Měření TGA a stanovení ^c-DTA® na polymerech

Úvod

Při zkoumání polymerů pomocí termováhy je primárním zájmem získat informace o změnách hmotnosti v závislosti na teplotě. To může přinést informace o možných přísadách a plnivech i o obsahu polymeru. Změna inertní atmosféry na oxidační umožňuje cílené spalování přidaných sazí nebo pyrolytického uhlíku, zatímco úbytek zbytkové hmotnosti poskytuje informace o typu a množství použitých plniv a o konentu popela. Není však možné plně popsat vlastnosti vzorku nebo Identify neznámého polymeru, protože chybí určité informace; konkrétně informace o teplotě tání. Je tomu tak proto, že - na rozdíl od přístrojů DSC nebo DTA - mají přístroje pro termogravimetrická měření obvykle pouze jednu polohu vzorku v komoře. TG 209 F1 Libra^® který pojme jeden kelímek se vzorkem, je znázorněn na obrázku 1.

To znamená, že - na rozdíl od přístrojů, které mají dvě měřicí pozice v komoře pro vzorky (např. DSC a DTA) - nelze u tohoto přístroje vyhodnocovat naměřený diferenční signál. Nelze zaznamenat tepelné efekty, jako je vyhodnocení teploty tání. Tento nedostatek však lze odstranit pomocí signálu ^c-DTA®. Ten výrazně zvyšuje hodnotu přístroje TGA tím, že kromě pouhých termogravimetrických informací poskytuje i informace podobné DTA.

Podmínky měření pro šetření uvedené na obrázku 3

Jak funguje ^c-DTA®

Vyhodnocení ^c-DTA® porovnává naměřený signál teploty vzorku s přednastavenou nominální hodnotou, tj. s vypočteným teplotně-časovým programem. V okamžiku, kdy ve vzorku dojde ke kalorickému přechodu, se naměřená teplota vzorku odchyluje od lineárního průběhu před přechodem. Pokud se například vzorek taví (endotermický efekt), aplikovaná energie je potřebná pro proces tavení, a proto nezpůsobí okamžitý nárůst teploty, takže teplota vzorku zůstává za naprogramovaným lineárním průběhem ohřevu. Schéma na obrázku 2 porovnává naměřený teplotní signál s vypočtenou jmenovitou hodnotou teplotního programu.

Výsledný diferenční signál se nazývá vypočtený signál DTA (^c-DTA®). Z výše popsaných důvodů nemá kvalitu měřeného signálu DSC, ale přesto může poskytnout cenná vodítka pro identifikaci neznámých vzorků, jak je uvedeno níže. Druhou důležitou aplikací je možnost určit teploty tání standardních kalibračních látek pomocí signálu ^c-DTA®. To umožňuje teplotní kalibraci pomocí zavedených standardů tání, jak to lze provést u měřicích přístrojů s dvojitou konstrukcí (např. DSC).

Výsledky

Obrázek 3 porovnává výsledky analýz tří běžných termoplastů, polyethylenu (HD-PE), polypropylenu (PP) a polyamidu 6 (PA6).

Kromě termogravimetrických informací jsou pro každý vzorek v rozsahu teplot tání uvedeny signály ^c-DTA® (čárkované čáry). S extrapolovaným počátkem a teplotou píku Identify rozsah tání vzorku. Srovnání materiálů HD-PE, PP a PA6 jasně ukazuje, že lze takto získat další informace, které pomohou Identify neznámých vzorků.

Kromě stanovení teploty tání zkoumaných vzorků nabízí vyhodnocení ^c-DTA® také elegantní metodu teplotní kalibrace. Zatímco zkoumání chování při tání by bez vyhodnocení ^c-DTA® jednoduše nebylo možné, tato funkce umožňuje také stanovení teplot tání běžných kalibračních materiálů. Tyto výsledky se používají při výpočtu teplotního polynomu pro teplotní kalibraci a zajišťují spolehlivé vyhodnocení teploty pro všechna následná zkoumání.

Na obrázku 4 je uveden přehled stanovení teploty tání pro různé kalibrační materiály pomocí metody ^c-DTA®.