Die Eigenschaften der Polymere sind auf ihr hohes Molekulargewicht zurückzuführen, und alles, was eine Veränderung des Molekulargewichts der Polymere verursacht, wird als Polymerabbau bezeichnet. Unter den zahlreichen Faktoren ist die UV-Strahlung einer der wichtigsten Faktoren für den Polymerabbau. Für die technische und wirtschaftliche Anwendung ist es sehr wichtig, die durch Sauerstoff und Licht verursachte Zersetzung von Kunststoffen zu verhindern. Additive werden für industrielle Kunststoffe für externe Anwendungsszenarien benötigt, insbesondere als Strukturmaterial, und können die Polymerstabilität von Kunststoffen gegenüber den Auswirkungen von Temperatur und Licht verbessern. Die übliche Methode zur Herstellung von HALS wird aus 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin oder 1,2,2,6,6-Pentamethylpiperidin hergestellt. HALS können in vielen Harzen verwendet werden, um diese Materialien vor dem Abbau durch Radikale und oxidative Toxizität zu schützen.

Tinuvin 770 ist ein Lichtstabilisator, der in Polymeren zur Stabilisierung verwendet wird. Er kann Polymere, insbesondere Polypropylen, vor UV-Licht schützen und verhindern, dass Polymere ihre mechanischen und physikalischen Eigenschaften durch Witterungseinflüsse und Sonnenlicht verlieren. Tinuvin 770 gehört zu den HALSs und wird als Lichtstabilisator weltweit in vielen Polymeren wie PE (Polyethylen), PP (Polypropylen), Polycarbonat, Polyurethan, PS (Polystyrol), PA (Polyamide), Polyacetalen und Acrylnitrilpolymeren eingesetzt. Der chemische Name von Tinuvin 770 ist Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl) sebacat. Unter trockenen Bedingungen hat Tinuvin 770 eine hohe Stabilität und gute Leistung für Polymere, die gegen Abbau und Zersetzung durch direktes Sonnenlicht und saure Bedingungen resistent sind.

Allerdings können nicht alle Produkte rechtzeitig verbraucht werden, so dass eine Reihe von abgelaufenem Tinuvin 770 anfällt. Um der petrochemischen Industrie wirtschaftliche Einsparungen zu ermöglichen und die Umwelt zu schonen, wird in einer Forschungsarbeit untersucht, welche Möglichkeiten es gibt, abgelaufenes Tinuvin 770 zu verwenden. Wenn es für Polymere noch wirksam ist, kann es die bestehenden Methoden zur Verwendung abgelaufener Materialien ersetzen, bei denen Dutzende von giftigen Chemikalien in die Umwelt gelangen. Lassen Sie uns die Studie gemeinsam lesen.

Die Forscher dieser Studie verwendeten Tinuvin 770, das sowohl abgelaufen als auch nicht abgelaufen ist (auch Standardprobe genannt) und in derselben Fabrik hergestellt wurde. Sie testeten zunächst die DSC der abgelaufenen und der Standardproben, um zu sehen, ob die Schmelzpunkte der beiden Proben unterschiedlich sind. Die Kurven in Abbildung 1 und 2 sind DSC-Kurven, die den Gewichtsverlust der Proben beim Erhitzen widerspiegeln. Das Schmelzen der Proben verursacht eine Spitze der Kurve. Im Sicherheitsdatenblatt des Herstellers gibt das Unternehmen an, dass Tinuvin 770 einen Schmelzpunkt zwischen 81-86 °C hat. Untersuchungen zeigen, dass die Standardprobe eine Schmelztemperatur von 85,92 °C hat, und die abgelaufene Probe schmilzt unter 85,54 °C. Beide liegen in diesem Bereich und sehr nahe beieinander, was darauf hindeutet, dass die beiden Proben ähnliche thermische Eigenschaften haben, d. h. dass bei der abgelaufenen Probe kein Abbau stattgefunden hat, der zu einer Veränderung der Schmelztemperatur führen könnte.

Abbildung 1: DSC-Kurven des Standardprodukts Tinuvin 770.

Abbildung 2: DSC-Kurve von expierd Tinuvin 770.

