Johdanto
Kun polymeerejä tutkitaan lämpövaakamittarilla, ensisijainen tavoite on saada tietoa massan muutoksista lämpötilan funktiona. Näin saadaan tietoa mahdollisista lisä- ja täyteaineista sekä polymeeripitoisuudesta. Vaihtamalla inertistä ilmakehästä hapettavaan ilmakehään voidaan lisätä lisätyn hiilimustan tai pyrolyyttisen hiilen kohdennettua palamista, kun taas jäännösmassahäviö antaa tietoa käytettyjen täyteaineiden tyypistä ja määrästä sekä tuhkapitoisuudesta. Näytteen ominaisuuksia ei kuitenkaan ole mahdollista kuvata täydellisesti tai Identify tuntematonta polymeeriä, koska tietyt tiedot puuttuvat, erityisesti tiedot sulamislämpötilasta. Tämä johtuu siitä, että - toisin kuin DSC- tai DTA-laitteissa - termogravimetristen mittausten laitteissa on yleensä vain yksi näytepaikka näytekammiossa. TG 209 F1 Libra® näyteteline, johon mahtuu yksi näyteastia, on esitetty kuvassa 1.
Tämä tarkoittaa, että - toisin kuin laitteissa, joissa on kaksi mittauspaikkaa näytekammiossa (kuten DSC- ja DTA-laitteissa) - mitattua differentiaalisignaalia ei voida arvioida tällä laitteella. Lämpövaikutuksia, kuten sulamislämpötilan arviointia, ei voida tallentaa. Tämä puute voidaan kuitenkin korjata c-DTA®-signaalin avulla. Tämä lisää huomattavasti TGA-laitteen arvoa, sillä se antaa pelkän termogravimetrisen tiedon lisäksi DTA:n kaltaista tietoa.
Kuvassa 3 esitettyjen tutkimusten mittausolosuhteet
| Näyte | PE | PP | PA6 |
|---|---|---|---|
| Näytteen massa | 7.3 mg | 10.47 mg | 8.77 mg |
| Upokas | Al2O3 | Al2O3 | Al2O3 |
| Atmosfääri | Typpi | Typpi | Typpi |
| Kaasun virtausnopeus | 40 ml/min | 40 ml/min | 40 ml/min |
| Lämmitysnopeus | 20 K/min | 20 K/min | 20 K/min |
Miten c-DTA® toimii
C-DTA-arvioinnissa verrataan näytteen lämpötilan mitattua signaalia esiasetettuun nimellisarvoon eli laskettuun lämpötila-aika-ohjelmaan. Siinä vaiheessa, kun näytteessä tapahtuu kalorinen siirtymä, mitattu näytteen lämpötila poikkeaa siitä, mitä lineaarinen kulku oli ollut ennen siirtymää. Jos näyte esimerkiksi sulaa (EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.endoterminen vaikutus), käytetty energia tarvitaan sulamisprosessiin eikä se siksi aiheuta välittömästi lämpötilan nousua, joten näytteen lämpötila jää ohjelmoidun lineaarisen lämmitysnopeuden taakse. Kuvassa 2 olevassa kaaviossa verrataan mitattua lämpötilasignaalia lämpötilaohjelman laskettuun nimellisarvoon.
Tuloksena saatua differentiaalisignaalia kutsutaan laskennalliseksi DTA-signaaliksi (c-DTA®). Edellä esitetyistä syistä se ei ole laadultaan yhtä hyvä kuin mitattu DSC-signaali, mutta se voi silti antaa arvokkaita vihjeitä tuntemattomien näytteiden tunnistamiseksi, kuten jäljempänä on esitetty. Toinen tärkeä sovellus on mahdollisuus määrittää standardikalibrointiaineiden sulamislämpötilat c-DTA®-signaalin avulla. Tämä mahdollistaa lämpötilakalibroinnin käyttämällä vakiintuneita sulamisstandardeja, kuten voidaan tehdä mittauslaitteilla, joissa on kaksoismalli (kuten DSC).
Tulokset
Kuvassa 3 verrataan kolmen yleisen kestomuovin, polyeteenin (HD-PE), polypropyleenin (PP) ja polyamidi 6:n (PA6), analyysituloksia.
Termogravimetristen tietojen lisäksi esitetään c-DTA®-signaalit (katkoviivat) kullekin näytteelle Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamislämpötila-alueella. Ekstrapoloidun alkamislämpötilan ja huippulämpötilan kanssa ne osoittavat Identify näytteen sulamisalueen. Materiaalien HD-PE, PP ja PA6 vertailu osoittaa selvästi, että näin saadaan lisätietoja, jotka auttavat Identify tuntemattomien näytteiden löytämisessä.
Tutkittavien näytteiden sulamispisteen määrittämisen lisäksi c-DTA®-arviointi tarjoaa myös tyylikkään lämpötilakalibrointimenetelmän. Vaikka sulamiskäyttäytymisen tutkiminen olisi yksinkertaisesti mahdotonta ilman c-DTA®-arviointia, tämän toiminnon avulla voidaan määrittää myös tavallisten kalibrointimateriaalien sulamislämpötilat. Näitä tuloksia käytetään lämpötilapolynomin laskemiseen lämpötilakalibrointia varten ja ne varmistavat luotettavan lämpötilan arvioinnin kaikissa myöhemmissä tutkimuksissa.
Kuvassa 4 on yhteenveto eri kalibrointimateriaalien sulamislämpötilan määrittämisestä c-DTA®-menetelmällä.
Lämpövaakojen lämpötilakalibrointia varten valittujen kalibrointiaineiden on katettava lämpötila-alue 25 °C:n ja 1100 °C:n välillä. Polynomin laskemista varten tarvitaan vähintään kolme ainetta.
Taulukko 1: Yhteenveto sulamispisteen määrittämisestä seitsemälle kalibrointiaineelle
| Näyte | Indium | Tina | Vismutti | Sinkki | Alumiini | Hopea | Kulta |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Näytteen massa/mg | 4.689 | 5.268 | 8.392 | 6.159 | 5.425 | 5.078 | 4.564 |
| Tnom./°C | 156.6 | 231.9 | 271.4 | 419.5 | 660.3 | 961.8 | 1064.2 |
| Texp./°C | 156.8 | 232.8 | 273.7 | 419.6 | 660.1 | 962.0 | 1064.0 |