Дифференциально-термический анализ

ДТА основан на определении температуры, при которой на­греваемый образец претерпевает какие-либо превращения (физиче­ские или химические), сопровождающиеся тепловым эффектом (выделением или поглощением теплоты). Так, при окислении теплота будет выделяться, при термическом разрушении - поглощаться.

Существует много различных приборов для ДТА, различаю­щихся устройством нагревательного элемента, регистрирующих при­боров и т.п. Однако принцип действия этих приборов, в общем, один и тот же. Если подвергнуть одновременному надеванию два образца, в одном из которых (испытуемом) происходят изменения, а в другом (эталонном) изменений не происходит, то тепловые потоки, а следо­вательно, и температуры образцов будут различными. Разность в тем­пературах в исследуемом образце и эталоне характеризует интенсив­ность процесса, а температура, при которой наблюдается экстремаль­ная разность, указывает условия протекания процесса.

Поэтому во всех конструкциях приборов предусмотрена воз­можность одновременного нагревания двух или более одинаковых по форме и размерам ячеек для образцов (рис. 3). В одну из них (пла­тиновый тигель) помещают навеску полимера 1 (желательно в виде мелкодисперсного порошка), а в другую - примерно такой же объем эталонного вещества 2 (оксида алюминия). Тигли устанавливают в прибор на торцы вертикально стоящих фарфоровых трубок.

Дисками программного управления задают начальное напря­жение, скорость повышения температуры (обычно 5 град/мин) и ко­нечную температуру (около 300 °С). В ячейках установлены термопа­ры 3, с помощью которых приборами 4 и 5 регистрируется разность температур испытуемого образца и эталона. Блок б помещен в термо­камеру 7, температура в которой задается термопарой 8 с регулятором 9. Испытания проводят при постоянном подъеме температур, записы­вая разность температур на диаграммной бумаге как функцию темпе­ратуры. В результате получают кривую ДТА (рис. 4).

При обработке результатов эксперимента горизонтальную ось градуируют по температуре, пользуясь записанной линейной зависи­мостью Т( ). По положению пика эндотермического процесса можно найти температурный интервал плавления кристаллической фазы по­лимера. Экзотермический процесс обычно связывают с окислением полимера, при котором начинается потеря массы образца.

Определение точной величины теплового эффекта процесса по кривой ДТА затруднено из-за влияния различных побочных факторов на ход кривой. Поэтому метод оказывается удобным для сравнения различных образцов полимеров на качественном уровне, для исследо­вания смесей кристаллизующихся и не кристаллизующихся полиме­ров. Для сравнения кристаллизуемости полимеров измеряют площади пиков эндотермического процесса либо с помощью планиметра, либо путем взвешивания на аналитических весах вырезанных участков диа­грамм, соответствующих эндотермическим пикам. Особенно часто с помощью ДТА исследуют температурный интервал и температуру плавления полимеров. Начало плавления определяют по началу резко­го отклонения дифференциальной кривой, а температурой плавления считают температуру, соответствующую максимуму пика.

Основной недостаток ДТА заключается в зависимости полу­чаемых результатов от конструкции приборов, условий подготовки образцов, что затрудняет количественное описание процессов.

Рис. 4. Общий вид кривой ДТА:

Т₁, Т₄ - температуры начала процессов;

Т₂ ,Т₅ -температуры максимального разви­тия процессов;

Т₃, Т₆ - температуры окончания процессов;

T₁ –Т_1` - температуры плавления кристаллической фазы

Рис. 3. Схема установки для ДТА