Lesmateriaal

Les 2: Hoe kies ik de juiste temperatuurgrenzen voor mijn monster?

Het selecteren van het juiste temperatuurbereik is een van de belangrijkste stappen bij het opzetten van een DSC-meting. Als de grenzen te smal zijn, kunnen belangrijke overgangen gemist worden. Als ze te breed zijn, kan het monster ontleden of de DSC-cel vervuilen.

Deze handleiding legt uit hoe u begin- en eindtemperaturen definieert die betrouwbare resultaten garanderen, vooral voor onbekende recyclaten.

1. Algemene regels voor het instellen van temperatuurgrenzen

✔ Starttemperatuur

Minstens 50 °C onder de eerste verwachte overgang (of 5× de verwarmingssnelheid).

Neem een isothermische wachttijd van 5 minuten in acht voordat de verwarmingsaanloop start.

Voor polymeren met zeer lage glasovergangstemperaturen (bijv. EVA, LDPE) kan het nodig zijn om ver onder 0 °C te koelen.

eindtemperatuur

Ten minste 30 °C boven de laatste verwachte overgang.

Ontleding vermijden. Stop vóór zichtbare degradatie zoals rook, residu of ongewone basislijnafwijking.

tip: Als de samenstelling onbekend is (typisch voor recyclaten), gebruik dan TGA om de Thermische stabiliteitEen materiaal is thermisch stabiel als het niet ontleedt onder invloed van temperatuur. Een manier om de thermische stabiliteit van een stof te bepalen is door een TGA (thermogravimetrische analyser) te gebruiken. thermische stabiliteit te controleren. Als er geen TGA beschikbaar is, begin dan met een breder bereik en verfijn dit in latere metingen.

Volgens ISO 11357-2:2020 moet de begintemperatuur ten minste 50 °C (of 5× verwarmingssnelheid) onder de eerste overgang liggen en de eindtemperatuur ongeveer 30 °C (of 5× verwarmingssnelheid) boven de laatste overgang.

2. Speciale overwegingen voor recyclaten

Onbekende mengsels vereisen mogelijk een brede starttemperatuur (bijv. -40 °C) en een eindtemperatuur boven het hoogste polymeer dat in het mengsel wordt verwacht.

Het risico op ontleding is vooral relevant voor PVC, PVDC of gecontamineerde monsters. Stop in dergelijke gevallen vroeg (bijv. rond 120 °C) als het doel is om de glasovergang zonder degradatie te observeren.

Zorg ervoor dat de eindtemperatuur niet zo hoog is dat de oven vervuild raakt, vooral als u met onbekende recyclaten werkt.

Als de temperatuur ver boven de OntledingsreactieEen ontledingsreactie is een thermisch geïnduceerde reactie van een chemische verbinding waarbij vaste en/of gasvormige producten worden gevormd. decompositie komt, kan dit sensorvervuiling en basislijndrift veroorzaken, waardoor reiniging en herkalibratie nodig kunnen zijn. Weeg de verkregen informatie altijd af tegen de bescherming van het instrument.

3. Voorbeelden van goede versus slechte temperatuurlimieten

goed voorbeeld: PET-recyclaat

Begin: 0 °C
Einde: 290 °C

Resultaat: duidelijke Tg (~70 °C), koude KristallisatieKristallisatie is het fysieke proces van verharding tijdens de vorming en groei van kristallen. Tijdens dit proces komt kristallisatiewarmte vrij.kristallisatie en smeltpiek (~250-260 °C).

❌ Slecht Voorbeeld 1: Eindtemperatuur te laag

PET verwarmd tot slechts 240 °C. De smeltpiek wordt afgesneden en Quantify kan de gegevens niet goed analyseren.

❌ Slecht Voorbeeld 2: Eindtemperatuur te hoog

PET verwarmd tot 350 °C. Ontleding begint, basislijnafwijking treedt op en residu verontreinigt de kroes.

Les 4: Speciale overwegingen voor recyclaten

Recyclaten zijn zelden zo schoon en goed gedefinieerd als nieuwe polymeren. Ze kunnen mengsels, anorganische vulstoffen, onzuiverheden of polymeren bevatten die nog niet zijn opgenomen in de Quantify-trainingdatasets. Deze factoren kunnen DSC-metingen en de interpretatie van resultaten bemoeilijken.

In deze tutorial worden de belangrijkste beperkingen en risicofactoren uitgelegd en wordt uitgelegd hoe de resultaten van Quantify correct kunnen worden geïnterpreteerd als er met recyclaten wordt gewerkt.

1. Mengsels en niet-ondersteunde polymeren

Recyclaten bevatten vaak mengsels van verschillende polymeren, zoals PE/PP-mengsels of meerlagige materialen.

Quantify wordt getraind op een gedefinieerde set van nieuwe polymeren en geselecteerde mengsels. Polymeertypes buiten deze dataset kunnen niet worden herkend of gekwantificeerd.

Als dergelijke mengsels worden vermoed, moet de DSC-meting toch worden uitgevoerd. Quantify analyseert alle ondersteunde componenten en markeert onverklaarde pieken voor verder onderzoek met Proteus^® Identify .

Expertinfo: De moeilijkste gevallen - HDPE en LLDPE

Quantify kan verontreinigingen detecteren tot ongeveer 1% in veel systemen. Wanneer polymeren echter structureel erg op elkaar lijken, wordt scheiding extreem moeilijk.

Voorbeeld: 1% LLDPE in HDPE

Beide materialen zijn lineaire polyethyleen met een zeer vergelijkbaar kristallisatiegedrag. Ze kristalliseren samen tot een gemeenschappelijke kristallijne fase in plaats van afzonderlijke smeltdomeinen te vormen.

