Hvad er dråbepunkt? Hvad er blødgøringspunkt?

Bestemmelse af dråbe- og blødgøringspunkt er en af de få metoder, der findes til termisk karakterisering af salver, syntetiske og naturlige harpikser, spisefedt, fedt, voks, fedtpolymerer, bitumen, tjære osv. Analyse af dråbe- og blødgøringspunkter udføres hovedsageligt under kvalitetskontrolprocessen. Det kan også være værdifuldt i forsknings- og udviklingsfasen for at bestemme driftstemperaturer og procesparametre for forskellige materialer.

På denne side får du vigtig viden om fald- og blødgøringspunktteknikker. Desuden får du praktiske tips og hints til det daglige arbejde.

Ved automatiseret dråbepunktsbestemmelse videooptages hele dråbepunktstesten, og billedanalyse bruges til automatisk at registrere den første dråbe, der slipper ud af prøvebægeret, når den passerer gennem et virtuelt hvidt rektangel, der er placeret under bægerets åbning. Mens dette registreres, måles og registreres ovnens temperatur med en opløsning på 0,1 °C.

• Videobilledanalyse fra METTLER TOLEDO's DP70 og DP90
  
• Evalueringsområde: afbilledet inden for det markerede rektangelområde
  
• Registrering sker, når en dråbe har passeret gennem rektanglet

Ved automatiseret bestemmelse af blødgøringspunktet markeres forkanten af den blødgjorte prøve med en trinvis linje i videoen. Når den trinvise linje er passeret, vises en virtuel linje, der er placeret 19 mm under kopåbningen. Den tilsvarende ovntemperatur måles og registreres med en opløsning på 0,1 °C. Den automatiserede Dropping Point-enhed fra METTLER TOLEDO genererer også et nyt længdediagram, som indikerer prøvens reologiske opførsel.

• Videobilledanalyse fra METTLER TOLEDO's DP70 og DP90
  
• Evalueringsområde: afbilledet inden for det markerede rektangulære område inklusive trinlinjen på 19 mm
  
• Detektering sker, når skridtlinjen når en defineret afstand

Se denne video for at lære mere om fordelene ved automatiserede dråbepunktsinstrumenter:

Ubbelohde-metoden er en manuel metode til bestemmelse af dryppunktet for spiselige olier og fedtstoffer, som er beskrevet i DIN 51801-standarden. Et dedikeret termometer med en opløsning på en tiendedel grad nedsænkes direkte i kontakt med prøven, der befinder sig i en kop. Opsætningen placeres i et reagensglas, og opvarmningen udføres med et vandbad. Droppunktstemperaturen skal noteres, så snart hændelsen registreres visuelt. Resultaterne af denne test er stærkt afhængige af operatørens erfaring.

DIN-standarden kræver et prøvebæger, hvis dimensioner er forskellige fra dem, der bruges i AOCS, ASTM og andre faldpunktsmetoder. Sammenlignende dråbepunktstests med begge bægre udført på et automatisk METTLER TOLEDO-instrument afslørede ingen signifikant forskel i de opnåede resultater.

Konklusionen er, at med hensyn til resultatkvalitet og sammenlignelighed er den automatiske dråbepunktstest af spiselige olier og fedtstoffer et perfekt alternativ til den manuelle Ubbelohde-metode.

En manuel metode til dråbepunktstest af voks er beskrevet i ASTM D127-standarden. Opstillingen kræver et afkølet vandbad, to ASTM-termometre med en opløsning på en tiendedel grad og to reagensglas. Vandbadet skal holdes på 16 °C. Begge ASTM-termometre skal afkøles til 16 °C. De forkølede ASTM-termometre nedsænkes i den smeltede prøve. Begge termometre med den vedhæftede prøve afkøles derefter i 5 minutter ved 16 °C i vandbadet, før de placeres i reagensglas, der nedsænkes i vandbadet ved samme temperatur. Derefter anvendes en dobbelt opvarmningsrampeprocedure: Først hæves temperaturen med 2 °C/min til 38 °C og derefter med 1 °C/min, indtil den første dråbe af det smeltede stof forlader termometeret. Temperaturen noteres på dette tidspunkt.

Sammenlignet med den automatiske metode kræver visuel hændelsesdetektering erfarne operatører for at opnå tilstrækkelig gentagelsesnøjagtighed i resultaterne. Resultatvariationen vil være højere på grund af operatørens bias. Ud over den forholdsvis kedelige prøveforberedelse og den dobbelte opvarmningsrampeprocedure indeholder det påkrævede ASTM-termometer giftigt kviksølv. Brugen af sådanne apparater er kontroversiel, og i fremtiden vil laboratorierne søge efter andre alternativer.

De automatiserede metoder giver entydige fordele og kan betragtes som et levedygtigt alternativ til den manuelle dråbepunktstest af voks.

