TGA-mätningar och ^c-DTA bestämning på polymerer

Inledning

Det primära intresset när man undersöker polymerer med en termobalans är att få information om massförändringar som en funktion av temperaturen. Detta kan ge information om eventuella tillsatser och fyllmedel samt om polymerinnehållet. Genom att byta från en inert till en oxiderande atmosfär kan man rikta förbränningen av tillsatt kimrök eller Pyrolytiskt kolPyrolytiskt kol är kol som bildas genom pyrolys av organiskt material i en syrefri atmosfär. pyrolytiskt kol, medan den återstående massförlusten ger information om typen och mängden fyllmedel som används och askkoncentrationen. Det är dock inte möjligt att fullt ut beskriva provets egenskaper, eller att Identify en okänd polymer, eftersom viss information saknas; särskilt information om smälttemperaturen. Detta beror på att instrument för termogravimetriska mätningar - i motsats till en DSC- eller DTA-apparat - i allmänhet bara har en provposition i provkammaren. TG 209 F1 Libra^® provhållaren - som kan rymma en enda provdegel - visas i figur 1.

Detta innebär - i motsats till instrument med två mätpositioner i provkammaren (t.ex. DSC och DTA) - att en uppmätt differentialsignal inte kan utvärderas med detta instrument. Termiska effekter som t.ex. utvärdering av smälttemperaturen kan inte registreras. Denna brist kan dock avhjälpas med hjälp av ^c-DTA-signalen. Detta ökar avsevärt värdet av TGA-apparaten genom att ge DTA-liknande information utöver enbart termogravimetrisk information.

Mätförhållanden för de undersökningar som visas i figur 3

Hur ^c-DTA fungerar

Vid ^c-DTA-utvärderingen jämförs den uppmätta signalen för provtemperaturen med det förinställda nominella värdet, dvs. med det beräknade temperatur-tidsprogrammet. Vid den tidpunkt då en kalorisk övergång äger rum i provet avviker den uppmätta provtemperaturen från vad det linjära förloppet hade varit före övergången. Om provet t.ex. smälter (endotermisk effekt) behövs den tillförda energin för smältprocessen och orsakar därför inte omedelbart en temperaturökning, så provtemperaturen ligger kvar bakom den programmerade linjära uppvärmningshastigheten. I schemat i figur 2 jämförs den uppmätta temperatursignalen med det beräknade nominella värdet för temperaturprogrammet.

Den resulterande differentialsignalen kallas den beräknade DTA-signalen (^c-DTA). Av de skäl som beskrivs ovan har den inte samma kvalitet som en uppmätt DSC-signal, men den kan ändå ge värdefulla ledtrådar för identifiering av okända prover, som visas nedan. En annan viktig tillämpning är möjligheten att bestämma smälttemperaturen för standardkalibreringsämnen via ^c-DTA-signalen. Detta möjliggör temperaturkalibrering med hjälp av etablerade smältstandarder, vilket kan göras med mätinstrument som har en tvillingdesign (t.ex. DSC).

Resultat

I figur 3 jämförs analysresultaten för tre vanliga termoplaster, polyeten (HD-PE), polypropylen (PP) och polyamid 6 (PA6).

Förutom den termogravimetriska informationen presenteras ^c-DTA-signalerna (streckade linjer) för varje prov i smälttemperaturområdet. Med den extrapolerade start- och topptemperaturen Identify provets smältintervall. En jämförelse av materialen HD-PE, PP och PA6 visar tydligt att ytterligare information kan erhållas för att hjälpa till med Identify okända prover.

Förutom att bestämma smältpunkten för de undersökta proverna erbjuder ^c-DTA-utvärderingen också en elegant temperaturkalibreringsmetod. Undersökning av smältbeteendet skulle helt enkelt vara omöjligt utan ^c-DTA-utvärderingen, men denna funktion gör det också möjligt att bestämma smälttemperaturen för vanliga kalibreringsmaterial. Dessa resultat används för att beräkna ett temperaturpolynom för temperaturkalibrering och säkerställer tillförlitlig temperaturutvärdering för alla efterföljande undersökningar.

I figur 4 visas en sammanfattning av bestämningen av smälttemperaturen för olika kalibreringsmaterial med hjälp av ^c-DTA-metoden.