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Análise térmica e análise de calorimetria

A análise térmica é um ramo importante da análise instrumental, que desempenha um papel insubstituível na caracteriza??o da matéria. Após um longo período de séculos, o calor foi despertado a partir da análise térmica de minerais e metais. Nas últimas décadas, a ciência dos polímeros e a análise de drogas têm sido cheias de vitalidade.

A análise de termogravimetria (TG ou TGA) é usada para controlar a massa de uma amostra com temperatura ou tempo sob o controle de um determinado programa de temperatura (temperatura ascendente/descendente/constante) para obter a raz?o de perda de peso e a temperatura de perda de peso. Ponto inicial, valor de pico, ponto final...) e informa??es relacionadas, como quantidade residual de decomposi??o.

O método TG é amplamente utilizado em pesquisa e desenvolvimento, otimiza??o de processos e monitoramento de qualidade de plásticos, borracha, revestimentos, produtos farmacêuticos, catalisadores, materiais inorganicos, materiais metálicos e materiais compósitos. A estabilidade térmica e a estabilidade oxidativa do material sob diferentes atmosferas podem ser determinadas. Os processos físicos e químicos, como decomposi??o, adsor??o, dessor??o, oxida??o e redu??o, podem ser analisados, incluindo o uso dos resultados do teste TG para uma cinética aparente da rea??o. O material pode ser calculado quantitativamente para determinar a umidade, componentes voláteis e vários aditivos e cargas.

O princípio básico do analisador termogravimétrico é o seguinte:

A figura acima mostra a estrutura do analisador termogravimétrico de carregamento superior. O corpo do forno é um corpo de aquecimento e opera sob um determinado programa de temperatura. O forno pode ser submetido a diferentes atmosferas dinamicas (como N2, Ar, He e outras atmosferas de prote??o, O2, ar e outras atmosferas oxidantes e outras atmosferas especiais, etc.) ou O teste foi realizado sob vácuo ou atmosfera estática. Durante o teste, a balan?a de alta precis?o conectada à parte inferior do porta-amostras detecta o peso atual da amostra a qualquer momento e transmite os dados para o computador. O computador desenha a curva de peso da amostra versus temperatura / tempo (curva TG). Quando a altera??o de peso da amostra (os motivos incluem decomposi??o, oxida??o, redu??o, adsor??o e dessor??o etc.), ela aparece como uma etapa de perda de peso (ou ganho de peso) na curva TG, de modo que a perda / ganho de peso processo pode ser conhecido. A zona de temperatura que ocorreu e quantifica a propor??o de perda / peso. Se um cálculo diferencial for realizado na curva TG para obter uma curva diferencial termogravimétrica (curva DTG), mais informa??es como a taxa de varia??o do peso poder?o ser obtidas.

A curva termogravimétrica típica é mostrada abaixo:

O mapa pode ser convertido em coordenadas de temperatura e tempo.

Curva vermelha: A curva termogravimétrica (TG) caracteriza o peso de uma amostra em fun??o da temperatura / tempo durante a temperatura do programa. A ordenada é a porcentagem em peso, que é a raz?o entre o peso da amostra e o peso inicial na temperatura / hora atuais.

Curva verde: a curva diferencial termogravimétrica (DTG) (ou seja, a curva dm / dt, a curva de cada ponto na curva TG versus a coordenada de tempo), que caracteriza a taxa de varia??o do peso com a temperatura / tempo e seu pico ponto é caracterizado. O ponto de temperatura / tempo no qual a taxa de altera??o de peso de cada etapa de perda / ganho de peso é a mais rápida.

Para uma etapa de perda / crescimento, os seguintes pontos de recurso s?o mais comumente usados:

O ponto inicial da extrapola??o da curva TG: o ponto de interse??o da linha tangente no nível anterior à etapa TG e o ponto tangente no ponto de inflex?o da curva podem ser usados como o ponto de temperatura de referência no qual o processo de perda / ganho de peso inicia e é usado principalmente para caracterizar a estabilidade térmica do material.

Ponto de termina??o de extrapola??o da curva TG: o ponto de interse??o da linha tangente no nível após a etapa TG e o ponto tangente no ponto de inflex?o da curva podem ser usados como ponto de temperatura de referência no final do processo de perda / ganho de peso.

Pico da curva DTG: O ponto de temperatura / tempo no qual a taxa de varia??o de massa é a maior, correspondendo ao ponto de inflex?o na curva TG.

