Полимерные добавки. Подготовка образцов для анализа. Описание методов. Часть 10

В лабораторных масштабах, как правило, используются ультразвуковой зонд и ультразвуковой очиститель. Ультразвуковое поле в ультразвуковом очистителе не является однородным. При извлечении ультразвуком используются ультразвуковые частоты для разрушения или отделения целевого аналита от матрицы. Звуковые зонды рогового типа работают при импульсной мощности 400–600 Вт в контейнере для растворителя образца. Ультразвуковая экстракция работает путем перемешивания раствора и образования кавитации в жидкости. Наиболее вероятным механизмом ультразвукового усиления экстракции является интенсификация массопереноса и более легкий доступ растворителя к аналиту. Точно так же скорость переноса через пограничный слой полимер / жидкость может быть увеличена, однако диффузия добавок в полимере будет происходить в прежнем режиме. Аналогичные соображения верны для твердо-жидкостных и прерывистых экстракций. Обработка ультразвуком является быстрой и эффективной в определенных ситуациях, потому что кавитация повышает температуру на поверхности частиц, создавая локальный перегрев, даже если объемный нагрев минимален. Извлечения происходят в минуты против часов при использовании других лабораторных методов.

Низкая пропускная способность – еще одна проблема, потому что обрабатывается только один образец за раз. Размеры образцов могут составлять в среднем 30 г, а общий объем растворителя обычно составляет от 150 до 300 мл. В зависимости от уровня добавок можно использовать образцы полимера размером от 2 г в 10–30 мл растворителя, особенно для скрининга. Тем не менее, ряд специалистов считают экстракцию в ультразвуковой ванне одним из лучших методов экстракции полимеров. Поскольку используются относительно низкие температуры, это наименее травматично для полимерной матрицы по сравнению с экстракциями Сокслета, «горячими» методами или, например, микроволновой экстракции. Олигомеры при этом всё еще генерируются, но на значительно более низком уровне, и образование продуктов окисления / разложения полностью исключается. Полное или почти полное извлечение всех добавок возможно без полного помещения образца в раствор. Время ультразвуковой экстракции меньше, чем при процедурах горячей экстракции и микроволнового разложения. Однако извлечение из полимеров в ультразвуке более эффективно, чем простое встряхивание в колбе.

Экстракцию обычно проводят путем кипячения с обратным охлаждением полимера в подходящем растворителе в течение 1–48 часов. Во многих случаях ультразвуковое воздействие сокращает время экстракции. Согласно последним данным от специалистов по всему миру, имеется несколько сообщений об ультразвуковой экстракции добавок из полимеров. Ультразвуковая экстракция использовалась для HDPE / (BHT, антиоксиданты Irganox, Isonox, Cyasorb, Am 340, MD 1024, Irgafos 168), LDPE / Chimassorb 81, SBR / тринонилфенилфосфит, HDPE / (Tinuvin 770, Chimassorb 944). Также сравнивались извлечения, полученные для различных аналитов из ПП, ПВД и ПНД экстракцией по Сокслету, ультразвуковой и микроволновой экстракцией. Для всех образцов ультразвуковая экстракция оказалась достижимой в течение 1 часа. Для ПВД и ПП большинство соединений (кроме Irganox 1010) были экстрагированы в течение 10 минут. Дальнейшие эксперименты по извлечению из ПНД подтвердили эти результаты.

Там, где присутствуют фосфитные антиоксиданты (такие как Irgafos 168), было предпочтительным использование смеси растворителей DCM-циклогексан, поскольку она предотвращала гидролиз фосфита экстракционными растворителями, такими как спирты. Аналогично, сложные эфиры фосфитов также подвергаются гидролизу во время RPLC, если они слишком долго находятся под воздействием воды. Ультразвук также использовали для экстракции хлороформом пленки LDPE / Chimassorb 940 толщиной 150 мкм и пленки MDPE 25 мкм / (Irganox 1010, Irgafos 168, стеарат кальция и цинка). Быстрое и полное восстановление было достигнуто через 15 минут (Irgafos 168), 45 минут (Irganox 1010) и 60 минут (Chimassorb 944) соответственно при температуре +60 °C. Также сообщалось об экстракциях ПВД / Химассорб-81 и ЭВА / Химассорб-81 с ДХМ. Миграцию антиоксидантов (Irganox 1010, Irgafos 168) из пленки MDPE в естественных средах изучали с помощью ультразвуковой экстракции с использованием CHCl3 в качестве экстракционного растворителя для извлечения не мигрированных антиоксидантов из полимерной матрицы с последующим количественным анализом ВЭЖХ (высокоэффективная жидкостная хроматография).