Determination of Polymer Type and Content in Concrete Materials by FTIR and TGA
Aplikace | 2016 | ShimadzuInstrumentace
Modifikace cementových směsí polymerními látkami, jako je ethylenvinylacetát (EVA) nebo styrenbutadienový kaučuk (SBR), výrazně zlepšuje přilnavost, zpracovatelnost, pevnost a trvanlivost maltových a betonových směsí. Přesné stanovení typu a obsahu polymeru je zásadní pro optimalizaci receptur a zajištění konzistentní kvality materiálů v průmyslové výrobě i při opravách stavebních konstrukcí.
Cílem práce bylo vyvinout spolehlivou metodiku pro simultánní stanovení typu a množství polymeru EVA, cementu a kameniva v betonových směsích. Pro kvantitativní a kvalitativní analýzu byly zvoleny techniky FTIR (ATR a DRS) doplněné o chemiometrické modely PLS a termogravimetrie (TGA).
Metoda zahrnovala:
FTIR-ATR dovolilo identifikovat v surových materiálech hlavní složky EVA, kaolin a CaCO₃. Extrahovaný polymer potvrzený ATR metodou se shodoval se spektrem komerční EVA. DRS s PLS modely pro polymer, cement a kamenivo dosáhl koeficientů determinace R²>0,995 a SEP ~0,05–0,07, přičemž predikované složení referenčních vzorků se od skutečných lišilo méně než 10 %. TGA prokázala lineární vztah mezi deklarovaným podílem EVA a hmotnostním úbytkem (200–600 °C), s reprodukovatelností RSD<3 % a recovery 95–105 %.
Výsledná metodika umožňuje:
Očekávaný rozvoj zahrnuje:
Studie potvrdila, že kombinace FTIR (s metodami ATR a DRS + PLS) a TGA tvoří robustní a vzájemně se doplňující postup pro kvalitativní i kvantitativní stanovení polymeru, cementu a kameniva v betonových směsích. Tyto techniky umožňují úsporu času, zdrojů a zvýšení spolehlivosti výsledků ve výrobní kontrole i výzkumu.
Termální analýza, FTIR Spektroskopie
ZaměřeníMateriálová analýza
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Modifikace cementových směsí polymerními látkami, jako je ethylenvinylacetát (EVA) nebo styrenbutadienový kaučuk (SBR), výrazně zlepšuje přilnavost, zpracovatelnost, pevnost a trvanlivost maltových a betonových směsí. Přesné stanovení typu a obsahu polymeru je zásadní pro optimalizaci receptur a zajištění konzistentní kvality materiálů v průmyslové výrobě i při opravách stavebních konstrukcí.
Cíle a přehled studie
Cílem práce bylo vyvinout spolehlivou metodiku pro simultánní stanovení typu a množství polymeru EVA, cementu a kameniva v betonových směsích. Pro kvantitativní a kvalitativní analýzu byly zvoleny techniky FTIR (ATR a DRS) doplněné o chemiometrické modely PLS a termogravimetrie (TGA).
Použitá metodika a instrumentace
Metoda zahrnovala:
- FTIR-ATR: měření surového polymeru a extraktu z cementové směsi na přístroji Shimadzu IRTracer-100 s Quest ATR diamantovou deskou.
- FTIR-DRS: diffuse reflectance spektroskopie pro multikomponentní vzorky s PLS kalibracemi.
- Extrahování polymeru: použití tetrahydrofuranového (THF) extraktu pro izolaci EVA z cementové matric.
- TGA: analýza hmotnostního úbytku na Shimadzu DTG-60 (N2, 20 °C/min, 25–600 °C) pro určení obsahu polymeru podle úbytku hmotnosti v rozmezí 200–600 °C.
Hlavní výsledky a diskuse
FTIR-ATR dovolilo identifikovat v surových materiálech hlavní složky EVA, kaolin a CaCO₃. Extrahovaný polymer potvrzený ATR metodou se shodoval se spektrem komerční EVA. DRS s PLS modely pro polymer, cement a kamenivo dosáhl koeficientů determinace R²>0,995 a SEP ~0,05–0,07, přičemž predikované složení referenčních vzorků se od skutečných lišilo méně než 10 %. TGA prokázala lineární vztah mezi deklarovaným podílem EVA a hmotnostním úbytkem (200–600 °C), s reprodukovatelností RSD<3 % a recovery 95–105 %.