Das abgelaufene Tinuvin 770 und die Standardprobe wurden beide mit einem Infrarotspektrometer auf ihre FT-IR-Spektren untersucht. In Abbildung 3 sehen wir das FT-IR-Spektrum für die Standardprobe. Wie wir alle wissen, hat die Carbonylgruppe eine IR-Absorption in einem Bereich von 1660-1850 cm^-1hat das Spektrum einen entsprechenden Peak bei 1721 cm^-1 was das Vorhandensein der Kohlenstoffgruppe in der Standardprobe zeigt. Und die N-H-Bindung hat eine Zugabsorption, eine Biegeabsorption und eine Biegeabsorption außerhalb des Blatts bei 3300 - 3500 cm^-1, 1500 cm^-1 und 800 cm^-1. Alle Peaks, die zum Schwingungsmodus der N-H-Bindung gehören, wurden im Spektrum bei 3323 cm beobachtet^-1, 3423 cm^-1, 1500 cm^-1 und 793 cm^-1. Das Spektrum zeigt, dass der Biegeabsorptionspeak der Methylengruppe (CH₃) bei 1378cm^-1 und der Biegeabsorptionspeak der Methylgruppe (CH₂) in langer Kette bei 739 cm^-1 ist ebenfalls erschienen.

Abbildung 3: FT-IR-Spektrum des Standards Tinuvin 770

Die FT-IR-Spektren, die durch die Analyse der abgelaufenen Probe von Tinuvin770 erhalten wurden, sind in Abbildung 4 dargestellt. Die abgelaufene Probe zeigt auch entsprechende IR-Absorptionspeaks im FT-IR-Spektrum bei 1721 cm^-1 zur Carbonylgruppe. Der Peak entspricht der N-H-Zugabsorption als zwei breite Peaks im Bereich von 3300-3500 cm^-1 bedeutet 3323 cm^-1 und 3423 cm^-1 auf, und die N-H-Biegeabsorption bei 1500 cm^-1 wird als schwacher Peak beobachtet. Die N-H-Absorption außerhalb der Blattbiegung in der Nähe von 800 cm^-1bedeutet 793 cm^-1 beobachtet wird. Und der Biegeabsorptionspeak der Methylengruppe (CH₃) bei 1378 cm^-1 und der Biegeabsorptionspeak der Methylgruppe (CH₂) in langer Kette bei 739 cm^-1 erschienen ist.

Der Vergleich der erhaltenen FT-IR-Spektren für die abgelaufene Probe von Tinuvin 770 und die Standardprobe von Tinuvin 770 ergab, dass beide Spektren mit einer Verbindung in Verbindung stehen, und dieses Ergebnis bedeutet, dass der Abbau und die Veränderungen aufgrund des Ablaufs in dieser Probe nicht stattgefunden haben. Das FT-IR-Spektrum kann jedoch nicht die Menge der verschiedenen Inhaltsstoffe bestätigen, so dass wir andere Identifizierungsexperimente und quantitative Methoden zur Analyse benötigen.

Abbildung 4 FT-IR-Spektrum der experimentellen Probe von Tinuvin770.

Beide Proben wurden mit einem UV-VIS-Spektrophotometer gescannt und es wurde festgestellt, ob der Absorptionsbereich der beiden Proben übereinstimmt. Die Forscher testeten die UV-VIS-Spektren (sichtbar - ultraviolett) der Standardprobe und der abgelaufenen Probe und verglichen sie sofort. Das UV-VIS-Spektrum wird in Form der Absorption gegen die Wellenlänge (nm) aufgezeichnet. Zwischen 800 nm und 200 nm gibt es keine ultraviolette Absorption, da bei den Versuchen Methanol als Lösungsmittel verwendet wird. Der Testwellenlängenbereich liegt bisher bei 205 nm, was als Absorptionsgrenzwert bezeichnet wird. Daher ist die UV-Absorption der verwendeten Probe mit den beobachteten Peaks im erhaltenen Spektrum verbunden. Die UV-Spektren der Standardprobe sind in Abbildung 5 dargestellt. In der Struktur von Tinuvin 770 befinden sich Carbonylchromophorgruppen (C=O). Carbonylgruppen in ungesättigten Verbindungen, die Atome wie Sauerstoff und Stickstoff enthalten, haben Übergänge von n → π∗-Typ bei 280-290 nm, da viele dieser Übergänge verbotene Übergänge sind, was zu einer Verringerung der Peakintensität führt. Die Standardprobe von Tinuvin 770 zeigt eine schwache Absorption im Bereich von 280-290 nm. Die Adsorption beginnt bei 270 nm zuzunehmen und erreicht ihr Maximum bei 250 nm. Das UV-Spektrum der abgelaufenen Probe von Tinuvin 770 ist in Abbildung 6 dargestellt.

