قياسات TGA وتقدير c-DTA^® على البوليمرات

مقدمة

يتمثل الاهتمام الأساسي للمرء عند فحص البوليمرات باستخدام ميزان حراري في الحصول على معلومات حول تغيرات الكتلة كدالة لدرجة الحرارة. يمكن أن ينتج عن ذلك معلومات عن المواد المضافة والمواد المالئة المحتملة وكذلك محتوى البوليمر. ويسمح التغيير من جو خامل إلى جو مؤكسد بالاحتراق المستهدف لأسود الكربون المضاف أو الكربون المتحلل بالحرارة، في حين أن فقدان الكتلة المتبقية يعطي معلومات حول نوع وكمية الحشوات المستخدمة ومحتوى الرماد. ومع ذلك، ليس من الممكن وصف خصائص العينة بالكامل، أو تحديد بوليمر غير معروف، لأن بعض المعلومات مفقودة؛ وتحديدًا معلومات عن درجة حرارة الانصهار. وهذا لأنه - على عكس جهاز DSC أو جهاز DTA - فإن أجهزة قياس الثقل الحراري الحراري عمومًا لها عمومًا موضع عينة واحد فقط في حجرة العينة. ويوضح الشكل 1 حامل عينة TG 209 F1 Libra^® - الذي يمكن أن يستوعب بوتقة عينة واحدة - في الشكل 1.

وهذا يعني - على النقيض من الأدوات التي لها موضعان للقياس في حجرة العينة (مثل DSC وDTA) - لا يمكن تقييم الإشارة التفاضلية المقيسة باستخدام هذه الأداة. لا يمكن تسجيل التأثيرات الحرارية مثل تقييم درجة حرارة الانصهار. ومع ذلك، يمكن تصحيح هذا القصور بمساعدة إشارة c-DTA^®. وهذا يزيد بشكل كبير من قيمة جهاز TGA من خلال الحصول على معلومات شبيهة بإشارة DTA بالإضافة إلى معلومات قياس الثقل الحراري فقط.

شروط القياس للتحقيقات المبينة في الشكل 3

كيف تعمل تقنية C-DTA

يقارن تقييم c-DTA^® الإشارة المقاسة لدرجة حرارة العينة مع القيمة الاسمية المحددة مسبقًا؛ أي مع برنامج درجة الحرارة-الزمن المحسوب. عند النقطة الزمنية التي يحدث فيها انتقال حراري في العينة، تنحرف درجة حرارة العينة المقاسة عما كان عليه المسار الخطي قبل الانتقال. إذا انصهرت العينة (التأثير الحراري الداخلي)، على سبيل المثال، فإن الطاقة المطبقة مطلوبة لعملية الانصهار وبالتالي لا تسبب زيادة فورية في درجة الحرارة، وبالتالي تظل درجة حرارة العينة متأخرة عن معدل التسخين الخطي المبرمج. يقارن المخطط في الشكل 2 إشارة درجة الحرارة المقاسة بالقيمة الاسمية المحسوبة لبرنامج درجة الحرارة.

وتسمى الإشارة التفاضلية الناتجة إشارة DTA المحسوبة (c-DTA^®). وللأسباب الموضحة أعلاه، لا تتمتع بجودة إشارة DSC المقيسة، ولكن لا يزال بإمكانها توفير أدلة قيمة لتحديد العينات المجهولة، كما هو موضح أدناه. ويتمثل التطبيق الثاني المهم في القدرة على تحديد درجات حرارة ذوبان مواد المعايرة القياسية عبر إشارة c-DTA^®. وهذا يسمح بمعايرة درجة الحرارة باستخدام معايير ذوبان ثابتة، كما يمكن القيام به مع أدوات القياس ذات التصميم المزدوج (مثل DSC).

النتائج

يقارن الشكل 3 بين النتائج التحليلية لثلاث لدائن حرارية شائعة، البولي إيثيلين (HD-PE) والبولي بروبيلين (PP) والبولي أميد 6 (PA6).

وبالإضافة إلى معلومات قياس الثقل الحراري، تُعرض إشارات c-DTA^® (الخطوط المتقطعة) لكل عينة في نطاق درجة حرارة الذوبان. مع البداية الاستقرائية ودرجة حرارة الذروة، فإنها تحدد نطاق ذوبان العينة. تُظهر المقارنة بين المواد HD-PE وPP وPA6 بوضوح أنه يمكن الحصول على معلومات إضافية للمساعدة في تحديد العينات غير المعروفة.

إلى جانب تحديد درجة انصهار العينات قيد الفحص، يوفر تقييم c-DTA^® أيضًا طريقة معايرة درجة الحرارة الأنيقة. وفي حين أن التحقيق في سلوك الذوبان سيكون ببساطة مستحيلًا بدون تقييم c-DTA^®، فإن هذه الوظيفة تسمح أيضًا بتحديد درجات حرارة ذوبان مواد المعايرة الشائعة. يتم استخدام هذه النتائج في حساب متعدد الحدود لدرجة الحرارة لمعايرة درجة الحرارة وضمان تقييم موثوق لدرجة الحرارة لجميع التحقيقات اللاحقة.

ويرد في الشكل 4 ملخص لتحديد درجة حرارة الذوبان لمواد المعايرة المختلفة باستخدام طريقة c-DTA^®.