Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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Die Umweltwirkungen auf ein Material werden als Überlapp der Funktionskurven von Materialempfindlichkeit und einwirkenden Umweltparametern betrachtet. Wenn entweder die Empfindlichkeit oder die Beanspruchungen Null sind, ergibt sich auch keine Umweltwirkung und bei beidseitig Werten größer Null das jeweilige Produkt der beiden. Die Akkumulation der nicht-reversiblen Effekte über die Zeit und allen Eigenschaftsänderungen entspricht der Alterung des Materials für den jeweiligen Expositionszeitraum.
Die digitale Umweltsimulation gliedert sich hier in drei Teilaspekte. Ein erster, rein materialwissenschaftlicher Teil hat die Aufgabe, alle relevanten Materialempfindlichkeiten experimentell zu quantifizieren. Ein zweiter – unter Umständen numerischer Teil – hat die Aufgabe, das Bauteil und seine Einbaulage zu digitalisieren und aus den makroskopischen Umgebungsbedingungen die relevanten mikroklimatischen Umweltparameter für alle Oberflächen- oder Volumenelemente zu bestimmen. In einem dritten Teil werden die Einwirkungen über den betrachteten Zeitraum berechnet und kumuliert. Dieses Konzept, das auf den so genannten Expositions-Reaktions-Funktionen (ERF) basiert, wird an Beispielen der Photoxidation erläutert. Dieses Vorgehen wurde schon beim ViPQuali-Projekt als Numerische Umweltsimulation umgesetzt.
Überprüft werden muss das Modell unbedingt an einer realitätsnahen Validierungsbeanspruchung. Hier werden die ermittelten ERFs mit über den kompletten Beanspruchungszeitraum geloggten Umweltparametern gekoppelt, um die berechnete mit der experimentell erfahrenen Alterungswirkung zu vergleichen. Nur so kann sichergestellt sein, dass alle für die Anwendungsumgebung relevanten Materialempfindlichkeiten einbezogen wurden.
Die Umweltwirkungen auf ein Material werden als Überlapp der Funktionskurven von Materialempfindlichkeit und einwirkenden Umweltparametern betrachtet. Wenn entweder die Empfindlichkeit oder die Beanspruchungen Null sind, ergibt sich auch keine Umweltwirkung und bei beidseitig Werten größer Null das jeweilige Produkt der beiden. Die Akkumulation der nicht-reversiblen Effekte über die Zeit und allen Eigenschaftsänderungen entspricht der Alterung des Materials für den jeweiligen Expositionszeitraum.
Die digitale Umweltsimulation gliedert sich hier in drei Teilaspekte. Ein erster, rein materialwissenschaftlicher Teil hat die Aufgabe, alle relevanten Materialempfindlichkeiten experimentell zu quantifizieren. Ein zweiter – unter Umständen numerischer Teil – hat die Aufgabe, das Bauteil und seine Einbaulage zu digitalisieren und aus den makroskopischen Umgebungsbedingungen die relevanten mikroklimatischen Umweltparameter für alle Oberflächen- oder Volumenelemente zu bestimmen. In einem dritten Teil werden die Einwirkungen über den betrachteten Zeitraum berechnet und kumuliert. Dieses Konzept, das auf den so genannten Expositions-Reaktions-Funktionen (ERF) basiert, wird an Beispielen der Photoxidation erläutert. Dieses Vorgehen wurde schon beim ViPQuali-Projekt als Numerische Umweltsimulation umgesetzt.
Überprüft werden muss das Modell unbedingt an einer realitätsnahen Validierungsbeanspruchung. Hier werden die ermittelten ERFs mit über den kompletten Beanspruchungszeitraum geloggten Umweltparametern gekoppelt, um die berechnete mit der experimentell erfahrenen Alterungswirkung zu vergleichen. Nur so kann sichergestellt sein, dass alle für die Anwendungsumgebung relevanten Materialempfindlichkeiten einbezogen wurden.
Microplastics are solid polymeric particles with a size of 1-1000 μm (ISO/TR21960:2020), which can be emitted from mismanaged waste into the environment, where microplastic is now ubiquitous. What happens to the microplastics after ending up in the environment, which risks entail and what effects it has are not sufficiently clarified up to now. The most certain issue is that the plastic particles in the environment are exposed to natural ageing, are fragmenting and degrading, such that the potential risk to ecosystems and humans is increasing due to the formation of smaller and smaller particles, potentially even including nanoplastics, if these are ingested before their further degradation. Therefore, and in view of a possible registration of polymers under REACH in the future, it is necessary to investigate the degradation of thermoplastic polyurethanes (TPU) regarding hydrolysis stability to evaluate possible risks and effects to the environment.
In the present studies, one thermoplastic polyurethane – with and without hydrolysis stabilizer – is exposed to different pH buffers at 50°C for 14 days to investigate hydrolysis depending to different pH values (acid, alkali and neutral) based on OECD guideline TG111. The hydrolysis behavior of the TPUs is characterized by surface sensitive techniques and on bulk properties. First degradation effects can be detected by SEC. Hydrolysis, especially under acidic and basic conditions, leads to chain scissions to lower molecular masses. Furthermore, the degradation products which indicate the structure of the bulk material were detected by thermo-analytical methods like TGA-FTIR for the small degradation products and the thermo extraction/desorption-gaschromatography/mass spectrometry (TED-GC/MS) for bigger degradation products. Acidic and basic hydrolysis shows the same degradation behavior which is caused by a preferred scission of the ester and urethane functionalities. Surface-sensitive techniques such as XPS demonstrate less carboxylic acid formation at acidic than at alkaline pH value in the TPU without stabilator, where as the TPU with stabilator ages to the same extent in both pH ranges. Altogether, the hydrolysis of TPUs – independently of added stabilizer or not – in acid and alkali environment is accelerated compared to the neutral hydrolysis.
This presentation summarizes outcomes of the CUSP projects POLYRISK and PlasticsFatE according to thermoanalytical methods.It highlights the importants of analytical methods to measure physical and chemical properties of the test materials. These informations are neccessary for interpretation of the toxicological test results.