Введение
Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) - широко распространенный метод определения термического поведения полимеров. С помощью температуры плавления, характерной для каждого полимера, можно также получить информацию о составе неизвестных образцов. Наряду со справочной литературой в настоящее время доступны базы данных по термическому анализу, основанные на программном обеспечении, которые сравнивают результаты измерений с данными library и позволяют классифицировать результаты на основе сходства [1]. Таким образом, можно получить ценные рекомендации по идентификации неизвестных образцов, даже не имея собственного опыта [2].
В данной работе база данных Identify используется для распознавания различных типов полиэтилена и исключения других веществ на основе сравнения сходств.
Материалы и методы
Для характеристики были выбраны пять типов полиэтилена - PE-LD (низкой плотности), PE-LLD (линейной низкой плотности), PE-MD (medium плотности), PE-HD (высокой плотности) и PE-UHMW (сверхвысокой молекулярной массы). Исследование поведения при плавлении проводилось на приборе DSC 214 Polyma. Масса образцов составляла от 10,0 мг до 15,0. Алюминиевые тигли Concavus® закрывались проколотыми крышками и дважды нагревались до 200°C в атмосфере азота со скоростью нагрева и охлаждения 10 К/мин.
Результаты и обсуждение
Обычно в инструментальном анализе используется метод сравнения собственных результатов измерений со сравнительными данными, хранящимися в базе данных. Для спектроскопических методов, таких как ИК-спектроскопия с преобразованием Фурье (ИК-Фурье) или масс-спектрометрия (МС), существуют базы данных, позволяющие проводить такое сравнение. До недавнего времени такая возможность отсутствовала в термическом анализе. Только с появлением программной базы данных Identify этот подход нашел свое применение и в термическом анализе [1]. Для идентификации материала обычно используется второй нагрев в исследованиях ДСК, поскольку первый нагрев обычно перекрывается параметрами процесса, условиями хранения или термической историей образца. С другой стороны, второй нагрев - после контролируемого линейного охлаждения - показывает фактическое поведение материала и, следовательно, позволяет сделать более точные выводы о его составе.
Сравнение результатов второго нагрева для каждого из различных типов "ПЭ" показано на рисунке 1. Кроме того, показана градация предложенных типов ПЭ, полученных в результате идентификации. Если, например, измерить PE-LD (синий) и сравнить его со сравнительными значениями, найденными Identfiy, то образец может быть признан PE-LD со значением сходства 99,08%. Другие типы ПЭ, однако, классифицируются со значительно меньшими значениями сходства.
Значения сходства, представленные на рисунке 1, соответствуют первой строке в таблице 1. Здесь обобщены все результаты сравнения баз данных. В первом столбце показано измеренное вещество и соответствующая строка для значений сходства, найденных путем идентификации с соответствующей градацией. Таким образом, пересекающаяся линия показывает, что соответствующий тип полиэтилена со значением сходства более 98 % определен правильно. Значения сходства, равные ровно 100 %, никогда не встречаются, поскольку анализируемые измерения проводились на тех же образцах, что и в базе данных Identify, но идентичные данные измерений никогда не сравниваются. Значения из таблицы 1 графически проиллюстрированы на рисунке 2.
Таблица 1: Сводка значений сходства для всех типов полиэтилена; в первом столбце приведены измеренные образцы, в остальных столбцах - значения сходства, определенные для каждого из них.
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 |
Резюме
Метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) подходит для определения плавления полимерных образцов. С помощью базы данных Identify результаты измерений можно сравнить с данными library как визуально, так и на основе оцененных значений. Это также позволяет надежно идентифицировать различные типы полиэтилена. Как уже было показано в других источниках, можно также распознать соотношение смеси [2 (a)]. Кроме того, база данных Identify может быть расширена за счет собственных данных и, таким образом, адаптирована к индивидуальным потребностям.