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Durch den stetig steigenden Einsatz von Plastikprodukten sind unerwünschte Kunststofffunde in verschiedenen Umweltmatrices mittlerweile allgegenwärtig. Besonderes Interesse erfahren die Kunststoffpartikel von einer Größe kleiner 5 mm, sogenannte Mikroplastik (MP) Partikel und deren ausgehende Risiken auf Mensch und Umwelt
Tire and road wear particles (TRWPs) are heteroagglomerates of tire rubber and other particles deposited on the road surface and one of the main contributors to non-exhaust emissions of automobile traffic. In this study, samples from road environments were analyzed for their TRWP contents and concentra- tions of eight organic tire constituents. TRWP concentrations were determined by quantifying Zn in the density fraction < 1.9 g/cm ³and by thermal extraction desorption-gas chromatography-mass spectrometry (TED-GC/MS) and the concentrations ranged from 3.7 to 480 mg TRWP/g. Strong and statistically signif- icant correlations with TRWPs were found for 2-hydroxybenzothiazole and 2-aminobenzothiazole, indi- cating that these substances may be suitable markers of TRWPs. The mass distribution of TRWPs in road dust suggests that the main mass fraction formed on roads consists of coarse particles ( > 100 μm). Data for a sedimentation basin indicate that the fine fraction ( < 50 μm) is preferentially transported by road runoffinto receiving waters. The size distribution and density data of TRWP gathered by three different quantitation approaches also suggest that aging of TRWPs leads to changes in their particle density. An improved understanding of the dynamics of TRWP properties is essential to assess the distribution and dissipation of this contaminant of emerging concern in the environment.
In this study, we investigated the basic knowledge necessary to develop flame-retarded woodplastic composite (WPC) materials by focusing on decking boards. Therefore, the respective effects of geometry, material composition, and moisture were studied by performing cone calorimetric measurements. Using hollow-shaped geometries removes combustible material and reduces the fire load but simultaneously increases fire propagation. The best results were achieved by using high-wood contents. The addition of talc can reduce the intensity of burning. Moisture also has a positive effect on burning behavior. Apart from the well-known mechanism of water, a change was observed in the resultant residue.
In this work, a novel boehmite (BA)-embedded organic/inorganic nanocomposite coating based on cycloaliphatic epoxy oligosiloxane (CEOS) resin was fabricated applying UV-induced cationic polymerization. The main changes of the material behavior caused by the nanofiller were investigated with regard to its photocuring kinetics, thermal stability, and glass transition. The role of the particle surface was of particular interest, thus, unmodified nanoparticles (HP14) and particles modified with p-toluenesulfonic acid (OS1) were incorporated into a CEOS matrix in the concentration range of 1–10 wt.%. Resulting nanocomposites exhibited improved thermal properties, with the glass transition temperature (Tg) being shifted from 30 °C for unfilled CEOS to 54 °C (2 wt.% HP14) and 73 °C (2 wt.% OS1) for filled CEOS. Additionally, TGA analysis showed increased thermal stability of samples filled with nanoparticles. An attractive interaction between boehmite and CEOS matrix influenced the curing. Real-time infrared spectroscopy (RT-IR) experiments demonstrated that the epoxide conversion rate of nanocomposites was slightly increased compared to neat resin. The beneficial role of the BA can be explained by the participation of hydroxyl groups at the particle surface in photopolymerization processes and by the complementary contribution of p-toluenesulfonic acid surface modifier and water molecules introduced into the system with nanoparticles.
The TED-GC-MS analysis is a two-step method. A sample is first decomposed in a thermogravimetric analyzer (TGA) and the gaseous decomposition products are then trapped on a solid-phase adsorber. Subsequently, the solid-phase adsorber is analyzed with thermal desorption gas chromatography mass spectrometry (TDU-GC-MS). This method is ideally suited for the analysis of polymers and their degradation processes. Here, a new entirely automated System is introduced which enables high sample throughput and reproducible automated fractioned collection of decomposition products. Strengths and limitations of the system configuration are elaborated via three examples focused on practical challenges in materials analysis and identification: i) separate analysis of the components of a wood-plastic-composite material, ii) quantitative determination of weight concentration of the constituents of a polymer blend and iii) quantitative analysis of model samples of microplastics in suspended particulate matter.