Altera??o de massa: analise a diferen?a de massa entre dois pontos na curva TG para representar a altera??o de massa da amostra causada por uma etapa de perda de peso (ou ganho de peso).

Massa residual: a massa restante na amostra no final da medi??o.

Além disso, no software, o ponto de inflex?o da curva TG (equivalente à temperatura de pico do DTG), o ponto inicial da extrapola??o da curva DTG (mais próximo da temperatura real de início da rea??o) e o ponto de término da extrapola??o da curva DTG (mais próximo de Característica parametros como a temperatura final da rea??o no verdadeiro sentido s?o marcados.

A calorimetria é uma disciplina que estuda como medir as mudan?as no calor que acompanham vários processos. Dados precisos de propriedades térmicas podem, em princípio, ser obtidos por experimentos calorimétricos, realizados por calorímetros.

A análise térmica diferencial (DTA) é um método de análise térmica que mede a diferen?a de temperatura entre uma amostra e uma referência a uma temperatura programada. A calorimetria de varredura diferencial (DSC) é um método de análise térmica que mede a rela??o entre a diferen?a de potência e a entrada de temperatura em uma amostra e uma referência sob condi??es de temperatura programadas. Os significados físicos dos dois métodos s?o diferentes. O DTA só pode testar pontos característicos da temperatura, como temperatura de transi??o de fase. O DSC pode n?o apenas medir o ponto de temperatura da mudan?a de fase, mas também medir a mudan?a de calor durante a mudan?a de fase. O pico exotérmico e o pico endotérmico na curva DTA n?o têm significado físico definido, enquanto o pico exotérmico e o pico endotérmico na curva DSC representam libera??o e absor??o de calor, respectivamente. Portanto, usamos o DSC como um exemplo para analisar a análise calorimétrica.

Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC) é observar a mudan?a da diferen?a de potência do fluxo de calor entre a extremidade da amostra e a extremidade de referência com temperatura ou tempo sob o controle de um determinado programa de temperatura (para cima/para baixo/temperatura constante). Desta forma, s?o calculadas as informa??es do efeito térmico da amostra durante o programa de temperatura, como endotérmico, exotérmico, troca de calor específico, etc., e a absor??o de calor (entalpia de calor) e temperatura característica (ponto de partida, valor de pico, ponto final…) do efeito térmico s?o calculados.

O método DSC é amplamente utilizado em vários campos, como plásticos, borracha, fibras, revestimentos, adesivos, medicamentos, alimentos, organismos biológicos, materiais inorganicos, materiais metálicos e materiais compósitos. Pode estudar o processo de fus?o e cristaliza??o de materiais, transi??o vítrea, transi??o de fase, transi??o de cristal líquido, solidifica??o, estabilidade à oxida??o, temperatura da rea??o e entalpia da rea??o, o calor e a pureza específicos da substancia s?o medidos, a compatibilidade de cada componente do a mistura é estudada e os parametros cinéticos de cristalinidade e rea??o s?o calculados.

O princípio básico do calorímetro diferencial de varredura do fluxo de calor é o seguinte:

Como mostra a figura acima, a amostra é embalada com uma amostra e colocada no disco do sensor junto com um cadinho de referência (geralmente vazio). Os dois s?o mantidos termicamente simétricos e em um forno uniforme de acordo com um determinado programa de temperatura (aquecimento linear), resfriamento, temperatura constante e combina??es dos mesmos) foram testados e um par de termopares (termopar de referência, termopar de amostra) foram usados para medir continuamente a diferen?a de temperatura entre os dois. Como o corpo do forno para amostragem / processo de aquecimento de referência atende à equa??o de condu??o de calor de Fourier, a diferen?a do fluxo de calor nas duas extremidades é proporcional ao sinal de diferen?a de temperatura, de modo que o sinal da diferen?a de temperatura original pode ser convertido em sinal de diferen?a de fluxo de calor pelo calor corre??o de fluxo e o tempo / temperatura é mapeamento contínuo para obter um mapa DSC.