METTLER TOLEDO's Dropping Point-systemer til bestemmelse af blødgøringspunkt fungerer efter kop-og-kugle-metoden. Denne opsætning adskiller sig i forskellige henseender. Temperaturkontrollen sikres af et metalblokopvarmningsprincip, og cup-and-ball-temperaturen registreres af et digitalt termometer. Prøven placeres i en kop og kan flyde frit nedad gennem en åbning i koppen. Som med ring-og-kugle-opsætningen fremmer en kugle også prøvens flow, men her blokeres den af koppens mindre diameter og flyder ikke igennem med prøven. Analysen foregår i en glasbeholder, der bortskaffes efter forsøget, så man undgår kontaminering af ovnen.

Det spørgsmål, der ofte opstår, er, om de to teknikker giver de samme resultater. ASTM-metoderne siger udtrykkeligt, at de er designet til at reproducere resultaterne fra ring-og-kugle-metoderne. Dette er bevist af ASTM Interlaboratory-undersøgelser, der blev udført. Et eksempel på resultaterne fra 11 forskellige laboratorier på 7 harpiksstoffer (seksdobbelte målinger) er beskrevet nedenfor:

De internationale standarder ASTM D3104, ASTM D3461, ASTM D3954, ASTM D6090 og AOCS Cc 18-80 er specifikt baseret på automatisk måling af dråbepunkt og blødgøringspunkt med METTLER TOLEDO's dråbepunktsinstrumenter.

Du kan få et overblik over internationale normer og standarder for dråbe- og blødgøringspunkter, herunder manuelle metoder, på www.mt.com/MPDP-norms.

ASTM D3104- og D3461-standarderne kaldes blødgøringspunkt i henhold til METTLER TOLEDO eller METTLER TOLEDOs cup-and-ball. De er baseret på princippet om automatisk detektering af blødgøringspunkt med METTLER TOLEDOs Dropping Point-instrumenter. I D3104-standarden kræves der ingen ekstra vægtning af prøven i bægeret, mens der i D3461-standarden kræves en blykugle med specificerede dimensioner for at tvinge prøven til at flyde ud af bægeret. I begge tilfælde udføres testen i en ovn, og blødgøringspunktets temperatur registreres og registreres automatisk. Metoderne ASTM D36 eller ISO EN 1427 specificerer blødgøringspunkttesten i henhold til ring-og-kugle-metoden. I modsætning til METTLER TOLEDOs standarder anvendes der en anden testopsætning, der omfatter opvarmning med flydende medium. ASTM D566 eller ISO EN 2176 er grundlaget for test af smørefedtets dråbepunkt, hvor man enten bruger et flydende mediumbad eller en aluminiumsovn med blokopvarmning. I begge tilfælde skal prøven forberedes i dråbepunktsbægeret i henhold til en nøjagtigt specificeret procedure. I begge standarder registreres dråbepunktshændelsen manuelt. IP 396-standarden følger disse standarder med hensyn til prøveforberedelse, men er baseret på en dobbelt opvarmningsrampeprocedure (se diagram) og automatisk detektering af faldpunktshændelser.

METTLER TOLEDOs dråbepunktsinstrumenter muliggør fuldautomatisk dråbepunktsdetektering af smørefedt nøjagtigt i henhold til kravene i IP 396-standarden. I alle standarder er der angivet stramme grænser for repeterbarhed og reproducerbarhed, som fungerer som en retningslinje til vurdering af resultatkvaliteten. I standarderne for bitumen/pitch/asfalt er disse specifikationer stramme, mens de tilsvarende værdier i standarderne for smørefedt er forholdsvis høje. Det skyldes, at fedtets prøveintegritet ødelægges under opvarmningsproceduren, især hvis det er nødvendigt at anvende temperaturer over 200 °C.

IP 396 krav til arbejdsgang

• T_initial = T_ambient + 10 °C
• 10 °C/min T-rampe til T_start
• T_start = T_{DP expected} - 20 °C hvis DP <= 220 °C
• T_start = 200 °C, hvis DP > 220 °C
• Ingen ventetid efter T_start
• 1 °C/min T-rampe til DP

Den METTLER TOLEDO-instrumentbaserede ASTM D6090 specificerer kravene til automatisk bestemmelse af blødgøringspunktet for harpiks. Testproceduren og detektionsprincippet er næsten identisk med det, der er beskrevet i den tidligere ASTM D3461-standard. En vigtig forskel er, at der bruges en stålkugle i stedet for en blykugle til at veje prøven i bægeret. ASTM D6493 specificerer blødgøringspunkttesten af harpikser i henhold til ring-og-kugle-metoden, som er næsten identisk med ASTM D36-standarden. AOCS Cc 18-80-standarden specificerer den automatiske dråbepunktsdetektion af spiselige fedtstoffer og olier ved hjælp af et dråbepunktsinstrument fra METTLER TOLEDO. Denne standard dækker også test af prøver med faldpunkter under omgivelsestemperatur. ASTM D3954-standarden er også specificeret på et METTLER TOLEDO Dropping Point-instrument og bruges til automatiske dråbepunktstests af voks, herunder paraffin, mikrokrystallinsk polyethylen og naturlig voks. European Pharmacopeia 2.2.17 B-standarden er analog med denne, men specifikationerne for repeterbarhed er strammere. Endelig beskriver ASTM D127 den manuelle procedure for dråbepunktstest af voks.