Avoiding aerial microfibre contamination of environmental samples is essential for reliable analyses when it comes to the detection of ubiquitous microplastics. Almost all laboratories have contamination problems which are largely unavoidable without investments in clean-air devices. Therefore, our study supplies an approach to assess background microfibre contamination of samples in the laboratory under particle-free air conditions. We tested aerial contamination of samples indoor, in a mobile laboratory, within a laboratory fume hood and on a clean bench with particles filtration during the examining process of a fish. The used clean bench reduced aerial microfibre contamination in our laboratory by 96.5%. This highlights the value of suitable clean-air devices for valid microplastic pollution data. Our results indicate, that pollution levels by microfibres have been overestimated and actual pollution levels may be many times lower. Accordingly, such clean-air devices are recommended for microplastic laboratory applications in future research work to significantly lower error rate
For analysis of the gaseous thermal decomposition products of polymers, the common techniques are thermogravimetry, combined with Fourier transformed infrared spectroscopy (TGA–FTIR) and mass spectrometry (TGA–MS). These methods offer a simple approach to the decomposition mechanism, especially for small decomposition molecules. Complex spectra of gaseous mixtures are very often hard to identify because of overlapping signals. In this paper a new method is described to adsorb the decomposition products during controlled conditions in TGA on solid-phase extraction (SPE) material: twisters. Subsequently the twisters were analysed with thermal desorption gas chromatography mass spectrometry (TDS–GC–MS), which allows the decomposition products to be separated and identified using an MS library. The thermoplastics polyamide 66 (PA 66) and polybutylene terephthalate (PBT) were used as example polymers. The influence of the sample mass and of the purge gas flow during the decomposition process was investigated in TGA. The advantages and limitations of the method were presented in comparison to the common analysis techniques, TGA–FTIR and TGA–MS.
The reactivity of the flame retardant and its decomposition temperature control the condensed-phase action in bisphenol A polycarbonate/acrylonitrile–butadiene–styrene/polytetrafluoroethylene (PC/ABSPTFE) blends. Thus, to increase charring in the condensed phase of PC/ABSPTFE + aryl phosphate, two halogen-free flame retardants were synthesized: 3,3,5-trimethylcyclohexylbisphenol bis(diphenyl phosphate) (TMC-BDP) and bisphenol A bis(diethyl phosphate) (BEP). Their performance is compared to bisphenol A bis(diphenyl phosphate) (BDP) in PC/ABSPTFE blend. The comprehensive study was carried out using thermogravimetry (TG); TG coupled with Fourier transform infrared spectrometer (TG-FTIR); the Underwriters Laboratory burning chamber (UL 94); limiting oxygen index (LOI); cone calorimeter at different irradiations; tensile, bending and heat distortion temperature tests; as well as rheological studies and differential scanning calorimeter (DSC). With respect to pyrolysis, TMC-BDP works as well as BDP in the PC/ABSPTFE blend by enhancing the cross-linking of PC, whereas BEP shows worse performance because it prefers cross-linking with itself rather than with PC. As to its fire behavior, PC/ABSPTFE + TMC-BDP presents results very similar to PC/ABSPTFE + BDP; the blend PC/ABSPTFE + BEP shows lower flame inhibition and higher total heat evolved (THE). The UL 94 for the materials with TMC-BDP and BDP improved from HB to V0 for specimens of 3.2 mm thickness compared to PC/ABSPTFE and PC/ABSPTFE + BEP; the LOI increased from around 24% up to around 28%, respectively. BEP works as the strongest plasticizer in PC/ABSPTFE, whereas the blends with TMC-BDP and BDP present the same rheological properties. PC/ABSPTFE + TMC-BDP exhibits the best mechanical properties among all flame-retarded blends.
Near-infrared spectroscopy (NIR) turned out to be well suited for analyzing the degree of cure for epoxy systems. In contrast to dynamic scanning calorimetry (DSC), where the released heat of reaction determines the degree of epoxy conversion indirectly, NIR spectroscopy is able to determine the conversion directly by analyzing structural changes. Therefore, a new heatable NIR cell was equipped with an integrated thermocouple, which enables the real sample temperature to be controlled and monitored in situ during epoxy curing. Dynamic scans at different heating rates were used for kinetic modelling, to define kinetic parameters and to predict real curing processes. The kinetic models and their parameters were validated with an isothermal and a more complex multi-step curing scenario. Two available commercial epoxy systems based on DGEBA were used with an anhydride and with an amine hardener. NIR results were compared with DSC data. The simulated conversion predicted with a model fitted on the basis of NIR and DSC dynamic scans showed good agreement with the conversion measured in the isothermal curing validation test. Due to the proven reliability of NIR in measuring the reaction progress of curing, it can be considered a versatile measurement system for in situ monitoring of component production in the automotive, aerospace and wind energy sectors.
Die zunehmenden Nachweise von Kunststoffen in verschiedenen Umweltmedien erfahren in den letzten Jahren weltweit ein zunehmendes wissenschaftliches, gesellschaftliches und politisches Interesse. Besondere Aufmerksamkeit erfahren Kunststoffpartikel von 1-1.000 µm, sogenanntes Mikroplastik. Es wurde mittlerweile in Wasser, Böden, Luft und Biota nachgewiesen. Obwohl die Wirkungen auf die natürlichen Umweltfunktionen noch unklar sind und kontrovers diskutiert werden, ist allein durch die ubiquitäre Präsenz eine systematische Erfassung von Eintragsquellen und Verbleib der Partikel über alle Umweltmedien notwendig, um Maßnahmen zur Reduktion der Einträge zu veranlassen.
