Introduktion
Differential Scanning Calorimetry (DSC) er en meget anvendt metode til at bestemme polymerers termiske opførsel. Ved hjælp af den karakteristiske Smeltetemperaturer og entalpierEt stofs fusionsenthalpi, også kendt som latent varme, er et mål for den energitilførsel, typisk varme, der er nødvendig for at omdanne et stof fra fast til flydende tilstand. Et stofs smeltepunkt er den temperatur, hvor det skifter tilstand fra fast (krystallinsk) til flydende (isotropisk smelte).smeltetemperatur for hver polymer kan der også indsamles oplysninger om sammensætningen af ukendte prøver. Sammen med referencebøger er der nu også en softwarebaseret database til rådighed for termisk analyse, som sammenligner måleresultater med biblioteksdata og giver mulighed for klassificering af resultaterne baseret på ligheder [1]. Man kan således få værdifulde forslag til at identificere ukendte prøver, selv med lidt egen erfaring [2].
I dette arbejde anvendes Identify-databasen til at genkende forskellige typer polyethylen og til at udelukke andre stoffer baseret på en sammenligning af ligheder.
Materialer og metoder
Fem typer polyethylen - PE-LD (lav densitet), PE-LLD (lineær lav densitet), PE-MD (medium densitet), PE-HD (høj densitet) og PE-UHMW (ultrahøj molekylvægt) - var tilgængelige til karakterisering. Undersøgelse af smelteadfærden blev udført med DSC 214 Polyma. Prøvemasserne var mellem 10,0 mg og 15,0. Concavus® aluminiumdigler blev presset med gennemborede låg og opvarmet to gange til 200 °C i en nitrogenatmosfære ved opvarmnings- og afkølingshastigheder på 10 K/min.
Resultater og diskussion
En typisk tilgang til instrumentel analyse er at sammenligne sine egne måleresultater med sammenlignelige data, der er gemt i en database. For spektroskopiske metoder som Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) eller massespektrometri (MS) findes der databaser, som giver mulighed for en sådan sammenligning. Indtil for nylig var denne mulighed ikke tilgængelig inden for termisk analyse. Først med introduktionen af den softwarebaserede Identify-database har denne tilgang også fundet vej til termisk analyse [1]. Til materialeidentifikation bruges normalt den anden opvarmning i DSC-undersøgelser, da den første opvarmning generelt overlappes af procesparametre, opbevaringsforhold eller prøvens termiske historie. På den anden side viser den anden opvarmning - efter en kontrolleret, lineær afkøling - den faktiske materialeadfærd og giver derfor lettere mulighed for at drage konklusioner om materialesammensætningen.
En sammenligning af den anden opvarmning for hver af de forskellige "PE"-typer er vist i figur 1. Derudover illustreres klassificeringen af de foreslåede PE-typer, der fremkommer ved Identify. Hvis f.eks. PE-LD måles (blå) og sammenholdes med de sammenlignende værdier fundet af Identify, kan prøven genkendes som PE-LD med lighedsværdier på 99,08 %. De andre PE-typer klassificeres dog med betydeligt lavere lighedsværdier.
Lighedsværdierne vist i figur 1 svarer til den første linje i tabel 1. Alle resultater af databasesammenligningen er opsummeret her. Den første kolonne viser det målte stof og den respektive linje for de lighedsværdier, der er fundet ved at identificere med den tilsvarende klassificering. Den halverende linje viser dermed, at den tilsvarende polyethylentype med en lighedsværdi på mere end 98 % er tildelt korrekt. Der findes aldrig lighedsværdier på præcis 100 %, da de målinger, der skal analyseres, blev udført på de samme prøver som dem, der er gemt i Identify-databasen, men de identiske måledata bliver aldrig sammenlignet. Værdierne fra tabel 1 er illustreret grafisk i figur 2.
Tabel 1: Oversigt over lighedsværdierne for alle polyethylentyper; den første kolonne viser de målte prøver, og i de andre kolonner vises de lighedsværdier, der er bestemt for hver.
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 |
Sammenfatning
Metoden Differential Scanning Calorimetry (DSC) er velegnet til at detektere polymerprøvers smelteadfærd. Ved hjælp af Identify-databasen kan de bestemte måleresultater sammenlignes med biblioteksdata både visuelt og baseret på evaluerede værdier. Dette giver også mulighed for pålidelig identifikation af de forskellige polyethylentyper. Som det allerede er vist andetsteds, er det også muligt at genkende blandingsforholdet [2 (a)]. Desuden kan Identify-databasen udvides med ens egne data og derfor tilpasses individuelle behov.