Vinkkejä ja niksejä
Lämmitys- ja jäähdytysnopeuden vaikutus DSC-mittaustulokseen
Määritetyt lämmitys- ja jäähdytysnopeudet ovat tärkeitä parametreja DSC-mittauksissa.
Kansainvälisissä standardeissa suositellaan lämmitysnopeudeksi 10 K/min tai 20 K/min (ISO 11357, DIN 53765, ASTM E 793, ASTM E 794), kun pyritään termodynaamiseen tasapainoon. Polymeerien jalostuksen laadunvalvonnan ja -varmistuksen tavoitteena on sitä vastoin saada mielekkäitä mittaustuloksia nopeammin käyttämällä suurempia lämmitysnopeuksia (esim. 40 K/min). Ensisijaisena tavoitteena on verrata hylätyn osanäytteen virtausmittausta vertailunäytteeseen. Käyttäjä suorittaa tunnollisesti lämpötilakalibroinnin suuremmilla lämmitysnopeuksilla ja kirjaa sulamishuipun lämpötilan siirtymisen korkeampiin arvoihin, mutta joutuu sitten usein yllättymään siitä, että DSC-mittaus todellisesta polymeerinäytteestä ei tuota toivottua tulosta. Korkea lämmitysnopeus aiheuttaa lämpövaikutusten siirtymisen; yksittäisiä piikkejä tai sulamisvaiheita ei voida enää luotettavasti erottaa toisistaan.
Kuvassa 1 näkyy, että suhteellisen korkealla lämmitysnopeudella 40 K/min puolikiteisen polybuteenitereftalaatin (PBT) osalta ei enää näy pienemmissä kiteissä tyypillistä beetasulamisvaihetta, vaan ainoastaan pääsulamispiikki (tässä 228 °C:ssa). Jos materiaalia yritetään tunnistaa, voidaan virheellisesti olettaa, että kyseessä on polyamidi 6 (PA 6). Pienemmällä lämmitysnopeudella (10 K/min) beetafaasi erottuu jo selvästi pääpiikistä 217 °C:ssa; tämä on tyypillistä PBT:lle eikä sitä esiinny PA6:lle.
PBT:n kiteytymiskäyttäytyminen saadaan aikaan jäähdytyslaitteella tai nestemäisellä typellä tapahtuvalla sulan kontrolloidulla jäähdytyksellä (kuva 2). Jäähdytysnopeuden kasvaessa sekä jähmettymisen alkamislämpötila (ekstrapoloitu alkamislämpötila) että kiteytymislämpötila siirtyvät alempiin arvoihin (kuva 3). Jäähdytysnopeuden kasvaessa kiteytymishuippu paitsi kasvaa, myös laajenee laajemmalle lämpötila-alueelle. Vaikka ruiskuvalussa käytetään huomattavasti suurempia jäähdytysnopeuksia, DSC antaa tärkeää tietoa siitä, milloin tai missä lämpötilassa kappale voidaan purkaa työkalusta turvallisesti ja ilman vääristymisvaaraa.
