Johdanto
Sovellusmuistiossa 032 esittelimme yksityiskohtaisten esimerkkien avulla, miten ilmakehä ja näytteen muoto vaikuttavat TGA-testin tuloksiin termoplastisten elastomeerien alalla. Puhdistuskaasun tyypin (esim. inertti tai hapettava) lisäksi muita testituloksiin vaikuttavia tekijöitä ovat puhdistuskaasun nopeus, upokkaan vaikutus, pinta-massasuhde ja se, onko mittaukset tehty avoimilla vai suljetuilla upokkailla.
Mittaustulokset
Puhdistuskaasun määrän vaikutus
Kuvassa 1 on esitetty polymeerilisäaineen formulaation TGA-käyrät kahdella eri puhdistuskaasun nopeudella. Kiinteä näyte kuumennettiin typen alla 230 °C:een, minkä jälkeen lämpötila pidettiin vakiona. Kuumennuksen aikana näyte suli 75 °C:ssa ja pysyi sen jälkeen nestemäisessä tilassa.
Molemmissa mittauksissa käytettiin näytteen painoa 10,50 mg ja lämmitysnopeutta 20 K/min. Tässä havaittu massahäviö korreloi voimakkaasti käytetyn puhdistuskaasun nopeuden kanssa. Puhdistuskaasunopeudella 40 ml/min (vihreä TGA-käyrä) massahäviö oli 23,6 %; alhaisemmalla puhdistuskaasunopeudella 20 ml/min (sininen TGA-käyrä) massahäviö oli vain 22,8 % saman ajanjakson jälkeen. Tässä esimerkissä massahäviön ei voida katsoa johtuvan näytteen hajoamisesta vaan pikemminkin haihtuvien aineiden haihtumisesta. Haihtumisprosessia voidaan siis nopeuttaa suurilla puhdistuskaasunopeuksilla.
Upokkaan vaikutus, pinta-massa-suhde
Myös upokkaan valinta vaikuttaa TGA-testin tulokseen. Kuvassa 2 esitetään testitulokset samalle näytteelle, joka on esitetty kuvassa 1. Kaikki mittausparametrit - lämpötilaohjelma, näytteen paino, ilmakehä - asetettiin samanlaisiksi. Ainoa ero oli upokkaan geometria. Sinisen TGA-käyrän tuottaneessa testissä upokas oli halkaisijaltaan pienempi kuin vihreän käyrän tuottaneessa testissä. TGA-testissä voidaan nähdä myös selvä ero massan häviämisvaiheessa.
Suuremmalla upokkaalla (vihreä käyrä) havaittiin 23,6 prosentin massahäviö, kun taas pienemmällä upokkaalla massahäviö oli vain 21,2 prosenttia muuten samanlaisissa mittausolosuhteissa. Termoanalyysissä pinnan ja näytteen massan suhteella on aina ratkaiseva merkitys termogravimetristen testitulosten toistettavuuteen.
Mittaus upokkaan kannen kanssa ja ilman sitä
Upokkaiden geometrian lisäksi toinen tärkeä seikka tuloksia vertailtaessa on se, käytettiinkö mittauksissa kantta. Yleensä TGA-mittaukset tehdään ilman kantta, mutta joskus käytetään kantta, jotta nestemäisessä tilassa oleva näytemateriaali ei valuisi ulos upokkaasta. Tällaisissa tapauksissa käytetään yleensä suljettua kantta. Kuvassa 3 esitetään HDPE-näytteen hajoamiskäyttäytymisen ero mitattuna Al2O3-astiassa ilman kantta ja suljetussa, lävistetyllä kannella varustetussa astiassa. Näytteen paino molemmissa mittauksissa oli 10 mg ja lämmitysnopeus 10 K/min. Mittaukset suoritettiin synteettisessä ilmakehässä. Näissä mittausolosuhteissa voidaan olettaa, että polyolefiini hajoaa termo-oksidatiivisesti. Puhdistuskaasun (synteettinen ilma) sisältämä happi on samalla näytteen reaktiokumppani. Näytteen happipitoisuudella on siten suora vaikutus itse hajoamiseen ja/tai hajoamisen alkamiseen. Tätä voidaan arvioida kuvassa 3 esitettyjen ekstrapoloitujen alkamislämpötilojen avulla. Mittauksessa ilman kantta HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen alkaa jo 384 °C:ssa; mittauksessa, jossa kansi on lävistetty, HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen alkaa sitä vastoin vasta 419 °C:ssa. Mittauksessa, jossa on lävistetty kansi, näyte joutuu kosketuksiin hapen kanssa vasta myöhemmin, joten hapettumista ei havaita. Tämä ei kuitenkaan vaikuta jäännösmassaan, vaan se on sama molemmissa mittauksissa.