Für eine zuverlässige Erfassung sind medienübergreifende Verfahren zu entwickeln, welche die drei analytischen Schritte, Probennahme, Probenaufbereitung und Detektion beinhalten. Die Verfahren adressieren unterschiedliche Zielgruppen, welche verschiedene analytische Informationen fordern. Für die akademische Bewertung werden Verfahren mit hohem analytischen Aufwand favorisiert, welche möglichst detaillierte Information über Partikelsorte, -größe, -zahl und -oberflächenbeschaffenheit geben. Im Gegensatz dazu, fordern Anwender aus der Praxis schnelle und einfache Monitoring Verfahren, welche die Bestimmung eines Massengehaltes, bzw. eines Grenzwertes zulassen. Allen ist gemeinsam, dass ein hoher interdisziplinärer Anspruch besteht, der sowohl technische Voraussetzungen zur repräsentativen Probennahme und die Limitationen von Detektionsverfahren berücksichtigt, als auch die Fachkompetenz von Biologen, Umweltwissenschaften, Analytiker und Polymerwissenschaftler einschließt.
Verfahren zum Mikroplastiknachweis müssen auch verschieden Proben mit sehr unterschiedlichen Gehalten an natürlicher Matrix gerecht werden. So müssen allein für Wasser Verfahren entwickelt werden, die Mikroplastik verschiedener Form (sphärische Partikel, komplexe Bruchstücke, Fasern) aus Medien mit sehr variablen Partikelanteil (u.a. Trinkwasser, Oberflächenwasser, Abwasser) repräsentativ erfassen, sowie schnell und kostengünstig sind – einschließlich der notwendigen Probenaufbereitung. Die jeweiligen Detektionsverfahren müssen z.B. einzelne Partikel oder integrale Gehalte über drei Dekadenklassen für thermoplastische und insbesondere auch elastomere Partikelsorten erfassen können.
Die zunehmenden Nachweise von Kunststoffen in verschiedenen Umweltmedien erfahren in den letzten Jahren weltweit ein zunehmendes wissenschaftliches, gesellschaftliches und politisches Interesse. Besondere Aufmerksamkeit erfahren Kunststoffpartikel von 1-1.000 µm sogenanntes Mikroplastik. Es wurde mittlerweile in Wasser, Böden, Luft und Biota nachgewiesen. Obwohl die Wirkungen auf die natürlichen Umweltfunktionen noch unklar sind und kontrovers diskutiert werden, ist allein durch die ubiquitäre Präsenz eine systematische Erfassung von Eintragsquellen und Verbleib der Partikel über alle Umweltmedien notwendig, um Maßnahmen zur Reduktion der Einträge zu veranlassen.
Für eine zuverlässige Erfassung sind medienübergreifende Verfahren zu entwickeln, welche die drei analytischen Schritte, Probennahme, Probenaufbereitung und Detektion beinhalten. Die Verfahren adressieren unterschiedliche Zielgruppen, welche verschiedene analytische Informationen fordern. Für die akademische Bewertung werden Verfahren mit hohem analytischen Aufwand favorisiert, welche möglichst detaillierte Information über Partikelsorte, -größe, -zahl und -oberflächenbeschaffenheit geben. Im Gegensatz dazu, fordern Anwender aus der Praxis schnelle und einfache Monitoring Verfahren, welche die Bestimmung eines Massengehaltes, bzw. eines Grenzwertes zulassen. Allen ist gemeinsam, dass ein hoher interdisziplinärer Anspruch besteht, der sowohl technische Voraussetzungen zur repräsentativen Probennahme und die Limitationen von Detektionsverfahren berücksichtigt, als auch die Fachkompetenz von Biologen, Umweltwissenschaften, Analytiker und Polymerwissenschaftler einschließt.
Verfahren zum Mikroplastiknachweis müssen auch verschieden Proben mit sehr unterschiedlichen Gehalten an natürlicher Matrix gerecht werden. So müssen allein für Wasser Verfahren entwickelt werden, die Mikroplastik verschiedener Form (sphärische Partikel, komplexe Bruchstücke, Fasern) aus Medien mit sehr variablen Partikelanteil (u.a. Trinkwasser, Oberflächenwasser, Abwasser) repräsentativ erfassen sowie schnell und kostengünstig sind – einschließlich der notwendigen Probenaufbereitung. Die jeweiligen Detektionsverfahren müssen z.B. einzelne Partikel oder integrale Gehalte über drei Dekadenklassen für thermoplastische und insbesondere auch elastomere Partikelsorten erfassen können.