O efeito térmico da amostra causa um desequilíbrio no fluxo de calor entre a referência e a amostra. Devido à presen?a de resistência térmica, a diferen?a de temperatura entre a referência e a amostra () é proporcional à diferen?a de fluxo de calor. O tempo será integrado para obter o calor: (temperatura, resistência térmica, propriedades do material…)

Devido à simetria térmica das duas entalpias, a diferen?a de sinal entre a extremidade de referência e a extremidade da amostra é próxima de zero na ausência de efeitos térmicos na amostra. Uma linha horizontal aproximada é obtida no mapa, chamada de "linha de base". Obviamente, é impossível para qualquer instrumento real obter simetria térmica perfeita. Além disso, a diferen?a na capacidade de aquecimento entre a extremidade da amostra e a extremidade de referência geralmente n?o é completamente horizontal, e há uma certa ondula??o. Esse volt é geralmente chamado de "desvio da linha de base".

Quando a amostra tem um efeito térmico, uma certa diferen?a de temperatura / diferen?a de sinal do fluxo de calor é gerada entre o final da amostra e o final de referência. Ao tra?ar continuamente a diferen?a do sinal em rela??o ao tempo / temperatura, é possível obter um mapa semelhante ao seguinte:

De acordo com a norma DIN e os regulamentos termodinamicos, o valor ascendente (valor positivo) mostrado na figura é o pico endotérmico da amostra (o efeito endotérmico típico é fus?o, decomposi??o, dessor??o, etc.) e o valor descendente (valor negativo) é o pico exotérmico (o efeito exotérmico típico é a cristaliza??o, oxida??o, solidifica??o etc.) e a mudan?a de calor específica é refletida na altera??o da altura da linha de base, ou seja, a inflex?o em etapas na curva (a altera??o de calor específica típica efeito é a transi??o vítrea, transi??o ferromagnética, etc.)).

O mapa pode ser convertido em coordenadas de temperatura e tempo.

Para o pico de absor??o / exotérmica, o ponto inicial, o valor do pico, o ponto final e a área do pico podem ser analisados com mais frequência. alguns:

Ponto de partida: o ponto em que a linha de base antes do pico é tangente à tangente no ponto de inflex?o à esquerda do pico, geralmente usada para caracterizar a temperatura (tempo) em que um efeito térmico (rea??o física ou química) come?a a ocorrer. ocorrer.

Pico: O ponto de temperatura (tempo) no qual o efeito de absor??o / exotérmica é maior.

Ponto de termina??o: o ponto em que a linha de base após o pico é tangente à tangente à direita do pico, que corresponde ao ponto inicial e é frequentemente usada para caracterizar a temperatura (tempo) em que um efeito térmico (físico ou químico) rea??o) termina.

área: a área obtida pela integra??o dos picos de absor??o / exotérmica, em J / g, para caracterizar a quantidade de calor absorvido / descarregado pelo peso unitário de uma amostra durante um processo físico / químico.

Além disso, parametros característicos como altura, largura e curva integral da área do pico de absor??o / exotérmica podem ser indicados no software. Para o processo específico de mudan?a de calor, parametros como o ponto inicial, o ponto médio, o ponto final, o ponto de inflex?o e o valor específico da mudan?a de calor podem ser analisados.

O moderno instrumento TG possui uma estrutura complicada. Além do forno de aquecimento básico e da balan?a de alta precis?o, existem pe?as de controle eletr?nico, software e uma série de equipamentos auxiliares. A estrutura do Netzsch TG209F3 é mostrada na figura abaixo:

O gás de prote??o e o gás de purga podem ser vistos na figura. O gás protetor geralmente é inerte ao N2. Ele é passado para o forno através da camara de pesagem e da área de conex?o da junta, para que a balan?a possa ser colocada. Um ambiente de trabalho estável e seco que evita que a umidade, a convec??o do ar quente e a decomposi??o da amostra de poluentes afetem a balan?a. O instrumento permite que dois tipos diferentes de gás de purga (purga1, purga2) sejam conectados ao mesmo tempo e alternados ou misturados automaticamente durante a medi??o, conforme necessário. Uma conex?o comum é aquela em que N2 é conectado como uma atmosfera de purga inerte para aplica??es convencionais; o outro está conectado ao ar como uma atmosfera oxidante. Em termos de acessórios de controle de gás, ele pode ser equipado com um rotametro convencional, válvula solenóide ou um medidor de fluxo de massa (MFC) com maior precis?o e automa??o.

