地毯的组成和分解特性

全球每年生产价值数十亿英镑的地毯，其中很大一部分被送往垃圾填埋场。这是一个问题，因为尼龙不能生物降解。

以这种方式处理地毯废料对环境造成的危害，以及填埋能力的限制，使从地毯废料中回收尼龙的重要性日益增加。

表征废地毯成分以及它的热分解剖面是关键的循环过程。这是因为地毯的组成可以有很大的不同。它们可以包含尼龙-6和/或尼龙- 6,6，除了一系列其他材料，如乳胶粘合剂，聚合物纤维(如PE, PP，或聚酯)，无机填料(如CaCO)欧洲杯足球竞彩_3.和贝索₄）¹还有染料。

可以分析材料的热质量损失剖面，同时识别在分解过程中演化出的气体种类。这是由热重分析(TGA)结合演变气体分析(EGA)的MS, GC-MS，或FT-IR提供的。

本研究采用tg - ms、tg - gc - ms和tg - ft - ir对地毯废料回收的材料进行分析。目的是比较这些方法的能力，以确定回收地毯的组成。

实验

使用NETZSCH TG 209 F1天平热重分析仪(TGA)，与BRUKER光学张量FT-IR光谱仪和NETZSCH QMS 403 Aëolos四极质谱仪(图1)进行热重-质谱和热重-FT-IR。

图1所示。NETZSCH STA 449 F3木星^®仪器同时耦合到BRUKER Optics TENSORTM FT-IR光谱仪和NETZSCH QMS 403 C Aëolos^®四极质谱计。

此外，为了进行TGA-GC-MS测量，NETZSCH TG 209 F1天秤与安捷伦技术7890A气相色谱仪配对，如图2所示，该色谱仪配有安捷伦5975C四极质谱(QMS)。

图2。NETZSCH TG 209F1天秤座^®TGA仪器与安捷伦7890A气相色谱仪相连接，配备安捷伦5975C四极质谱仪(QMS)。

在热天平中，在氦气（65 ml/min；TGA-GC-MS）或氮气（40 ml/min；TGA-MS和TGA-FT-IR）下，以10 K/min的速度将回收地毯样品从25°加热至600°。

在220°C加热的传递管道被用来将从热平衡中析出的气体传递到EGA分析仪器，用于FT-IR和MS耦合。

对于GC-MS耦合，传输线在300°C下加热，每隔4分钟将气体取样并注入安捷伦HP-5MS色谱柱。用2ml /min的氦气流速洗脱柱，保持在150°C。

在FT-IR和MS测量的情况下，气体连续引入IR气池，保持在200°C。或者，它们被直接引入质谱分析仪。

结果与讨论

TGA-FT-IR

图3为质量损失(TGA)和质量损失率(DTG)曲线。也有CO的综合强度曲线₂不对称伸缩带和总积分红外吸收(Gram Schmidt)。

图3。TGA- ft - ir分析结果显示TGA(绿色)，DTG(红色)，Gram Schmidt(黑色)和CO₂红外吸收曲线(粉色)，熔化峰(蓝色)用c-DTA测定^®．

单个质量损失步骤的峰值速率在436.6°C观察到。的有限公司₂与DTG曲线的峰值基本重合，Gram Schmidt曲线的峰值紧随其后。220°C的熔化吸热也显示，这是由NETZSCH专利C - dta分析确定的。

