Въведение
Основният интерес при изследването на полимери с термобаланс е да се получи информация за промените в масата като функция на температурата. Така може да се получи информация за възможни добавки и пълнители, както и за съдържанието на полимера. Преминаването от инертна към окислителна атмосфера позволява целенасочено изгаряне на добавените сажди или пиролитичен въглерод, докато загубата на остатъчна маса дава информация за вида и количеството на използваните пълнители и за пепелния концент. Въпреки това не е възможно да се опишат напълно свойствата на пробата или да се идентифицира неизвестен полимер, тъй като липсва определена информация; по-специално информация за температурата на топене. Това се дължи на факта, че - за разлика от апаратите за DSC или DTA - уредите за термогравиметрични измервания обикновено имат само една позиция на пробата в камерата за проби. TG 209 F1 Libra® който може да побере един тигел с проба, е показан на фигура 1.
Това означава, че за разлика от уредите, които имат две позиции за измерване в камерата за проби (като DSC и DTA), с този уред не може да се оценява измерен диференциален сигнал. Не могат да се регистрират топлинни ефекти, като например оценка на температурата на топене. Този недостатък обаче може да бъде отстранен с помощта на сигнала c-DTA®. Това значително повишава стойността на апарата TGA, тъй като освен само термогравиметрична информация дава и информация, подобна на DTA.
Условия за измерване при изследванията, показани на на фигура 3
| Образец | PE | PP | PA6 |
|---|---|---|---|
| Маса на образеца | 7.3 mg | 10.47 mg | 8.77 mg |
| Тигел | Al2O3 | Al2O3 | Al2O3 |
| Атмосфера | Азот | Азот | Азот |
| Дебит на газа | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Скорост на нагряване | 20 K/min | 20 K/min | 20 K/min |
Как работи c-DTA®
Оценката на c-DTA® сравнява измерения сигнал за температурата на пробата с предварително зададената номинална стойност, т.е. с изчислената програма "температура-време". В момента, в който в пробата се извършва калориен преход, измерената температура на пробата се отклонява от линейния ход, който е бил преди прехода. Ако пробата се топи (ендотермичен ефект), например, приложената енергия е необходима за процеса на топене и следователно не предизвиква незабавно повишаване на температурата, така че температурата на пробата остава зад програмирания линеен ход на нагряване. Схемата на фигура 2 сравнява измерения температурен сигнал с изчислената номинална стойност на температурната програма.
Полученият диференциален сигнал се нарича изчислен DTA сигнал (c-DTA®). Поради описаните по-горе причини той няма качеството на измерения DSC сигнал, но все пак може да предостави ценни данни за идентифициране на неизвестни проби, както е показано по-долу. Второто важно приложение е възможността за определяне на температурите на топене на стандартните калибрационни вещества чрез сигнала c-DTA®. Това позволява температурно калибриране с помощта на установени стандарти за топене, както може да се направи с измервателни уреди с двойна конструкция (като DSC).
Резултати
На фигура 3 са сравнени аналитичните резултати за три широко разпространени термопластични материали - полиетилен (HD-PE), полипропилен (PP) и полиамид 6 (PA6).
В допълнение към термогравиметричната информация са представени c-DTA® сигналите (прекъснати линии) за всяка проба в температурния диапазон на топене. С екстраполираното начало и пиковата температура те определят диапазона на топене на пробата. Сравнението на материалите HD-PE, PP и PA6 показва ясно, че по този начин може да се получи допълнителна информация, която да помогне за идентифицирането на неизвестни проби.
Освен определянето на температурата на топене на изследваните проби, c-DTA® оценката предлага и елегантен метод за температурно калибриране. Въпреки че изследването на поведението на топене би било просто невъзможно без c-DTA® оценката, тази функция позволява също така да се определят температурите на топене на обичайни материали за калибриране. Тези резултати се използват при изчисляването на температурния полином за калибриране на температурата и осигуряват надеждна оценка на температурата за всички последващи изследвания.
На фигура 4 е представено обобщение на определянето на температурата на топене за различни калибрационни материали с помощта на метода c-DTA®.
За температурно калибриране на термовезни избраните калибрационни вещества трябва да обхващат температурния диапазон от 25°C до 1100°C. За изчисляване на полинома са необходими минимум три вещества.
Таблица 1: Обобщение на определянето на температурата на топене за седем вещества за калибриране
| Проба | Индий | Олово | Бисмут | Цинк | Алуминий | Сребро | Злато |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Маса на пробата/mg | 4.689 | 5.268 | 8.392 | 6.159 | 5.425 | 5.078 | 4.564 |
| Tnom./°C | 156.6 | 231.9 | 271.4 | 419.5 | 660.3 | 961.8 | 1064.2 |
| Texp./°C | 156.8 | 232.8 | 273.7 | 419.6 | 660.1 | 962.0 | 1064.0 |