A saída de gás está localizada na parte superior do instrumento e pode ser usada para descarregar gases portadores e produtos gasosos na atmosfera. Também pode ser conectado ao FTIR, QMS, GC-MS e outros sistemas usando uma linha de transferência aquecida para fornecer gases do produto a esses instrumentos. Detec??o de componentes. A estrutura de carga superior do instrumento e o design do caminho do gás natural suave tornam a taxa de fluxo de gás portador pequena, a concentra??o de gás do produto alta e a histerese do sinal pequena, o que é muito benéfico para a combina??o com esses sistemas para a análise eficaz do componentes de gás evoluídos.

O instrumento está equipado com um controle termostático para isolar o forno das duas partes da balan?a, o que pode efetivamente impedir que o calor seja transferido para o módulo da balan?a quando o forno está em alta temperatura. Além disso, a purga contínua de baixo para cima do gás de prote??o impede a transferência de calor causada pela convec??o do ar quente, e as blindagens de radia??o ao redor do suporte da amostra isolam os fatores de radia??o de calor no ambiente de alta temperatura. As medidas garantem que a balan?a de alta precis?o esteja em um ambiente de temperatura estável e n?o seja interferida pela zona de alta temperatura, garantindo a estabilidade do sinal termogravimétrico.

Os modernos instrumentos DSC s?o de estrutura mais complexa, além do forno e sensores básicos de aquecimento, além de pe?as de controle eletr?nico, software e uma variedade de equipamentos auxiliares. O diagrama abaixo mostra a estrutura do Netzsch DSC204F1:

O gás de prote??o e o gás de purga podem ser vistos na figura. O gás de prote??o geralmente é passado através da periferia do forno usando N2 inerte, que pode proteger o corpo de aquecimento, prolongar a vida útil e impedir o corpo do forno. O efeito de geada na periferia a baixas temperaturas. O instrumento permite que dois tipos diferentes de gás de purga sejam conectados simultaneamente e alternados ou misturados automaticamente durante a medi??o, conforme necessário. A conex?o convencional é aquela na qual o N2 é conectado como uma atmosfera de purga inerte para aplica??es convencionais; o outro está conectado ao ar ou ao O2 para uso como atmosfera oxidante. Em termos de acessórios de controle de gás, ele pode ser equipado com um rotametro convencional, válvula solenóide ou um medidor de fluxo de massa (MFC) com maior precis?o e automa??o.

O instrumento pode ser conectado a três tipos diferentes de equipamentos de refrigera??o. Um é o sistema de nitrogênio líquido de resfriamento LN2 / GN2), um é o resfriamento em circula??o ou o intracooler e o outro é o ar de resfriamento. Esses três métodos de resfriamento têm características diferentes e aplica??es adequadas. O ar comprimido é relativamente simples, a temperatura mínima de resfriamento é a temperatura normal, adequada para ocasi?es que n?o exigem aplica??es de baixa temperatura (como plásticos, indústria de resinas termoendurecíveis etc.) e é frequentemente usada como resfriamento automático após o final da medi??o, para que o corpo do forno seja resfriado à temperatura normal, fácil Adicionando a próxima amostra; O sistema de nitrogênio líquido tem a vantagem de resfriar e abaixar mais rapidamente a uma temperatura mais baixa (-180 ° C) do que a refrigera??o mecanica. A desvantagem é que o nitrogênio líquido em si é um consumível. Precisa adicionar, existem fatores de custo de consumíveis; enquanto a refrigera??o mecanica é inferior ao nitrogênio líquido na taxa de resfriamento e na temperatura limite, mas os seguintes itens basicamente n?o podem ser usados o tempo todo, o que é sua vantagem.

A taxa de aumento da temperatura tem um efeito significativo nos resultados do experimento de análise térmica. Em geral, pode ser resumido da seguinte forma.

(1) Para uma certa rea??o da amostra representada pela curva TG, DSC, o aumento na taxa de aumento da temperatura é geralmente tal que a temperatura inicial da rea??o Ti, a temperatura máxima de pico Tp e a temperatura final Tf aumentam. Rápido aumento de temperatura, de modo que a rea??o ainda n?o foi capaz de prosseguir, ela entra em uma temperatura mais alta, a rea??o de montagem fica atrasada (foto acima).

(2) O aumento rápido da temperatura é for?ar a rea??o a uma velocidade mais alta em uma regi?o de alta temperatura, ou seja, n?o apenas o pico de temperatura Tp da curva DSC é aumentado, mas também a amplitude do pico é reduzida e atingida (como mostrado em a figura acima).

