Úvod
V aplikační poznámce 032 jsme na podrobných příkladech z oblasti termoplastických elastomerů představili způsoby, jakými atmosféra a tvar vzorku ovlivňují výsledky zkoušky TGA. Kromě typu proplachovacího plynu (např. inertní nebo oxidační) jsou dalšími faktory ovlivňujícími výsledky zkoušek rychlost proplachovacího plynu, vliv kelímku, poměr povrchu k hmotnosti a to, zda byla měření prováděna v otevřených nebo uzavřených kelímcích.
Výsledky měření
Vliv rychlosti proplachovacího plynu
Na obrázku 1 jsou zobrazeny křivky TGA pro složení polymerní přísady při dvou různých rychlostech proplachovacího plynu. Pevný vzorek byl zahříván pod dusíkem na teplotu 230 °C a poté byla teplota udržována konstantní. Během zahřívání se vzorek roztavil při teplotě 75 °C a poté zůstal v kapalném stavu.
Pro obě měření byla použita hmotnost vzorku 10,50 mg a rychlost ohřevu 20 K/min. Pozorovaný úbytek hmotnosti je ve vysoké míře závislý na rychlosti použitého proplachovacího plynu. Při rychlosti proplachovacího plynu 40 ml/min (zelená křivka TGA) lze pozorovat hmotnostní úbytek 23,6 %; při nižší rychlosti proplachovacího plynu 20 ml/min (modrá křivka TGA) činil hmotnostní úbytek po stejné době pouze 22,8 %. Úbytek hmotnosti v tomto příkladu nelze přičítat rozkladu vzorku, ale spíše odpařování těkavých látek. Proces odpařování lze tedy urychlit pomocí vysokých rychlostí proplachovacího plynu.
Vliv kelímku, poměr povrchu k hmotnosti
Podobně ovlivňuje výsledek zkoušky TGA také volba kelímku. Na obrázku 2 jsou uvedeny výsledky zkoušky pro stejný vzorek, který je uveden na obrázku 1. Všechny parametry měření - teplotní program, hmotnost vzorku, atmosféra - byly nastaveny identicky. Jediným rozdílem byla geometrie kelímku. Pro zkoušku, při níž vznikla modrá křivka TGA, měl kelímek menší průměr než pro zkoušku, při níž vznikla zelená křivka. V tomto případě je také patrný zřetelný rozdíl v kroku ztráty hmotnosti při zkoušce TGA.
U většího kelímku (zelená křivka) byl pozorován úbytek hmotnosti 23,6 %; u menšího kelímku činil úbytek hmotnosti pouze 21,2 % za jinak stejných podmínek měření. Při termické analýze hraje poměr hmotnosti povrchu a hmotnosti vzorku vždy rozhodující roli při reprodukovatelnosti výsledků termogravimetrické zkoušky.
Měření s víkem a bez víka kelímku
Kromě geometrie kelímku je při porovnávání výsledků důležitá také skutečnost, zda bylo při měření použito víko. Obecně se měření TGA provádějí bez víčka, ale někdy se víčko používá, aby se zabránilo vylití materiálu vzorku v kapalném stavu z kelímku. V takových případech se obvykle používá uzavřené víko. Obrázek 3 znázorňuje rozdíl v chování vzorku HDPE při rozkladu měřeného v kelímku s Al2O3 bez víčka a v porovnání s rozkladem v uzavřeném kelímku s propíchnutým víčkem. Hmotnost vzorku pro obě měření byla 10 mg a rychlost zahřívání činila 10 K/min. Měření byla prováděna v atmosféře syntetického vzduchu. Za těchto podmínek měření lze předpokládat, že polyolefin prochází termooxidačním rozkladem. Kyslík obsažený v proplachovacím plynu (syntetický vzduch) je současně reakčním partnerem vzorku. Koncentrace kyslíku u vzorku má tedy přímý vliv na samotný Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad a/nebo na počátek rozkladu. To lze vyhodnotit pomocí extrapolovaných teplot počátku rozkladu na obrázku 3. Při měření bez víka začíná Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad již při 384 °C; při měření s propíchnutým víkem naopak nastává Rozkladná reakceRozkladná reakce je tepelně indukovaná reakce chemické sloučeniny za vzniku pevných a/nebo plynných produktů. rozklad až při 419 °C. Při měření s propíchnutým víkem se vzorek dostane do kontaktu s kyslíkem až v pozdějším okamžiku, takže OxidaceOxidace může v rámci termické analýzy popisovat různé procesy.oxidace není pozorována. Zbytková hmotnost tím však není ovlivněna a je při obou měřeních stejná.
