TGA-målinger og ^c-DTA®. Bestemmelse af polymerer

Introduktion

Når man undersøger polymerer med en termobalance, er den primære interesse at få oplysninger om masseændringer som funktion af temperaturen. Det kan give oplysninger om mulige tilsætningsstoffer og fyldstoffer samt om polymerindholdet. Når man skifter fra en inert til en oxiderende atmosfære, kan man målrettet forbrænde tilsat carbon black eller Pyrolytisk kulstofPyrolytisk kulstof er kulstof, der dannes ved pyrolyse af organisk materiale i en iltfri atmosfære. pyrolytisk kulstof, mens det resterende massetab giver oplysninger om typen og mængden af fyldstoffer, der er anvendt, og om askekoncentrationen. Det er dog ikke muligt at beskrive prøvens egenskaber fuldt ud eller at identificere en ukendt polymer, fordi der mangler visse oplysninger, især oplysninger om smeltetemperaturen. Det skyldes, at instrumenter til termogravimetriske målinger - i modsætning til et DSC- eller DTA-apparat - generelt kun har én prøveposition i prøvekammeret. TG 209 F1 Libra^® prøveholder - som kan rumme en enkelt prøvedigel - er vist i figur 1.

Det betyder - i modsætning til instrumenter med to målepositioner i prøvekammeret (f.eks. DSC og DTA) - at et målt differentialsignal ikke kan evalueres med dette instrument. Termiske effekter som f.eks. evaluering af smeltetemperaturen kan ikke registreres. Denne mangel kan dog afhjælpes ved hjælp af ^c-DTA®.-signalet. Dette øger værdien af TGA-apparatet betydeligt ved at give DTA-lignende information ud over blot termogravimetrisk information.

Målebetingelser for undersøgelserne vist på i figur 3

Sådan fungerer ^c-DTA®.

I ^c-DTA®.-evalueringen sammenlignes det målte signal for prøvens temperatur med den forudindstillede nominelle værdi, dvs. med det beregnede temperatur-tidsprogram. På det tidspunkt, hvor der sker en kalorisk overgang i prøven, afviger den målte prøvetemperatur fra, hvad det lineære forløb havde været før overgangen. Hvis prøven f.eks. smelter (endotermisk effekt), er den tilførte energi nødvendig for smelteprocessen og forårsager derfor ikke umiddelbart en temperaturstigning, så prøvetemperaturen forbliver bag den programmerede lineære opvarmningshastighed. Skemaet i figur 2 sammenligner det målte temperatursignal med den beregnede nominelle værdi for temperaturprogrammet.

Det resulterende differentielle signal kaldes det beregnede DTA-signal (^c-DTA®.). Af de grunde, der er beskrevet ovenfor, har det ikke samme kvalitet som et målt DSC-signal, men det kan stadig give værdifulde ledetråde til at identificere ukendte prøver, som vist nedenfor. En anden vigtig anvendelse er muligheden for at bestemme smeltetemperaturen for standardkalibreringsstoffer via ^c-DTA®.-signalet. Dette giver mulighed for temperaturkalibrering ved hjælp af etablerede smeltestandarder, som det kan gøres med måleinstrumenter, der har et tvillingedesign (som f.eks. DSC).

Resultater

Figur 3 sammenligner analyseresultaterne for tre almindelige termoplastmaterialer, polyethylen (HD-PE), polypropylen (PP) og polyamid 6 (PA6).

Ud over de termogravimetriske oplysninger vises ^c-DTA®.-signalerne (stiplede linjer) for hver prøve i smeltetemperaturområdet. Med den ekstrapolerede begyndelse og spidstemperaturen identificerer de prøvens smelteområde. En sammenligning af materialerne HD-PE, PP og PA6 viser tydeligt, at man derved kan få yderligere oplysninger til at hjælpe med at identificere ukendte prøver.

Ud over at bestemme smeltepunktet for de undersøgte prøver tilbyder ^c-DTA®.-evaluering også en elegant temperaturkalibreringsmetode. Mens undersøgelse af smelteadfærd simpelthen ville være umulig uden ^c-DTA®.-evaluering, giver denne funktion også mulighed for at bestemme smeltetemperaturerne for almindelige kalibreringsmaterialer. Disse resultater bruges til at beregne et temperaturpolynom til temperaturkalibrering og sikrer pålidelig temperaturevaluering til alle efterfølgende undersøgelser.

Figur 4 viser en oversigt over bestemmelsen af smeltetemperaturen for forskellige kalibreringsmaterialer ved hjælp af ^c-DTA®.-metoden.