Inleiding
Differentiële scanning calorimetrie (DSC) is een veelgebruikte methode om het thermische gedrag van polymeren te bepalen. Aan de hand van de smelttemperatuurkarakteristiek voor elk polymeer kan ook informatie over de samenstelling van onbekende monsters worden verzameld. Naast naslagwerken is er nu ook een softwaredatabase beschikbaar voor thermische analyse die meetresultaten vergelijkt met bibliotheekgegevens en classificatie van de resultaten mogelijk maakt op basis van overeenkomsten [1]. Zo kan men waardevolle suggesties krijgen voor het identificeren van onbekende monsters, zelfs met weinig eigen ervaring [2].
In dit werk wordt de database Identify gebruikt om verschillende soorten polyethyleen te herkennen en andere stoffen uit te sluiten op basis van een vergelijking van overeenkomsten.
Materialen en methoden
Vijf soorten polyethyleen - PE-LD (lage DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid), PE-LLD (lineaire lage DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid), PE-MD (medium DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid), PE-HD (hoge DichtheidDe massadichtheid wordt gedefinieerd als de verhouding tussen massa en volume. dichtheid) en PE-UHMW (ultrahoog moleculair gewicht) - waren beschikbaar voor karakterisering. Het smeltgedrag werd onderzocht met de DSC 214 Polyma. De massa's van de monsters lagen tussen 10,0 mg en 15,0 mg. De Concavus® aluminium kroezen werden samengeperst met doorboorde deksels en twee keer verhit tot 200 °C in een stikstofatmosfeer bij een verhittings- en afkoelsnelheid van 10 K/min.
Resultaten en discussie
Een typische aanpak bij instrumentele analyse is het vergelijken van de eigen meetresultaten met vergelijkende gegevens die zijn opgeslagen in een database. Voor spectroscopische methoden zoals Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) of massaspectrometrie (MS) zijn databases beschikbaar die een dergelijke vergelijking mogelijk maken. Tot voor kort was deze mogelijkheid niet beschikbaar voor thermische analyse. Pas door de introductie van de softwarematige Identify database heeft deze aanpak ook zijn weg gevonden naar thermische analyse [1]. Voor materiaalidentificatie wordt meestal de tweede verhitting in DSC-onderzoeken gebruikt, omdat de eerste verhitting meestal wordt overlapt door procesparameters, opslagcondities of de thermische geschiedenis van het monster. Aan de andere kant laat de tweede verhitting - na een gecontroleerde, lineaire afkoeling - het werkelijke materiaalgedrag zien, waardoor er gemakkelijker conclusies getrokken kunnen worden over de materiaalsamenstelling.
Figuur 1 toont een vergelijking van de tweede verhitting voor elk van de verschillende "PE"-types. Daarnaast wordt de sortering van de voorgestelde PE-typen geïllustreerd die wordt verkregen door Identify. Als bijvoorbeeld PE-LD wordt gemeten (blauw) en afgezet tegen de vergelijkende waarden die Identfiy heeft gevonden, kan het monster worden herkend als PE-LD met overeenkomsten van 99,08%. De andere PE-types worden echter geclassificeerd met significant lagere similariteitswaarden.
De similariteitswaarden in figuur 1 komen overeen met de eerste regel in tabel 1. Alle resultaten van de databasevergelijking zijn hier samengevat. De eerste kolom toont de gemeten stof en de overeenkomstige lijn voor de gelijkeniswaarden gevonden door Identify met de overeenkomstige sortering. De breuklijn geeft daarbij aan dat het overeenkomstige polyethyleentype met een overeenkomstwaarde van meer dan 98% correct is toegewezen. Gelijkeniswaarden van precies 100% worden nooit gevonden omdat de te analyseren metingen op dezelfde monsters zijn uitgevoerd als die opgeslagen in de Identify database, maar de identieke meetgegevens worden nooit vergeleken. De waarden uit tabel 1 worden grafisch weergegeven in figuur 2.
Tabel 1: Overzicht van de gelijksoortigheidswaarden van alle polyethyleentypes; de eerste kolom toont de gemeten monsters en in de andere kolommen staan de gelijksoortigheidswaarden die voor elk zijn bepaald.
PE-LD | PE-MD | PE-LLD | PE-HD | PE-UHMW | |
|---|---|---|---|---|---|
| PE-LD | 99.08 | 93.38 | 74.06 | 29.94 | 23.75 |
| PE-MD | 95.31 | 98.06 | 74.80 | 36.23 | 31.44 |
| PE-LLD | 70.50 | 72.52 | 98.29 | 80.47 | 73.96 |
| PE-HD | 31.14 | 37.57 | 76.77 | 99.90 | 95.64 |
| ÜE-UHMW | 23.99 | 28.32 | 69.69 | 94.41 | 99.74 |
Samenvatting
De methode van Differentiële Scanning Calorimetrie (DSC) is geschikt voor het detecteren van het smeltgedrag van polymeermonsters. Met behulp van de database Identify kunnen de bepaalde meetresultaten zowel visueel als op basis van geëvalueerde waarden worden vergeleken met bibliotheekgegevens. Dit maakt ook een betrouwbare identificatie van de verschillende polyethyleentypes mogelijk. Zoals elders al is aangetoond, is het ook mogelijk om de mengverhouding te herkennen [2 (a)]. Bovendien kan de database Identify worden uitgebreid met eigen gegevens en dus worden aangepast aan individuele behoeften.