图4描绘了在热分解过程中析出气体的FT-IR光谱的三维图。利用红外光谱数据库作为标准来比较单个提取的光谱，作为识别在热分解过程中不同温度演化的物种的手段。

图4。样品热解出气的三维FT-IR谱图。

如图5所示，460℃下析出气体的FT-IR光谱与尼龙-6 (PA6)和尼龙- 6,6 (PA66)的FT-IR光谱一致。

图5。提取的460°C析出气体的FT-IR光谱(红色)数据库搜索结果与PA66(蓝色)和PA6(紫色)相匹配。

TGA-MS

用质谱分析鉴定CO的演化₂然而，从NIST质谱库中提取的质谱并没有成功地确定有机物种。

无论如何，图6所示的质量数为55、41和15时的离子电流峰值与尼龙-6一致。此外，质量数54和17的离子电流峰值与尼龙- 6,6一致。

图6。对质量数为15、17、30、41、42、44、54、55、84、97和113的TGA曲线和MS离子电流的叠加。

图6还显示了离子质量为44、30和27时的电流。在分解过程中，这些也会出现峰值。然而，产生的离子对这两种聚合物是共同的。

虽然在84(环戊酮)或113(己内酯)的离子电流中没有看到峰，但这是预期的，因为当使用电子冲击质谱(EIMS)分析时，这些离子通常不会产生。²

TGA-GC-MS分析

准连续的抽样方式是执行期间TGA-GC-MS分析．这是通过对样品在四分钟间隔的热解过程中产生的气体取样来保证的。

图7显示了GC-MS测量的总离子色谱(TIC)与热质量损失曲线的叠加图。图8显示了TIC的扩展视图。通过对提取的质谱进行库检索，确定了所示的峰。

图7。TGA曲线(绿色)和TIC曲线(红色)来自准连续模式GC-MS分析。

图8。通过标记鉴定峰的GC-MS分析扩展了TIC的观点。

所释放气体的主要成分是己内酰胺，它是尼龙-6的主要分解产物。己内酰胺在大约400°C时开始出现在气体取样中，并持续出现在脉冲中，直到大约500°C。

CO的存在₂在400°C至480°C的气体样品中，与TGA-MS和TGA-FT-IR方法的结果一致。

通过气相色谱-质谱分析，可以识别出FT-IR或MS分析无法定位的一系列不同的有机物种。这是由过程中气体组分的色谱分离提供的，如图9所示。环戊酮是尼龙-6,6特有的热分解产物。

图9。从GC-MS峰中提取的质谱的库搜索结果。提取的光谱为红色，库光谱为蓝色。

结论

以上列出的每一种演化气体分析方法都有各自的优缺点。这些因素使每种方法更适合于特定的应用。

在所有的方法中，气相色谱-质谱法通常是最有信息的方法。这是由于气体组分的色谱分离，这允许他们的个人识别。

在本研究中，GC-MS提供了最清晰的己内酰胺鉴定，证实了该物质主要由尼龙-6组成。该方法还能识别更具有尼龙- 6,6特性的丁腈和环戊酮产品。

本研究还首次鉴定了一系列可能是尼龙-6,6产品的其他环状有机物种。

FT-IR和EIMS(电子冲击质谱)结果证实了再生地毯材料中两种尼龙聚合物的存在。EIMS还识别出了同时具有尼龙-6和尼龙- 6,6特征的分子离子质量。

通过FT-IR方法确定了这两种聚合物是材料的潜在组分。然而，由于光谱之间的相似性，这种演变气体分析方法在识别实际存在的特定尼龙聚合物方面是最不确定的。

正如这项研究所证明的，析出气体和热重分析(TGA-EGA)的结合构成了一种节省时间、信息丰富的分析工具。这对于同时确定材料的化学成分和热分解情况是有用的。欧洲杯足球竞彩它还可以通过识别相应的气体种类来确定哪些化学过程是造成热质量损失的原因。

参考资料及进一步阅读

1. C.米hut, D. K. Captain, F. Gadala-Maria和M.D. Amiridis。“回顾:从地毯废料中回收尼龙”，高分子工程。科学。， Vol. 41(9)， pp. 1457-1470, 2001。
2. T. Arii, K. Motomura, S. Otake。“利用光电离质谱分析演化气体，EGA-PIMS:聚合物热解产物的表征”，J.质谱。Soc。日本。， Vol. 59(1)， pp. 5-11, 2011。
3. “脂肪族尼龙的热分解”。Int。， (1)， pp. 532-557, 1999。

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