POLISTIRENE BROMURATO: UNA VALUTAZIONE QUALITATIVA DEL CONTENUTO DI BROMO TRAMITE SEM-EDX

Il polistirene bromurato (abbreviato in PS-Br o BPS) è uno dei più comuni additivi autoestinguenti utilizzati in compound base poliammide.

Una delle caratteristiche chiave di questa tipologia di additivi è, chiaramente, il contenuto di bromo. Il contenuto di bromo è infatti il fattore che determina l’autoestinguenza del compound finale.

A tutt’oggi i compound base poliammide con PS-Br rimangono fra i più adatti all’ottenimento di elevati valori di GWIT (Glow Wire Ignition Temperature) cioè prova del filo incandescente, temperatura di ignizione (secondo la IEC 60695-2-13), rendendo questi compound ampiamente utilizzati nel settore degli elettrodomestici.

Essendo una caratteristica fondamentale, sulla scheda tecnica dei PS-Br è sempre riportato il contenuto di bromo e questo contenuto può essere misurato con varie tecniche (anche sviluppate internamente dai vari produttori di PS-Br).

Per una serie di ragioni (per esempio problemi di qualità o di controllo in ingresso) potrebbe comunque essere utile, o necessario, avere un’idea del valore di contenuto di bromo di un PS-Br utilizzato (valore possibilmente ottenuto da parte terza).

In questo breve studio ci focalizzeremo sull’analisi SEM-EDX (https://rdlab137.it/it/laboratorio/microscopiaelettronica-sem-edx.html) per la valutazione (pur di massima) del contenuto di bromo di tre PS-Br commerciali (due forniti da un produttore e uno da un secondo produttore) denominati, rispettivamente, PS-Br 1, PS-Br 2, PS-Br 3.

Tutti e tre i PS-Br analizzati sono sotto forma di granuli/scaglie (Immagine 1).

Immagine 1: forma fisica del polistirene bromurato (nello specifico si tratta del PS-Br denominato PS-Br 3).

Le analisi SEM-EDX sono state eseguite su più granuli (scaglie) dei vari PS-Br disponibili e, per ognuno di questi in diverse posizioni (con ingrandimento 1000X).

La tabella riportata di seguito (Tabella 1) sintetizza i risultati trovati:

Tabella 1: media contenuto bromo misurato e indicato su scheda tecnica per i PS-Br considerati.

Sebbene esista una certa variabilità nel contenuto di bromo misurato per la singola misurazione, legata al fatto che si tratta di un’analisi puntuale (su scala microscopica), i valori medi ottenuti sono ragionevolmente centrati sul valore medio nominale.

Chiaramente per avere un valore medio più significativo sono necessarie più misurazioni (nel caso in questione sono state effettuate quindici misurazioni per ogni PS-Br considerato).

Un esempio di microanalisi degli elementi per una misurazione relativa al PS-Br 2 è riportato nella Tabella 2.

Tabella 2: contenuto elementi per una delle misurazioni effettuata sul PS-Br 2.

La mappatura degli elementi (bromo incluso, in giallo) per una misurazione effettuata sempre sul PS-Br 2 è riportata nell’Immagine 2.

Immagine 2: immagine SEM e mappatura elementi relativa a una misurazione su PS-Br 2

Si può notare, come detto, che il valore medio del contenuto di bromo (calcolato su tutti i granuli e posizioni) è vicino a quello dichiarato dai produttori e riportato sulla scheda tecnica.

Per il PS-Br 2 il valore del contenuto di bromo è inoltre praticamente identico al valore medio ottenuto dai valori determinati dal produttore su ventiquattro lotti di produzione del PS-Br in questione (valore medio del 59.96% contro un valore medio misurato del 60%).

Inoltre, se di converso, è noto che un compound contiene del PS-Br (e non contiene nessuna altra fonte rilevante di bromo) attraverso una valutazione del contenuto di bromo è possibile fare una ragionevole assunzione sul contenuto di PS-Br presente nel compound (utile sia come controllo del contenuto di bromo che il materiale dovrebbe avere in base al contenuto previsto di PS-Br, sia come valutazione, pur complementare ad altre analisi, del contenuto di PS-Br in caso di compound con composizione non nota).

Sono stati per esempio analizzati alcuni compound contenenti PS-Br a percentuali note e la seguente Tabella 3 riporta i risultati ottenuti:

Tabella 3: media contenuto bromo misurato e nominale per alcuni compound contenenti specifici PS-Br. Misurazioni effettuate sulla parte centrale (interna) di una placca stampata con il compound analizzato.

In questo caso, anche tenendo in considerazione il fatto che i compound analizzati contengono molti componenti e che le quantità di questi componenti (incluso il PS-Br) sono comunque fluttuanti rispetto al valore nominale (e che inoltre i compound hanno un’omogeneità non perfetta, anche a causa del processo produttivo e /o di trasformazione), l’analisi su scala microscopica (per un numero limitato di misurazioni) porta a valori più scostati dal valore nominale rispetto a quanto trovato per i PS-Br tal quali, per quanto in linea con i valori nominali come ordine di grandezza.

Chiaramente se l’analisi è fatta su un pezzo (o provino) ottenuto per esempio per stampaggio ad iniezione, tra la superficie del pezzo e la parte interna può esserci una variazione nella concentrazione puntuale di elementi legati a specifici additivi, quali per esempio il PS-Br, a causa di effetti legati alla trasformazione del compound.

L’analisi SEM-EDX può anche essere utile per verificare la presenza di impurezze metalliche presenti nel PS-Br e, dalla mappatura degli elementi, è anche possibile avere un’idea (pur qualitativa) della omogeneità del materiale, per esempio della presenza omogenea del bromo nella matrice polimerica (di rilievo per il comportamento autoestinguente del materiale).

In RDLab137 possiamo supportare per valutazioni di questo tipo, o per altre analisi morfologiche, e di mappatura degli elementi, tramite analisi SEM con sonda EDX per microanalisi degli elementi (la strumentazione è disponibile in RDLab137).

Ing. Luca Ciceri - RDLAB137 srl

Ultima revisione: 28/04/2021