Als gevolg hiervan vertoont de DSC-curve één smeltpiek in plaats van twee. De minder belangrijke component heeft geen duidelijke thermische vingerafdruk en kan niet betrouwbaar worden gescheiden.

Meenemen: Zeer vergelijkbare polymeren kunnen in DSC niet van elkaar te onderscheiden zijn, zelfs niet met Quantify. In dergelijke gevallen worden aanvullende technieken (bijv. FTIR of HPLC) aanbevolen.

Expertinfo: Hoge variabiliteit - PP-H en PP-C

Vergeleken met polypropyleen homopolymeren (PP-H) vertonen polypropyleen copolymeren (PP-C) een breder en complexer thermisch gedrag. Comonomeren verstoren de Kristalliniteit / KristalliniteitsgraadKristalliniteit verwijst naar de mate van structurele orde van een vaste stof. In een kristal is de ordening van atomen of moleculen consistent en repetitief. Veel materialen zoals glaskeramiek en sommige polymeren kunnen zo worden bereid dat er een mengsel ontstaat van kristallijne en amorfe gebieden. kristalliniteit, verschuiven smelt- en kristallisatiepieken en produceren vaak minder duidelijke overgangen.

Bovendien zijn er grote verschillen tussen PP-C-kwaliteiten (willekeurig, blok, impact, mengsels), wat leidt tot zeer variabele thermogrammen die moeilijker zijn weer te geven in één enkel voorspellingsmodel.

Meenemen: Quantify kan zinvolle inzichten verschaffen in PP-C, maar voor nauwkeurige voorspellingen zijn grotere en meer representatieve trainingsdatasets nodig dan voor PP-H. De nauwkeurigheid zal blijven verbeteren naarmate meer PP-C-gegevens worden opgenomen.

2. Monsters met vulstoffen

Anorganische vulstoffen zoals CaCO₃, talk of glasvezels produceren geen DSC-vingerafdruk. Hun aanwezigheid vermindert de polymeerfractie in het monster en kan de Quantify-resultaten verstoren.

Om zinvolle resultaten te verkrijgen, moet de vulstofinhoud afzonderlijk worden bepaald en voor de analyse van het monstergewicht worden afgetrokken.

Typische methoden:

• TGA (thermogravimetrische analyse)
• Asproef in een moffeloven

Info voor experts: Beperking van het model

Quantify integreert nog geen vulstoffen in zijn voorspellingen. Het corrigeren van de polymeermassa is daarom essentieel. Volledige ondersteuning voor vulstoffen maakt deel uit van de product roadmap.

3. Onzuiverheden en afbraak

Recyclaten kunnen additieven, stabilisatoren of afbraakproducten bevatten. Deze kunnen extra pieken, bredere overgangen of ruisachtige basislijnen veroorzaken.

Evalueer de tweede verwarmingscurve altijd zorgvuldig.

Info voor experts: Afbraakmechanismen

Degradatie kan het smeltgedrag op verschillende manieren beïnvloeden:

• Ketensplitsing (thermisch of oxidatief):
  → lager moleculair gewicht → lagere 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 en enthalpie
• Polycondensatie of radicale postcondensatie (bv. PET, PA):
  → hoger moleculair gewicht → hogere 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 en soms hogere enthalpie

In de praktijk blijkt uit opwerkingsstudies dat deze effecten vaak kleiner zijn dan de natuurlijke variabiliteit tussen polymeerkwaliteiten. De trainingsgegevens van Quantify houden rekening met deze variatie, zodat matige degradatie meestal binnen de modeltolerantie blijft.

tip: Als sterke degradatie optreedt, verlaag dan de eindtemperatuur (zie Tutorial: Hoe kies ik de juiste temperatuurgrenzen voor mijn monster) om de smeltkroes en de oven te beschermen.

4. Praktische werkstroom voor recyclaat

Bij het werken met recyclaten is de standaard Quantify-workflow van toepassing, met extra aandacht voor de volgende punten:

• Homogeniteit van het monster (pellets vs. vlokken)
• Aanwezigheid van vulstoffen
• Curvekwaliteit van de tweede verwarming
• Onverklaarbare pieken of afwijkingen

Niet-ondersteunde componenten of verdachte kenmerken moeten verder worden geanalyseerd met behulp van Proteus^® Identify.

(Het uitvoeren van de meting en de uploadstappen worden beschreven in de Tutorial: Een DSC-meting uitvoeren voor Quantify-analyse)

5. Niet-ondersteunde polymeren

Als de DSC-curve overgangen bevat van een polymeer dat niet is opgenomen in de Quantify-dataset, zal het kwantificeringsresultaat gecompromitteerd en onnauwkeurig zijn.

Proteus^® Identify kan worden gebruikt om te bepalen welke niet-ondersteunde polymeren aanwezig zijn. Kwantificering is pas mogelijk als dat polymeertype is opgenomen in een toekomstige Quantify-update.

Info voor experts Proteus^® Identify

Proteus^® Identify vergelijkt thermische overgangen met een referentiebibliotheek. Het is het aanbevolen hulpmiddel voor:

• het identificeren van niet-ondersteunde polymeren, en
• het opbouwen van interne referentiedatabases om anomalieën en afwijkingen te detecteren.

⚠️ Risicocheck: Bij het werken met recyclaten

• Is het monster homogeen (pellets) of variabel (vlokken)?
• Werden vulstoffen geïdentificeerd en gecorrigeerd?
• Is de standaard Quantify-methode toegepast?
• Is de tweede verwarmingscurve zuiver en interpreteerbaar?
• Zijn er degradatie-effecten zichtbaar?
• Zijn er niet-ondersteunde polymeren aanwezig en gemarkeerd voor follow-up in Proteus^® Identify ?