt wurde. Um diese Behauptung zu verifizieren, wurden die Fragmente der gealterten Plastiktüte mit Infrarotspektroskopie (IR) untersucht - zerstörungsfrei mit der ATR-Messtechnik. In diesem Fall wurde eine Diamant-ATR-Einheit gewählt. Da die Oxidation ein Oberflächenphänomen ist, eignet sich die ATR-Technik hierfür gut. Sie dringt je nach Wellenzahl, optischen Element und Fenster um 2 µm (bei 1.000 cm-1) in die Oberfläche ein.

Theorie

Bei der Oxidation von Polyethylen entstehen aus den langkettigen -[-CH2-CH2-]n- Hydroxyl, Carbonyl- und Vinylgruppen. Das Polymer wird kurzkettiger, spröder, so dass das Material nach genügender Umsetzung oder fortgeschrittener Oxidation bricht.

Polyethylen liefert von Natur aus ein bandenarmes Infrarotspektrum. Drei signifikante Schwingungsbereiche lassen Raum für IR-Fenster, wovon eines im so genannten "Fingerprint"-Bereich liegt. Daher wird Polyethylen auch als Trägermaterial für andere hochviskose Substanzen (z.B. Öle) eingesetzt, um deren infrarote Spektren zu messen.

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