Der entsprechende Peak der Carbonylchromophorgruppe (C=O) der abgelaufenen Probe Tinuvin 770 war wie bei der Standardprobe im Bereich von 280 - 290 nm schwach und begann ab 270 nm anzusteigen. Der Gipfelpeak liegt bei 250 nm. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es in der abgelaufenen Probe keine Veränderung des Chromophors gibt, mit anderen Worten, diese beiden Proben haben die gleiche Absorption und die gleichen Hauptbestandteile.

Abbildung 5 UV-VIS-Chromatogramm des Standards Tinuvin770.

Abbildung 6 UV-VIS-Chromatogramm von abgelaufenem Tinuvin770.

Dann lösten die Forscher die Standardprobe und die abgelaufene Probe in Acetonitril und bildeten 200 ppm-Lösungen, die zur Analyse in das HPLC-UV-Gerät geleitet wurden. Die Retentionszeit beträgt laut Chromatogramm 5,4 Minuten, d. h. die Zeitspanne von der Injektion bis zum Erreichen des Peaks. Die Retentionszeit ist ein wichtiger Parameter für die Identifizierung der Materialpeaks. Und HPLC-UV kann zur quantitativen Berechnung der Identifizierung verwendet werden, indem die Fläche unter jedem Peak gezählt wird. Die von den Integratoren der Stabilitätssysteme ermittelte Fläche unter jedem Peak, die auch als Absorptionsbande bezeichnet wird, ist proportional zur Menge des Inhaltsstoffs in dem untersuchten System. Die Retentionszeiten sowohl der Standardprobe als auch des abgelaufenen Tinuvin 770 betragen 5,4 Minuten, was zeigt, dass die abgelaufene Probe nicht abgebaut wurde. In Abbildung 7 sind die Kurven der erhaltenen Peakflächen in vier durchgeführten Injektionen der Standardprobe und der abgelaufenen Probe dargestellt. Es gibt einen kleinen Unterschied zwischen den beiden Kurven, der möglicherweise auf eine Änderung der Luftfeuchtigkeit oder eine Vielzahl von Proben zurückzuführen ist. Die Retentionszeiten der beiden Proben liegen sehr nahe beieinander, was darauf hindeutet, dass die abgelaufene Probe noch nicht zersetzt ist.

Abbildung 7: Vergleich der Fläche unter der Kurve der beiden Proben in der HPLC-UV

Die Forscher testen auch das GC-MS-Spektrum (Gaschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometer) der beiden Proben, mit dem verschiedene Inhaltsstoffe getrennt und unterschiedliche Komponenten identifiziert werden können. Die Proben werden in einer flüssigen Phase aufgelöst, und eine kleine Menge wird in die Verdampfungskammer gegeben, um eine Gasphase zu bilden. Bei der Gaschromatographie wird eine feste Kapillarsäule mit einer flüssigen stationären Phase verwendet, die an einer inerten festen Oberfläche adsorbiert, um verschiedene Inhaltsstoffe in der Gasphase zu trennen. Und Massenspektrometer testen diese verschiedenen Inhalte, um sie zu identifizieren. Wie das HPLC-UV-Chromatogramm kann auch das GC-MS-Chromatogramm die Konzentration der untersuchten Verbindungen durch Zählen der Fläche unter den verschiedenen Peaks ermitteln und die Zusammensetzung durch Vergleich der Retentionszeit bestimmen. Der Unterschied zwischen den Retentionszeiten der abgelaufenen Probe und der Standardprobe von Tinuvin 770 beträgt weniger als 0,1 Minuten, was auf einen Gerätefehler zurückzuführen sein könnte. Dies stimmt mit dem Ergebnis der HPLC-UV überein. Die Daten der GC-MS-Ergebnisse werden in Abbildung 8 verglichen.

Abbildung 8: Vergleich der GC-MS-Flächen unter dem Peak Tinuvin 770

Die Studien ergaben, dass der Lichtstabilisator Tinuvin770 nach Ablauf des Haltbarkeitsdatums unter geeigneten Bedingungen, fern von Feuchtigkeit, ionisierender Strahlung und hoher Temperatur (über der Temperatur des Extrudersystems), und, da es sich um eine alkalische Verbindung handelt, in einer säurefreien Umgebung aufbewahrt werden muss. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind, kann das abgelaufene Tinuvin 770 seine Struktur und seine funktionellen Eigenschaften beibehalten, so dass es weiterhin in Polymeren wie PP und anderen zur Stabilisierung verwendet werden kann.

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