Въведение
Диференциалната сканираща калориметрия (ДСК) е широко използван метод за определяне на термичното поведение на полимерите. Чрез характеристиката на температурата на топене за всеки полимер може да се събере информация за състава на неизвестни проби. Наред със справочниците вече е достъпна и софтуерна база данни за термичен анализ, която сравнява резултатите от измерванията с библиотечни данни и позволява класифициране на резултатите въз основа на сходство [1]. По този начин човек може да получи ценни предложения за идентифициране на неизвестни образци дори и с малко собствен опит [2].
В тази работа базата данни Identify се използва за разпознаване на различни видове полиетилен и за изключване на други вещества въз основа на сравнение на сходствата.
Материали и методи
За характеризиране бяха налични пет вида полиетилен - PE-LD (ниска плътност), PE-LLD (линейна ниска плътност), PE-MD (medium плътност), PE-HD (висока плътност) и PE-UHMW (свръхвисоко молекулно тегло). Изследването на поведението при топене беше извършено с DSC 214 Polyma. Масите на пробите бяха между 10,0 mg и 15,0. Алуминиевите тигли Concavus® бяха пресовани с пробити капаци и нагрявани два пъти до 200 °C в азотна атмосфера при скорост на нагряване и охлаждане 10 K/min.
Резултати и обсъждане
Обикновено използваният подход в инструменталния анализ е да се сравняват собствените резултати от измерванията със сравнителни данни, съхранявани в база данни. За спектроскопски методи, като инфрачервена спектроскопия с преобразуване на Фурие (FT-IR) или масспектрометрия (MS), са налични бази данни, които позволяват такова сравнение. Доскоро тази възможност не беше налична при термичния анализ. Едва с въвеждането на софтуерната база данни Identify този подход намери приложение и в термичния анализ [1]. За идентифициране на материала обикновено се използва второто нагряване при DSC изследванията, тъй като първото нагряване обикновено се припокрива от параметрите на процеса, условията на съхранение или термичната история на пробата. От друга страна, второто нагряване - след контролирано, линейно охлаждане - показва действителното поведение на материала и следователно по-лесно позволява да се направят заключения за състава на материала.
Сравнение на протичането на второто нагряване за всеки от различните видове "PE" е показано на фигура 1. Допълнително е илюстрирано класифицирането на предложените типове PE, получени чрез Identify. Ако например се измери PE-LD (синьо) и се съпостави със сравнителните стойности, намерени от Identfiy, пробата може да се разпознае като PE-LD със стойности на сходство 99,08 %. Другите видове PE обаче се класифицират със значително по-ниски стойности на сходство.
Стойностите на сходство, показани на фигура 1, съответстват на първия ред в таблица 1. Тук са обобщени всички резултати от сравнението на базата данни. Първата колона показва измереното вещество и съответния ред за стойностите на сходство, намерени чрез Identify със съответното класифициране. По този начин бисектиращата линия показва, че съответният тип полиетилен, със стойност на сходство над 98%, е определен правилно. Никога не се откриват стойности на сходство от точно 100%, тъй като измерванията, които трябва да бъдат анализирани, са извършени върху същите проби като тези, съхранени в базата данни на Identify, но идентичните данни от измерванията никога не се сравняват. Стойностите от таблица 1 са илюстрирани графично на фигура 2.
Таблица 1: Обобщение на стойностите на сходство на всички видове полиетилен; в първата колона са показани измерените образци, а в другите колони са показани стойностите на сходство, определени за всеки от тях.
PE-LD | PE-MD | PE-LLD | PE-HD | PE-UHMW | |
|---|---|---|---|---|---|
| PE-LD | 99.08 | 93.38 | 74.06 | 29.94 | 23.75 |
| PE-MD | 95.31 | 98.06 | 74.80 | 36.23 | 31.44 |
| PE-LLD | 70.50 | 72.52 | 98.29 | 80.47 | 73.96 |
| PE-HD | 31.14 | 37.57 | 76.77 | 99.90 | 95.64 |
| ÜE-UHMW | 23.99 | 28.32 | 69.69 | 94.41 | 99.74 |
Резюме
Методът на диференциалната сканираща калориметрия (ДСК) е подходящ за определяне на поведението на топене на полимерни проби. С помощта на базата данни Identify определените резултати от измерванията могат да се сравняват с данните от библиотеката както визуално, така и въз основа на оценените стойности. Това позволява и надеждно идентифициране на различните видове полиетилен. Както вече е показано на друго място, възможно е също така да се разпознае съотношението mixutre [2 (а)]. Освен това идентификационната база данни може да се разширява със собствени данни и по този начин да се адаптира към индивидуалните нужди.