Misure TGA e determinazione di c-DTA® sui polimeri

Introduzione

L'interesse principale quando si analizzano i polimeri con una termobilancia è quello di ottenere informazioni sulle variazioni di massa in funzione della temperatura. In questo modo si possono ottenere informazioni su eventuali additivi e cariche e sul contenuto del polimero. Il passaggio da un'atmosfera inerte a una ossidante consente la combustione mirata del nerofumo o del Carbonio piroliticoIl carbonio pirolitico è il carbonio generato dalla pirolisi della materia organica in un'atmosfera priva di ossigeno. carbonio pirolitico aggiunti, mentre la perdita di massa residua fornisce informazioni sul tipo e sulla quantità di cariche impiegate e sulContenuto di cenereLa cenere è una misura del contenuto di ossidi minerali su base ponderale. L'analisi termogravimetrica (TGA) in atmosfera ossidativa è un metodo ben collaudato per determinare il residuo inorganico, comunemente chiamato cenere, nei materiali organici come polimeri, gomme, ecc. Pertanto, la misurazione TGA identifica se un materiale è riempito e calcola il contenuto totale di riempitivo. contenuto di ceneri. Tuttavia, non è possibile descrivere completamente le proprietà del campione o identificare un polimero sconosciuto, perché mancano alcune informazioni, in particolare quelle relative allaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione. Questo perché - a differenza di un apparecchio DSC o DTA - gli strumenti per le misure termogravimetriche hanno generalmente una sola posizione del campione nella camera di campionamento. Il portacampioni TG 209 F1 Libra® che può ospitare un singolo crogiolo di campione, è rappresentato nella figura 1.

Ciò significa che, a differenza degli strumenti che hanno due posizioni di misurazione nella camera del campione (come DSC e DTA), con questo strumento non è possibile valutare un segnale differenziale misurato. Gli effetti termici, come la valutazione dellaTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione, non possono essere registrati. Questa lacuna può essere tuttavia corretta con l'aiuto del segnale c-DTA®. Questo aumenta considerevolmente il valore dell'apparecchiatura TGA, fornendo informazioni simili alla DTA oltre a quelle termogravimetriche.

1) Portacampioni del TG 209 F1 Libra®

Condizioni di misura per le indagini riportate su in Figura 3

CampionePEPPPA6
Massa del campione7.3 mg10.47 mg8.77 mg
CrogioloAl2O3Al2O3Al2O3
AtmosferaAzotoL'azotoAzoto
Portata del gas40 ml/min40 ml/min40 ml/min
Velocità di riscaldamento20 K/min20 K/min20 K/min

Come funziona il c-DTA®

La valutazione c-DTA® confronta il segnale misurato della temperatura del campione con il valore nominale preimpostato, cioè con il programma calcolato temperatura-tempo. Nel momento in cui si verifica una transizione calorica nel campione, la temperatura misurata del campione si discosta dall'andamento lineare precedente alla transizione. Se il campione fonde (effetto EndotermicoUna transizione campionaria o una reazione è endotermica se per la conversione è necessario il calore.endotermico), ad esempio, l'energia applicata è necessaria per il processo diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione e quindi non provoca immediatamente un aumento della temperatura, per cui la temperatura del campione rimane indietro rispetto al tasso di riscaldamento lineare programmato. Lo schema della figura 2 confronta il segnale di temperatura misurato con il valore nominale calcolato del programma di temperatura.

2) Schema di calcolo del segnale c-DTA®

Il segnale differenziale risultante è chiamato segnale DTA calcolato (c-DTA®). Per le ragioni sopra descritte, non ha la qualità di un segnale DSC misurato, ma può comunque fornire indizi preziosi per l'identificazione di campioni sconosciuti, come mostrato di seguito.libraUna seconda importante applicazione è la possibilità di determinare le temperature diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione di sostanze standard attraverso il segnale c-DTA®.libraCiò consente di determinare la temperatura utilizzando standard diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione stabiliti, come si può fare con gli strumenti di misura che hanno un design gemello (come il DSC).

Risultati

La Figura 3 confronta i risultati analitici per tre termoplastici comuni, polietilene (HD-PE), polipropilene (PP) e poliammide 6 (PA6).

Oltre alle informazioni termogravimetriche, vengono presentati i segnali c-DTA® (linee tratteggiate) per ciascun campione nell'intervallo diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). temperatura di fusione. Con l'onset estrapolato e la temperatura di picco, identificano l'intervallo diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione del campione. Un confronto tra i materiali HD-PE, PP e PA6 mostra chiaramente che è possibile ottenere informazioni aggiuntive per l'identificazione di campioni sconosciuti.

Oltre a determinare il Temperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa).punto di fusione dei campioni in esame, la valutazione c-DTA® offre anche un elegante metodo di calibratificazione della temperatura. Mentre l'indagine del comportamento diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione sarebbe semplicemente impossibile senza la valutazione c-DTA®, questa funzione consente anche di determinare le temperature diTemperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa). fusione dei comuni materiali di calibratificazione.libraQuesti risultati vengono utilizzati per calcolare un polinomio di temperatura e garantiscono una valutazione affidabile della temperatura per tutte le indagini successive.

3) Confronto dei risultati TGA per polietilene (blu), polipropilene (verde) e poliammide 6 (rosso) con il segnale c-DTA® (curve tratteggiate)

selectPer la calibratificazione della temperatura di una termobilancia, le sostanze calibratificate devono coprire l'intervallo di temperatura compreso tra 25°C e 1100°C. Per il calcolo del polinomio, sono necessarie almeno tre sostanze.

Tabella 1: Riepilogo della determinazione del Temperature di fusione ed entalpieL'entalpia di fusione di una sostanza, nota anche come calore latente, è una misura dell'apporto di energia, tipicamente calore, necessario per convertire una sostanza dallo stato solido a quello liquido. Il punto di fusione di una sostanza è la temperatura alla quale essa cambia stato da solido (cristallino) a liquido (fusione isotropa).punto di fusione di sette sostanze calibrastiche

CampioneIndioStagnoBismutoZincoAlluminioArgentoOro
Massa del campione/mg4.6895.2688.3926.1595.4255.0784.564
Tnom./°C156.6231.9271.4419.5660.3961.81064.2
Texp./°C156.8232.8273.7419.6660.1962.01064.0