Uma pequena quantidade de amostra é benéfica para a difus?o do produto gasoso e a temperatura interna da amostra, reduzindo o gradiente de temperatura e o desvio da temperatura da amostra em rela??o à eleva??o linear da temperatura do ambiente, causada pela absor??o e efeitos da libera??o de calor da amostra. Experimentos mostraram que a área do pico ainda está relacionada ao tamanho de partícula da amostra. Quanto menor a partícula, maior a área do pico exotérmico da curva DSC. Além disso, existe um espa?o entre as partículas de amostra soltas empilhadas, o que torna a amostra deteriorada termicamente, e quanto menores as partículas, mais perto a pilha pode ser empilhada e a condu??o de calor é boa. Independentemente do tamanho de partícula da amostra, a densidade do pinguim n?o é muito fácil de repetir e também afetará a topografia da curva TG.

Para a rea??o formar um produto gasoso, se o produto gasoso n?o for removido a tempo, ou a press?o parcial do produto gasoso na atmosfera for aumentada por outros meios, a rea??o é movida para uma temperatura alta. A condutividade térmica da atmosfera é boa, o que é benéfico para fornecer mais calor ao sistema e aumentar a taxa de rea??o de decomposi??o. A rela??o entre a condutividade térmica de três gases inertes de arg?nio, nitrogênio e hélio e temperatura está aumentando em sequência.

A figura abaixo mostra o teste de decomposi??o da dolomita. O processo de decomposi??o consiste nas duas etapas a seguir:

MgCO3 → MgO + CO2 ↑

CaCO3 → CaO + CO2 ↑

Sob a condi??o de purga de N2 convencional, a temperatura das duas etapas de decomposi??o é semelhante e o efeito de separa??o n?o é bom. é difícil calcular com precis?o o conteúdo dos dois componentes de MgCO3 e CaCO3. Portanto, o CO2 foi usado como uma atmosfera de purga neste exemplo. Como ambas as etapas de perda de peso geram CO2, o uso de CO2 como atmosfera de purga afetará o equilíbrio químico e fará com que a rea??o “atrase” (a taxa de perda de peso n?o é afetada). Como o “grau de atraso” da decomposi??o em duas etapas n?o é o mesmo, o atraso da perda de peso do segundo estágio (decomposi??o de CaCO3) é mais significativo. Desta forma, o efeito da separa??o em etapas é efetivamente alcan?ado, e a raz?o de massa de MgCO3 na amostra pode ser calculada com precis?o para ser 44,0% (MgCO3/CO2=1,91), e a raz?o de massa de CaCO3 é 55,3% (CaCO3/ CO2=2,27).

A densidade da fase gasosa do espa?o médio no suporte da amostra diminui com o aumento da temperatura e, portanto, a flutuabilidade diminui, o que é expresso como ganho aparente de peso. Para o recipiente de amostra, o ar ascendente causa perda de peso aparente e as duas turbulências causam ganho de peso, relacionado ao tamanho e forma do cadinho, que pode ser ajustado por meio da saída de ar acima do recipiente de amostra, mas a curva TG é feita. é difícil n?o haver mudan?a aparente de massa em toda a faixa de temperatura.

O grau de estanqueidade da amostra carregada no cadinho afeta a difus?o do produto do gás de pirólise no ar médio circundante e o contato da amostra com a atmosfera. Por exemplo, o segundo passo do oxalato de cálcio monohidratado CaC2O4 · H2O perde a rea??o do monóxido de carbono CO: CaC2O4 · H2O → CaCO3 + CO ↑

Quando o meio é ar, se a amostra estiver frouxa e tiver atmosfera oxidante suficiente, a curva DSC tem um efeito exotérmico (temperatura de pico 511 ° C), que é a oxida??o de CO: 2CO + O2 → 2CO2, se a amostra for relativamente compacto, está na ausência No estado de oxigênio, a curva DSC tem um efeito endotérmico. Ver abaixo.

solto (1) e mais cheio (2)

Para sólidos amorfos, a transi??o vítrea ocorre durante o aquecimento, do sólido amorfo à dinamica do fluxo (altamente elástico para materiais poliméricos). Nesse processo, junto com a mudan?a de calor específico, ele é refletido na curva DSC como um passo em dire??o à dire??o de absor??o de calor.

Inflex?o. A partir desta análise, a temperatura de transi??o vítrea do material pode ser obtida.

