TGA-metingen en ^c-DTA® bepaling op polymeren

Inleiding

Bij het onderzoeken van polymeren met een thermobalans is het vooral van belang om informatie te krijgen over massaveranderingen als functie van de temperatuur. Dit kan informatie opleveren over mogelijke additieven en vulstoffen en over de polymeerinhoud. Door over te schakelen van een inerte naar een oxiderende atmosfeer kan toegevoegde roet of Pyrolytische koolstofPyrolytische koolstof is koolstof die ontstaat door pyrolyse van organisch materiaal in een zuurstofvrije atmosfeer. pyrolytische koolstof gericht worden verbrand, terwijl het residuele massaverlies informatie oplevert over het type en de hoeveelheid gebruikte vulstoffen en de asconcentratie. Het is echter niet mogelijk om de eigenschappen van het monster volledig te beschrijven of om een onbekend polymeer te Identify, omdat bepaalde informatie ontbreekt; met name informatie over de Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur. Dit komt doordat - in tegenstelling tot een DSC- of DTA-apparaat - instrumenten voor thermogravimetrische metingen over het algemeen slechts één monsterpositie in de monsterkamer hebben. De TG 209 F1 Libra^® monsterhouder - waarin één monsterkroes past - is afgebeeld in figuur 1.

Dit betekent dat - in tegenstelling tot instrumenten met twee meetposities in de monsterkamer (zoals een DSC en DTA) - een gemeten differentieel signaal niet kan worden geëvalueerd met dit instrument. Thermische effecten zoals evaluatie van de Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur kunnen niet worden geregistreerd. Deze tekortkoming kan echter worden verholpen met behulp van het ^c-DTA® signaal. Dit verhoogt de waarde van het TGA-apparaat aanzienlijk door DTA-achtige informatie te leveren naast alleen thermogravimetrische informatie.

Meetomstandigheden voor het onderzoek op in afbeelding 3

Hoe de ^c-DTA® werkt

De ^c-DTA® evaluatie vergelijkt het gemeten signaal van de monstertemperatuur met de vooraf ingestelde nominale waarde, d.w.z. met het berekende temperatuur-tijd programma. Op het moment dat er een calorische overgang plaatsvindt in het monster, wijkt de gemeten monstertemperatuur af van het lineaire verloop voorafgaand aan de overgang. Als het monster bijvoorbeeld smelt (EndothermEen monsterovergang of reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm effect), is de toegepaste energie nodig voor het smeltproces en veroorzaakt daarom niet onmiddellijk een temperatuurstijging, waardoor de temperatuur van het monster achterblijft bij de geprogrammeerde lineaire verwarmingssnelheid. Het schema in figuur 2 vergelijkt het gemeten temperatuursignaal met de berekende nominale waarde van het temperatuurprogramma.

Het resulterende differentiële signaal wordt het berekende DTA-signaal (^c-DTA®) genoemd. Om de hierboven beschreven redenen heeft het niet de kwaliteit van een gemeten DSC-signaal, maar het kan nog steeds waardevolle aanwijzingen geven voor het identificeren van onbekende monsters, zoals hieronder wordt getoond. Een tweede belangrijke toepassing is de mogelijkheid om de smelttemperaturen van standaard kalibratiestoffen te bepalen via het ^c-DTA® signaal. Dit maakt temperatuurkalibratie mogelijk met behulp van vastgestelde smeltstandaarden, zoals kan worden gedaan met meetinstrumenten met een gekoppeld ontwerp (zoals DSC).

Resultaten

Figuur 3 vergelijkt de analyseresultaten voor drie gangbare thermoplasten, polyethyleen (HD-PE), polypropyleen (PP) en polyamide 6 (PA6).

Naast de thermogravimetrische informatie worden de ^c-DTA®-signalen (stippellijnen) voor elk monster in het smelttemperatuurbereik weergegeven. Met de geëxtrapoleerde begin- en piektemperatuur Identify wordt het smelttraject van het monster weergegeven. Een vergelijking van de materialen HD-PE, PP en PA6 laat duidelijk zien dat hierdoor aanvullende informatie kan worden verkregen die kan helpen bij het Identify van onbekende monsters.

Naast het bepalen van het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt).smeltpunt van de onderzochte monsters biedt ^c-DTA® evaluatie ook een elegante temperatuurkalibratiemethode. Hoewel onderzoek naar het smeltgedrag simpelweg onmogelijk zou zijn zonder de ^c-DTA® evaluatie, kunnen met deze functie ook de smelttemperaturen van veelgebruikte kalibratiematerialen worden bepaald. Deze resultaten worden gebruikt bij het berekenen van een temperatuurpolynoom voor temperatuurkalibratie en zorgen voor een betrouwbare temperatuurevaluatie voor alle volgende onderzoeken.

In figuur 4 wordt een overzicht gegeven van de smelttemperatuurbepaling voor verschillende kalibratiematerialen met behulp van de ^c-DTA®-methode.