Spiselige olier, fedtstoffer og organiske opløsningsmidler kan størkne og måles ved lave temperaturer. Stoffer skal ofte nedkøles eller fryses i tilstrækkelig lang tid før dråbepunktsmålingen. METTLER TOLEDO Excellence Dropping Point System DP90 udfører dråbepunktsmålinger ned til -20 °C. Anbring den separate DP90-målecelle, ovnen og det optiske detektionssystem i et køleskab eller en fryser, indtil den nødvendige temperatur er opnået.

Følgende arbejdsgang anbefales til dråbepunktsmålinger under omgivelsestemperatur. Bemærk, at "køleenhed" (CD) henviser til en fryser eller et køleskab.

1. Indledendeinstallation: Sørg for, at DP90-målecellen og CD'en har omgivelsestemperatur.
2. Afkøling afDP90: Placer DP90-målecellen i CD'en, og start afkølingen. Afkøl om muligt natten over.
3. Afkøling aftestudstyret: Afkøl alt testudstyr (prøvebægre, opsamlingsglas og låg) og prøveforberedelsesværktøjet (prøvebærer) i mindst 1 time i CD'en.
4. Overførsel af prøve: Anbring prøvebægeret i prøveforberedelsesværktøjet. Overfør langsomt væsken med en pipette til det forkølede prøvebæger, indtil det er helt fyldt.
5. Prøvenstørkner: Lad prøven størkne i mindst 1 time i CD'en. Nogle prøver kan have brug for at blive afkølet i længere tid. CD'en bør kun åbnes, når det er nødvendigt (f.eks. prøveforberedelse, udskiftning af prøvebærer). En CD med top-loading understøtter arbejdsgangen bedst.
6. Lysstyrkefaktor: Reducer lysstyrkefaktoren i metoden til 30 % for at tage højde for eventuelle refleksioner fra prøven.
7. Håndtering af prøvebæreren: Udfør alle manipulationer, f.eks. (af)samling af prøvebæreren, inde i CD'en for at undgå optøning og kondens. Vi anbefaler, at der anvendes engangshandsker.

Sammen med korrekt prøveforberedelse er indstillingerne på instrumentet lige så vigtige for den nøjagtige bestemmelse af dråbepunkt og blødgøring. Korrekt valg af starttemperatur, endestoptemperatur og opvarmningsrampehastighed er nødvendigt for at forhindre unøjagtigheder på grund af en ujævn eller for hurtig varmeforøgelse i prøven:

a) Starttemperatur

Bestemmelse af dråbepunkt og blødgøringspunkt starter ved en foruddefineret temperatur tæt på det forventede dråbepunkt eller blødgøringspunkt.
Op til starttemperaturen forvarmes varmestativet hurtigt. Ved starttemperaturen føres prøverne ind i ovnen, og temperaturen begynder at stige med den definerede opvarmningsrampehastighed.
Den almindelige formel, der bruges til at beregne starttemperaturen, er: Starttemperatur = forventet DP - (3 min * opvarmningshastighed)

b) Opvarmningsrampehastighed

Opvarmningsrampehastigheden er den faste temperaturstigningshastighed mellem start- og stoptemperaturen for opvarmningsrampen.
Typisk opvarmningshastighed (som angivet i normerne): 2 °C/min

c) Stoptemperatur

Den maksimale temperatur, der skal nås i bestemmelsen.
Den almindelige formel, der bruges til at beregne stoptemperaturen:
Stoptemperatur = forventet DP + (3 min * opvarmningshastighed)
Eller aktiver tilstanden "Stop ved hændelse". På denne måde afsluttes målingen automatisk, så snart dråbepunktet registreres.

Før enheden tages i brug, anbefales det at kontrollere dens målenøjagtighed. For at kontrollere temperaturnøjagtigheden kalibreres instrumentet ved hjælp af referencesubstanser med certificerede temperaturværdier. Således kan de nominelle værdier inklusive tolerancer sammenlignes med de faktiske målte værdier. Grundlaget for sammenligningen er det termodynamiske smeltepunkt for kalibreringsstoffet, som er angivet på det tilhørende certifikat. Det termodynamiske smeltepunkt er den fysisk korrekte smeltepunktstemperatur for den faktiske prøve, ikke ovntemperaturen, og er uafhængig af forsøgsopstillingen. Faldpunktet for et referencestof er ikke lig med det termodynamiske smeltepunkt, da den målte temperatur faktisk er ovnens temperatur og ikke prøvens temperatur. Derfor skal ovnens temperaturværdi justeres ved hjælp af en korrektionsværdi, som er gemt for hvert referencestof i METTLER TOLEDOs Dropping Point-instrument.