A figura acima mostra o teste de transi??o vítrea de uma amostra de resina epóxi. De acordo com padr?es internacionais, a transi??o vítrea geralmente leva o ponto médio, que é de 129,5 ° C. A mudan?a de calor específica caracteriza aproximadamente a gravidade da transi??o.

A fus?o do cristal é uma transi??o de fase de primeira ordem acompanhada de um efeito endotérmico durante o processo de fus?o. Usando DSC, o efeito endotérmico pode ser medido para obter informa??es como ponto de fus?o, entalpia de fus?o e similares.

A figura acima mostra o derretimento do metal. O ponto de fus?o é 156,7 ° C (teórico 156,6 ° C), a entalpia é 28,58 J / g (valor teórico 28,6 J / g).

A figura acima mostra o teste de transi??o vítrea, cristaliza??o a frio e fus?o da liga amorfa durante o aquecimento. As ligas amorfas têm um alto grau de fase amorfa devido à cristaliza??o insuficiente à temperatura ambiente; portanto, há uma transi??o vítrea significativa durante o aquecimento. Um pico de cristaliza??o a frio aparece e o pico de fus?o final contém a fus?o simultanea do cristal à temperatura ambiente e a por??o de cristal adicionada do processo de cristaliza??o a frio.

Usando o analisador termogravimétrico, analisando a etapa inicial do processo de decomposi??o, é fácil entender a estabilidade térmica do material e obter informa??es sobre o limite superior da temperatura de uso.

Para a anota??o da temperatura que pode representar a estabilidade térmica, o método tradicional do ponto de partida externo pode ser usado (a etapa TG ou o pico do DTG pode ser usado como ponto de partida externo), mas a temperatura está sujeita à condi??o de limite da análise (calcule o intervalo da tangente) Impacto, às vezes n?o é estável o suficiente. No campo industrial e nas ocasi?es de controle de qualidade, mais de 1%, 2%, 5% da perda de peso s?o usadas para caracterizar a estabilidade térmica do produto, e o resultado do cálculo é mais preciso e confiável.

A figura acima mostra um espectro de teste de 5% TD (perda de peso de 5%) de uma amostra de laminado como material de PCB. A amostra foi testada três vezes no total e a reprodutibilidade foi boa, e o 5% TD estava na faixa de 337,5 ± 1,5 ° C.

A figura acima mostra o teste do processo de degrada??o térmica do politetrafluoretileno PTFE. A atmosfera de N2 foi usada antes de 700 ° C e trocada para o ar após 700 ° C. O PTFE é um material resistente a altas temperaturas, a temperatura inicial de decomposi??o é t?o alta quanto 500 ° C ou superior (o ponto inicial de corte externo do TG é 569,5 ° C na figura) e o ponto máximo da taxa de perda de peso (temperatura máxima de DTG) é 612,1 ° C. A amostra foi 100% completamente perdida em peso sob uma atmosfera inerte e nenhum resíduo de carbono foi formado. Isso pode ser verificado mudando do gráfico para o ar sem mais perda de peso. A curva c-DTA fornece adicionalmente um pico de fus?o de PTFE a uma temperatura de 330,6 ° C.

Usando um analisador termogravimétrico, a taxa de componentes internos de muitos materiais pode ser calculada com base nos resultados da medi??o de perda de peso em vários estágios, usando uma taxa de aquecimento e atmosfera de medi??o adequadas e organizando racionalmente a alternancia entre diferentes atmosferas.

A figura acima mostra a análise do processo de perda de peso do PA66 refor?ado com fibra de vidro. Use N2 antes de 850 ° C, mude para o ar depois de 850 ° C. Pode ser visto a partir da figura que a perda de peso é dividida nos seguintes estágios:

1. Uma pequena quantidade de perda de peso antes de 1.300 ° C: perda de peso 0,6%. Pode ser a umidade adsorvida no material e alguns voláteis organicos.

2. 300 ~ 850 ° C: A etapa principal da perda de peso, a perda de peso é 63.4%. Decomposi??o de PA66.

3. Após mudar para o ar a 850 ° C: a perda de peso é 1,5%, que corresponde à perda de calor do carbono (produto de decomposi??o PA66).

Qualidade residual: 34.5%. Deve ser um componente de fibra de vidro que n?o se decomp?e nem oxida.

