مقدمة
في المذكرة التطبيقية 032، عرضنا الطرق التي يؤثر بها الغلاف الجوي وشكل العينة على نتائج اختبار TGA باستخدام أمثلة مفصلة من مجال اللدائن البلاستيكية الحرارية. وبالإضافة إلى نوع غاز التطهير (على سبيل المثال، خامل أو مؤكسد)، هناك عوامل أخرى تؤثر على نتائج الاختبار وهي معدل غاز التطهير، وتأثير البوتقة، ونسبة السطح إلى الكتلة، وما إذا كانت القياسات قد أجريت باستخدام بوتقات مفتوحة أو مغلقة.
نتائج القياس
تأثير معدل غاز التطهير
يوضح الشكل 1 منحنيات TGA لتركيبة مضافات البوليمر عند معدلي غاز تطهير مختلفين. سُخِّنت العينة الصلبة تحت النيتروجين إلى 230 درجة مئوية ثم ظلت درجة الحرارة ثابتة. أثناء التسخين، انصهرت العينة عند درجة حرارة 75 درجة مئوية ثم ظلت في الحالة السائلة.
بالنسبة لكلا القياسين، تم استخدام عينة وزنها 10.50 مجم ومعدل تسخين 20 كلفن/الدقيقة. يرتبط فقدان الكتلة الملاحظ هنا ارتباطًا وثيقًا بمعدل غاز التطهير المستخدم. بالنسبة لمعدل غاز التطهير البالغ 40 مل/الدقيقة (منحنى TGA الأخضر)، يمكن ملاحظة فقدان كتلة بنسبة 23.6%؛ أما بالنسبة لمعدل غاز التطهير الأقل البالغ 20 مل/الدقيقة (منحنى TGA الأزرق)، فقد بلغت نسبة فقدان الكتلة 22.8% فقط بعد نفس الفترة الزمنية. لا يمكن أن تُعزى خطوة فقدان الكتلة في هذا المثال إلى تحلل العينة، بل إلى تبخر المواد المتطايرة. وبالتالي يمكن تسريع عملية التبخر عن طريق معدلات عالية من غاز التطهير.
تأثير البوتقة، نسبة السطح إلى الكتلة
وبالمثل، يؤثر اختيار البوتقة أيضًا على نتيجة اختبار TGA. يوضح الشكل 2 نتائج الاختبار لنفس العينة الموضحة في الشكل 1. تم ضبط جميع بارامترات القياس - برنامج درجة الحرارة، ووزن العينة، والغلاف الجوي - بشكل متطابق. وكان الاختلاف الوحيد هو هندسة البوتقة. بالنسبة للاختبار الذي أسفر عن منحنى TGA الأزرق، كان قطر البوتقة أصغر من قطر البوتقة التي أسفرت عن المنحنى الأخضر. يمكن أيضًا رؤية اختلاف واضح في خطوة فقدان الكتلة في اختبار TGA هنا.
فمع البوتقة الأكبر (المنحنى الأخضر)، لوحظ فقدان كتلة بنسبة 23.6%؛ أما في البوتقة الأصغر حجمًا فقد بلغت نسبة فقدان الكتلة 21.2% فقط في ظل ظروف قياس متطابقة. في التحليل الحراري، تلعب نسبة السطح إلى كتلة العينة دائمًا دورًا حاسمًا في استنساخ نتائج اختبار قياس الثقل الحراري.
القياس بغطاء البوتقة وبدونه
إلى جانب هندسة البوتقة، هناك اعتبار آخر مهم عند مقارنة النتائج، وهو ما إذا كان قد تم استخدام غطاء للقياسات. بصفة عامة، تُجرى قياسات TGA بدون غطاء، ولكن في بعض الأحيان يتم استخدام غطاء لمنع تسرب مادة العينة في حالة سائلة من البوتقة. في مثل هذه الحالات، يُستخدم غطاء مغلق بشكل عام. يصور الشكل 3 الفرق في سلوك التحلل لعينة HDPE كما تم قياسها في بوتقة Al2O3 بدون غطاء مقابل بوتقة مغلقة بغطاء مثقوب. كان وزن العينة لكلا القياسين 10 مجم ومعدل التسخين 10 كلفن/الدقيقة. أُجريت القياسات تحت جو هواء اصطناعي. في ظل ظروف القياس هذه، يمكن افتراض أن البولي أوليفين يخضع للتحلل التأكسدي الحراري. الأكسجين الموجود في غاز التطهير (الهواء الاصطناعي) هو في الوقت نفسه شريك التفاعل للعينة. وبالتالي فإن تركيز الأكسجين في العينة له تأثير مباشر على التحلل نفسه و/أو بداية التحلل. ويمكن تقييم ذلك باستخدام درجات حرارة البداية المستنبطة في الشكل 3. في القياس بدون غطاء، يبدأ التحلل بالفعل عند 384 درجة مئوية؛ أما في القياس بغطاء مثقوب، من ناحية أخرى، لا يحدث التحلل حتى 419 درجة مئوية. في القياس بغطاء مثقوب، لا تتلامس العينة مع الأكسجين حتى وقت متأخر، لذلك لا يتم ملاحظة الأكسدة. ومع ذلك، لا تتأثر الكتلة المتبقية بذلك وتكون متطابقة في القياسين.