Přínosy a praktické využití metody
Výsledná metodika umožňuje:
- rychlé a současné stanovení několika složek bez složité přípravy vzorku,
- efektivní kontrolu kvality polymerových aditiv v cementových produktech,
- jednoduchou adaptaci na různé typy polymerních a kompozitních materiálů.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekávaný rozvoj zahrnuje:
- rozšíření chemiometrických přístupů a využití strojového učení pro vyšší přesnost,
- on-line a in situ monitorování výrobních procesů,
- propojení TGA-FTIR pro analýzu plynné fáze při rozkladu polymerů,
- aplikace na další polymery a složené materiály v průmyslové praxi.
Závěr
Studie potvrdila, že kombinace FTIR (s metodami ATR a DRS + PLS) a TGA tvoří robustní a vzájemně se doplňující postup pro kvalitativní i kvantitativní stanovení polymeru, cementu a kameniva v betonových směsích. Tyto techniky umožňují úsporu času, zdrojů a zvýšení spolehlivosti výsledků ve výrobní kontrole i výzkumu.
Reference
- Ohama Y. Handbook of Polymer-Modified Concrete and Mortars. Noyes Publications, USA, 1995, s. 31–32.
- ASTM E1131. Standard Test Method for Compositional Analysis by Thermogravimetry (TGA), 1997.
- Tokura T., Lim J., Chua A.M., Ohta M., Naganishi A., Takeuchi S. Analysis of Gaseous Products by DTA/TGA-FTIR System. Shimadzu Review 71(3-4): 129–133, 2015.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Comparison of Portable FTIR Interface Technologies for the Analysis of Paints, Minerals & Concrete
2017|Agilent Technologies|Aplikace
Comparison of Portable FTIR Interface Technologies for the Analysis of Paints, Minerals & Concrete Application Note Materials research and development Author Leung Tang Agilent Technologies Introduction Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy is a well-established and powerful instrumental technique providing detailed…
Klíčová slova
concrete, concretereflectance, reflectancediffuse, diffuseatr, atrrock, rockftir, ftircement, cementreflectivity, reflectivityspectra, spectrasample, samplechanges, changespolished, polishedmeasurements, measurementsdune, dunecollected
Quality Control of Raw Materials and Formulations in Construction Industry
2021|Bruker|Aplikace
Application Note AN M138 Quality Control of Raw Materials and Formulations in Construction Industry Introduction Modern construction materials are products which have been optimized to fulfill demanding requirements. A wide range of admixtures is used in concrete to allow reduced…
Klíčová slova
tpo, tpoconstruction, constructionconcrete, concretematerials, materialsspectrum, spectrumadmixtures, admixturesformulations, formulationsbuilding, buildingbitumen, bitumenincoming, incomingraw, rawcomposition, compositionquality, qualityformulation, formulationpink
Molecular Spectroscopy Application eHandbook
2017|Agilent Technologies|Příručky
Home Previous Next TABLE OF CONTENTS COATING CHALLENGES INSTRUMENT OVERVIEW + MEASUREMENTS OF COATINGS OTHER COATING TECHNOLOGIES GATHER RICH INSIGHTS FROM COATINGS ANALYSIS Molecular Spectroscopy Application eHandbook Home Previous Next TABLE OF CONTENTS COATING CHALLENGES INSTRUMENT OVERVIEW + MEASUREMENTS OF…
Klíčová slova
ftir, ftircoating, coatingcoatings, coatingsmeasurements, measurementsreinforced, reinforcedpet, petanodization, anodizationthickness, thicknessaluminum, aluminumfiber, fibereasuring, easuringreflectance, reflectancehome, homeidentification, identificationautoclave
Characterization of Biodegradable and Oxo-Biodegradable Plastic Bags
2020|Shimadzu|Aplikace
Application News No. AD-0224 DSC-60 Plus/DTG-60/ IRSpirit /Biodegradable Plastics Characterization of Biodegradable and Oxo-Biodegradable Plastic Bags ❑ Introduction Plastics are commonly made of petroleum-based polymers such as low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), polypropylene (PP) and polystyrene (PS)…
Klíčová slova
biodegradable, biodegradableoxo, oxomelting, meltingstarch, starchnews, newsplastic, plasticabs, absplastics, plasticstga, tgapan, panbags, bagsdsc, dsclabelled, labelledoxidative, oxidativecrystallinitya