Μετρήσεις TGA και προσδιορισμός c-DTA^® σε πολυμερή

Εισαγωγή

Το πρωταρχικό ενδιαφέρον κατά τη διερεύνηση των πολυμερών με θερμοζυγό είναι να ληφθούν πληροφορίες σχετικά με τις μεταβολές της μάζας σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία. Αυτό μπορεί να δώσει πληροφορίες για πιθανά πρόσθετα και πληρωτικά καθώς και για την περιεκτικότητα του πολυμερούς. Η αλλαγή από αδρανή σε οξειδωτική ατμόσφαιρα επιτρέπει τη στοχευμένη καύση του προστιθέμενου αιθάλης ή πυρολυτικού άνθρακα, ενώ η υπολειπόμενη απώλεια μάζας παρέχει πληροφορίες σχετικά με τον τύπο και την ποσότητα των χρησιμοποιούμενων πληρωτικών υλικών και την περιεκτικότητα σε τέφρα. Ωστόσο, δεν είναι δυνατή η πλήρης περιγραφή των ιδιοτήτων του δείγματος ή η ταυτοποίηση ενός άγνωστου πολυμερούς, επειδή λείπουν ορισμένες πληροφορίες- συγκεκριμένα πληροφορίες σχετικά με τη θερμοκρασία τήξης. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι - σε αντίθεση με μια συσκευή DSC ή DTA - τα όργανα για θερμοβαρυτομετρικές μετρήσεις έχουν γενικά μόνο μια θέση δείγματος στο θάλαμο δειγμάτων. Η TG 209 F1 Libra^® δειγματολήπτη - ο οποίος μπορεί να φιλοξενήσει ένα μόνο χωνευτήρι δείγματος - απεικονίζεται στο σχήμα 1.

Αυτό σημαίνει ότι - σε αντίθεση με τα όργανα που διαθέτουν δύο θέσεις μέτρησης στο θάλαμο δειγμάτων (όπως η DSC και η DTA) - ένα μετρούμενο διαφορικό σήμα δεν μπορεί να αξιολογηθεί με αυτό το όργανο. Δεν μπορούν να καταγραφούν θερμικά φαινόμενα, όπως η αξιολόγηση της θερμοκρασίας τήξης. Αυτή η έλλειψη μπορεί ωστόσο να διορθωθεί με τη βοήθεια του σήματος c-DTA^®. Αυτό αυξάνει σημαντικά την αξία της συσκευής TGA αποδίδοντας πληροφορίες που μοιάζουν με DTA εκτός από τις απλές θερμοβαρυμετρικές πληροφορίες.

Συνθήκες μέτρησης για τις έρευνες που παρουσιάζονται στο σχήμα 3

Πώς λειτουργεί το c-DTA^®

Η αξιολόγηση c-DTA^® συγκρίνει το μετρούμενο σήμα της θερμοκρασίας του δείγματος με την προκαθορισμένη ονομαστική τιμή, δηλαδή με το υπολογισμένο πρόγραμμα θερμοκρασίας-χρόνου. Τη χρονική στιγμή που λαμβάνει χώρα μια θερμική μετάβαση στο δείγμα, η μετρούμενη θερμοκρασία του δείγματος αποκλίνει από τη γραμμική πορεία που είχε πριν από τη μετάβαση. Εάν το δείγμα λιώνει (ενδοθερμικό φαινόμενο), για παράδειγμα, η εφαρμοζόμενη ενέργεια απαιτείται για τη διαδικασία τήξης και επομένως δεν προκαλεί αμέσως αύξηση της θερμοκρασίας, οπότε η θερμοκρασία του δείγματος παραμένει πίσω από τον προγραμματισμένο γραμμικό ρυθμό θέρμανσης. Το σχήμα στο σχήμα 2 συγκρίνει το μετρούμενο σήμα θερμοκρασίας με την υπολογισμένη ονομαστική τιμή του προγράμματος θερμοκρασίας.

Το προκύπτον διαφορικό σήμα ονομάζεται υπολογισμένο σήμα DTA (c-DTA^®). Για τους λόγους που περιγράφηκαν παραπάνω, δεν έχει την ποιότητα ενός μετρούμενου σήματος DSC, αλλά μπορεί να παρέχει πολύτιμες ενδείξεις για την αναγνώριση άγνωστων δειγμάτων, όπως φαίνεται παρακάτω. Μια δεύτερη σημαντική εφαρμογή είναι η δυνατότητα προσδιορισμού των θερμοκρασιών τήξης πρότυπων ουσιών calibraμέσω του σήματος c-DTA^®. Αυτό επιτρέπει τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας calibration χρησιμοποιώντας καθιερωμένα πρότυπα τήξης, όπως μπορεί να γίνει με όργανα μέτρησης με δίδυμο σχεδιασμό (όπως η DSC).

Αποτελέσματα

Στο Σχήμα 3 συγκρίνονται τα αναλυτικά αποτελέσματα για τρία κοινά θερμοπλαστικά, το πολυαιθυλένιο (HD-PE), το πολυπροπυλένιο (PP) και το πολυαμίδιο 6 (PA6).

Εκτός από τις θερμοβαρυμετρικές πληροφορίες, παρουσιάζονται τα σήματα c-DTA^® (διακεκομμένες γραμμές) για κάθε δείγμα στην περιοχή θερμοκρασιών τήξης. Με την προεκτεταμένη έναρξη και τη θερμοκρασία κορυφής, προσδιορίζουν την περιοχή τήξης του δείγματος. Η σύγκριση των υλικών HD-PE, PP και PA6 δείχνει σαφώς ότι έτσι μπορούν να αποκτηθούν πρόσθετες πληροφορίες που βοηθούν στην ταυτοποίηση άγνωστων δειγμάτων.

Εκτός από τον προσδιορισμό του σημείου τήξης των υπό εξέταση δειγμάτων, η αξιολόγηση c-DTA^® προσφέρει επίσης μια κομψή μέθοδο προσδιορισμού της θερμοκρασίας calibra. Ενώ η διερεύνηση της συμπεριφοράς τήξης θα ήταν απλώς αδύνατη χωρίς την αξιολόγηση c-DTA^®, η λειτουργία αυτή επιτρέπει επίσης τον προσδιορισμό των θερμοκρασιών τήξης κοινών υλικών calibration. Τα αποτελέσματα αυτά χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό ενός πολυωνύμου θερμοκρασίας για τη θερμοκρασία calibration και εξασφαλίζουν αξιόπιστη αξιολόγηση της θερμοκρασίας για όλες τις επακόλουθες έρευνες.

Στο σχήμα 4 παρουσιάζεται μια περίληψη του προσδιορισμού της θερμοκρασίας τήξης για διαφορετικά υλικά calibraμε τη μέθοδο c-DTA^®.