A partir da análise acima, a propor??o de PA66 na amostra pode ser calculada em 64,9% (63,4 + 1,5). A propor??o de fibra de vidro é 34.5%. A restante fra??o umidade / volátil foi de 0,6%.

Usando um analisador termogravimétrico, o processo de volatiliza??o de uma gera??o de amostras (como óleo lubrificante) pode ser testado e sua estabilidade caracterizada.

A figura acima mostra o teste do processo de volatiliza??o de lubrificantes de perfluoropolieter. O programa de temperatura foi aumentado da temperatura ambiente para 130 ° C e mantido a uma temperatura constante. A figura mostra o percentual de massa em 10, 15, 20, 25, 30 min e a perda de foco mais rápida em 13,9 min e a taxa de perda de peso DTG correspondente. Da mesma forma, o TG também pode medir o processo de volatiliza??o (sublima??o) de certas amostras sólidas, como a canfora, para caracterizar sua estabilidade de armazenamento.

A figura acima mostra o processo de desidrata??o e absor??o de água da argila testada no instrumento STA sob diferentes atmosferas de umidade. O teste foi realizado a uma temperatura constante de cerca de 30 ° C usando um gerador de umidade para criar uma atmosfera de purga de uma umidade específica. Pode-se observar que sob uma atmosfera de purga mais seca de umidade relativa de 5%, a amostra exibiu um processo de desidrata??o com uma perda de peso de 0,81%. Quando a atmosfera foi alterada para a umidade relativa do ar 25%, a amostra exibiu absor??o de água com um ganho de peso de 1.66%. Após a umidade relativa do ar 50% e 75%, todas as amostras absorveram água e o ganho de peso foi de 1.38% e 2.82%, respectivamente. Ao mesmo tempo, na curva azul DSC, o efeito exotérmico e a entalpia do processo de absor??o de água podem ser observados.

A figura acima compara os resultados obtidos por outro segundo aumento de temperatura depois que outra amostra de PET é resfriada do estado fundido a uma temperatura normal usando uma taxa de resfriamento diferente. Pode-se observar que quanto mais rápida a taxa de resfriamento, menor a cristaliza??o da amostra e maior a área do pico de cristaliza??o a frio obtida pelo segundo aquecimento, menor a cristalinidade.

Diferentes cristalinidades afetar?o as propriedades mecanicas do material (flexibilidade, ductilidade, resistência ao impacto, etc.), propriedades ópticas, resistência a solventes e processabilidade. Portanto, no processo de produ??o de termoplásticos, a cristalinidade também é um importante indicador para detec??o e controle.

A estabilidade oxidativa do material pode ser testada usando DSC. Métodos de teste específicos incluem o método OIT e o método de oxida??o dinamica da temperatura.

O período de indu??o à oxida??o (OIT) é um método de teste padr?o para a indústria de plásticos. A temperatura constante é geralmente de 200 ° C, mas o ajuste para cima / baixo apropriado pode ser feito de acordo com a dura??o do tempo de oxida??o. De acordo com a diferen?a do tempo de indu??o à oxida??o (OIT) de diferentes lotes de amostras, a diferen?a no desempenho anti-oxida??o dos materiais e o efeito anti-oxida??o de diferentes aditivos anti-oxida??o podem ser comparados e podem ser usados indiretamente para identificar o diferen?a de propriedades antienvelhecimento dos materiais. Padr?es de medi??o relevantes: DIN EN 728, ISO / TR 10837, ASTM D 3895.

A imagem acima mostra o teste OIT de partículas de plástico de polietileno, de acordo com o método padr?o nacional. A amostra foi pesada para cerca de 15 mg, colocada em um cadinho Al aberto e aquecida a 200 ° C sob prote??o de 50 ml / min de N2, e trocada para O2 após 5 minutos. O período de indu??o de oxida??o medido (a diferen?a de tempo entre a mudan?a inicial para O2 e o ponto de inicia??o da extrapola??o do pico exotérmico oxidativo) foi de 40,1 min.

A DSC pode medir o processo de cura de resinas termoendurecíveis (como resinas epóxi, resinas fenólicas, etc.), bem como revestimentos, adesivos e similares.

