47. Переробляємість пластмас та оцінка її з використанням дта
Диференційно-термічний аналіз полімерів
Диференційно-термічний аналіз (ДТА) заснований на вимірі різниці температур між досліджуваною і інертною (еталонною) речовиною за допомогою диференціальної термопари. При одночасному нагріванні досліджуваної й еталонної речовин з постійною заданою швидкістю температура в обох комірках буде постійної доти , поки в речовинах відсутні які-небудь процеси, що супроводжуються поглинанням або виділенням теплоти. При наявності теплових ефектів у досліджуваному полімері його температура буде відрізнятися від температури еталонної речовини, у якій теплові ефекти відсутні, що і реєструється приладом.
Прилад для ДТА (рис. 8.6) складається з вимірювального блоку 1, у якому встановлена комірка 2 з еталонною речовиною і комірка 8 з досліджуваним полімером. Термопара 4 з'єднується з термопарою 7 таким чином, що на вході в підсилювач 5 подається різниця їх е.р.с., пропорційна різниці температур ∆Т між вимірювальною і еталонною комірками. Температура Т=φ(t) досліджуваної речовини виміряється термопарою 7 і подається одночасно із сигналом різниці температур ∆Т на вхід двохкоординатного потенціометра 6. Зміна температури в часі здійснюється нагрівачем 3 і задається терморегулятором 10, з'єднаним з термопарою 9 і з програмним пристроєм 11. Для дослідження беруть наважку полімеру в кількості 0,3-1,0г у виді порошку або гранул і таку ж кількість еталонної речовини. Еталонна речовина повинна мати приблизно таку ж теплоємність і теплопровідність, як у полімеру, і в неї при нагріванні повинні бути відсутні фазові переходи або інші процеси, що супроводжуються виділенням або поглинанням теплоти. Результати досліджень, як правило, записуються на діаграмі, при цьому вид кривої залежить від будови полімеру і його кристалічності.
Рис. 8.6. Схема приладу для диференційно-термічного аналізу:
1 – вимірювальний блок; 2 – комірка з еталонною речовиною; 3 – нагрівальна піч; 4,7,9 – термопари; 5 – підсилювач напруги; 6 – двохкоординатний потенціометр; 8 – комірка з досліджуваною речовиною; 10 – терморегулятор; 11 – програмний пристрій терморегулятора.
Для пояснення можливих характерних ділянок кривої записи ДТА розглянемо рис. 8.7. Перший незначний перегин 1 на діаграмі за звичай відповідає переходу зі склоподібного у високоеластичний стан, а середнє значення цієї області по шкалі температур відповідає температурі скловання Тс. Даний вигин на кривій ДТА (стрибок температури) обумовлений зміною теплоємності, тому кількісно він дуже малий і реєструється лише на дуже чуттєвих приладах. Другий вигин на кривій ДТА відповідає випаруванню вологи або зникненню низькомолекулярних продуктів, якщо вони є в полімері.
Рис. 8.7. Діаграма ДТА кристалічного полімеру.
Якщо полімер перед дослідом мав "заморожену" кристалічну структуру, то при нагріванні може з'явитися пік кристалізації (область 2) чи ендотермічний пік переходу кристал – кристал (область 3). При подальшому нагріванні з'являється пік плавлення (область 4), при цьому нижня границя області відповідає температурі початку плавлення Тнп, а вершина – температурі закінчення процесу плавлення Ткп. Якщо досліджуються зразки різних полімерів при однаковій наважці, то по площі піка можна непрямо судити про ступінь кристалічності. Чим більше площа піка, тим відповідно менше дефектність кристалічної структури і більше ступінь кристалічності. Температура Т0 відповідає початку термоокислювального процесу в полімері (крива піднімається нагору), якщо ж починається процес термодеструкції (температура Тд), то крива йде вниз. У такий спосіб за формою кривої ДТА і площам піків можна судити про будову полімеру; знайдена при цьому температура плавлення Ткп повинна відповідати температурі текучості Тт. Інтервал температур між Ткп і Т0 або Тд визначає в першому наближенні температурну область переробки полімерів. Поза цією областю температур полімери, як правило, не переробляються. Для окремих полімерів інтервал температур переробки дуже значний, тому далі ми розглянемо способи його обмеження з виходом на оптимальний температурний режим переробки.
Температура термодеструкції або термоокислення не є визначальною для вибору максимально допустимої температури переробки, ця температура фактично завжди нижче, оскільки залежить від інтенсивності розкладання полімеру і часу перебування полімеру в нагрітому стані.