A figura a seguir mostra o teste de cura por aumento de temperatura do pré-impregnado de resina epóxi refor?ada com fibra de vidro (GFEP). O pré-impregnado n?o curado tem uma baixa temperatura de transi??o vítrea (101,5 ° C) e solidifica durante o processo de aquecimento. Ele mostra um grande pico exotérmico na curva DSC (136,4, 158,9 ° C, pico duplo na figura, curando entalpia 43,10) J / g); após o resfriamento para um segundo aumento de temperatura, uma vez que a resina solidificou, a temperatura de transi??o vítrea é elevada para 142,4 ° C e o pico exotérmico de cura n?o aparece mais.

Nota: Para resinas epóxi, a temperatura de transi??o vítrea é próxima da linearidade do grau de cura. Quanto maior o grau de cura, mais completa é a reticula??o interna do material, menor a mobilidade do segmento e maior a temperatura de transi??o vítrea.

A figura acima mostra o teste de mudan?a de fase do ferro durante o processo de aquecimento. O pico endotérmico a 771,5°C é a transi??o do ponto de Curie e o material é convertido de ferromagnético para paramagnético. O pico endotérmico em 918,6°C e 1404,1°C é a transi??o entre as duas estruturas da rede (centro do corpo bcc – centro da face fcc). O Netzsch SC404/STA449 apresenta uma estrutura hermética de alto vácuo e um sistema de vácuo totalmente automatizado com um sistema exclusivo de adsor??o de oxigênio OTS para garantir que as amostras sejam medidas em uma atmosfera inerte pura para evitar oxida??o em temperaturas elevadas.

Polimorfismo refere-se ao fen?meno de que uma substancia pode existir em duas ou mais estruturas cristalinas diferentes. Várias formas de cristal têm propriedades físicas e químicas diferentes e podem ser convertidas umas nas outras sob certas condi??es.

A figura acima mostra a medida DSC da droga Sulfathiazole. O pico endotérmico a 173,7 ° C na figura é a fus?o da Forma III, que é ent?o convertida na Forma I. O pequeno pico endotérmico a 196,2 ° C é a fus?o da Forma II, e o pico endotérmico a 201,4 ° C é o fus?o da forma I.

Princípio do teste

De acordo com a defini??o de física térmica, a capacidade térmica específica c (a capacidade térmica térmica específica constante Cp envolvida na análise térmica geral) é a energia necessária para aumentar a temperatura unitária por unidade de massa da amostra a uma determinada temperatura. Ou seja: Cp = Q / (m * △ T), unidade J / g * K

Mude esta equa??o levemente:

Q = Cp * m * △ T

Diferencie o tempo, tome a potência endotérmica da amostra durante o processo de aquecimento q = dQ / dt, a taxa de aquecimento HR = dT / dt, ou seja: q = Cp * m * HR

Utilizando o tipo de fluxo de calor DSC, a potência endotérmica q da amostra de calor específica desconhecida sam e a amostra padr?o de calor específica conhecida std a uma determinada temperatura s?o respectivamente medidas à mesma taxa de aquecimento em uma taxa de aquecimento dinamico e s?o obtidas:

Qsam = KT * ( DSCsam – DSCbsl ) = Cpsam * msam * HR

Qstd = KT * ( DSCstd – DSCbsl ) = Cpstd * mstd * HR

KT é o coeficiente de sensibilidade do sensor de fluxo de calor, através do qual o sinal original do DSC (unidade uV) a uma determinada temperatura pode ser convertido em um sinal de fluxo de calor (unidade mW). DSCbsl é uma linha de base que é medida usando um par de espa?os em branco e é deduzida ao medir o fluxo de calor da amostra e do padr?o.

Divida as duas equa??es acima e KT e HR s?o divididos um pelo outro para obter:

(DSCsam – DSCbsl) / (DSCstd – DSCbsl) =

(Cpsam * msam) / (Cpstd * mstd)

Uma ligeira mudan?a, ou seja, a capacidade de calor específico da press?o constante da amostra a uma determinada temperatura:

Cpsam = Cpstd × [(DSCsam – DSCbsl) / msam] / [(DSCstd – DSCbsl) / mstd] = Cpstd × DSCsam,rel,sub/ DSCstd,rel,sub

Onde DSCxxx, rel, sub representa o sinal DSC após a linha de base ou referência ser subtraída da linha de base em coordenadas relativas, em μV / mg.

A figura acima mostra o valor específico do calor (curva verde) de uma amostra de cobre puro, medida em alta temperatura DSC na faixa de RT ~ 1000 ° C, e a compara??o com o valor da literatura (curva azul).