La transizione vetrosa (Tg) è una transizione fisica reversibile che si verifica quando la parte amorfa di un materiale viene riscaldata o raffreddata in un intervallo di temperatura specifico. Raffreddando un materiale al di sotto della sua temperatura di transizione vetrosa, diventa fragile come il vetro, mentre riscaldando al di sopra della Tg il materiale diventa coriaceo e poi gommoso. Conoscere i valori caratteristici della transizione vetrosa, come la temperatura di transizione vetrosa Tg in K o °C e il valore delta cp in J/g°C (= l'altezza del gradino della curva) è utile per determinare l'intervallo di temperatura operativa o il contenuto amorfo di un materiale semicristallino.
Panoramica degli argomenti:
- La transizione vetrosa come funzione della temperatura
- Temperature di transizione vetrosa delle sostanze più comuni
- Calorimetria a scansione differenziale dsc (DSC)
- Standard
- Software STARe - Quattro metodi per determinare la transizione vetrosa
- Suggerimenti e consigli
- Applicazioni
- Prodotti correlati
- Domande frequenti
Le proprietà fisiche come la capacità termica, Cp, il coefficiente di espansione termica (CTE) e il modulo di accumulo (G') cambiano alla transizione vetrosa. La figura mostra tre diverse curve del polistirene (PS) ottenute da calorimetria a scansione differenziale (DSC), analisi termomeccanica (TMA) e analisi meccanica dinamica (DMA). La curva Cp è stata determinata da una corsa di riscaldamento DSC a 5 K/min. Il PS è stato raffreddato ad urto in precedenza. Il CTE è stato ottenuto dal secondo riscaldamento con una TMA e il modulo (G') è stato determinato con una misurazione del taglio DMA a 10 Hz.
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La calorimetria a scansione differenziale (DSC) è una tecnica di misurazione versatile utilizzata in molti laboratori analitici, sia per il controllo qualità che per la ricerca e sviluppo. Misura il flusso di calore prodotto in un campione quando questo viene riscaldato, raffreddato o mantenuto isotermicamente a temperatura costante.
Il DSC è un metodo popolare per determinare la transizione vetrosa, grazie alla sua facilità d'uso e ai brevi tempi di misurazione.
Un DSC convenzionale copre tipicamente misurazioni fino a 700 °C. Tuttavia, si possono ottenere ottimi risultati anche oltre i 700 °C, utilizzando un analizzatore termogravimetrico/ calorimetro a scansione differenziale (TGA/DSC) di METTLER TOLEDO.
Nell'esempio del cloruro di polivinile (PVC), è stato dimostrato che la temperatura di transizione vetrosa e il suo valore delta cp dipendono dal grado di clorazione.
Standard
Uno standard viene utilizzato per fornire una norma comparativa che sia ampiamente applicata e riconosciuta. Ciò garantisce che i risultati dei test nei processi di produzione e di analisi che applicano lo stesso standard siano uniformemente comparabili. Gli standard possono - se disponibili - sostituire la convalida del metodo nell'analisi, che è richiesta per l'assicurazione di qualità, l'accreditamento o l'approvazione. Oggi, la standardizzazione dell'analisi termica è portata avanti da molte organizzazioni nazionali e internazionali, come ISO, ASTM, DIN e CEN.
Sono disponibili molti standard che regolano la determinazione della transizione vetrosa. Questi standard sono ISO 11359-2, ISO 11357-2, EN 6032, ASTM E1356 o ASTM D3418, solo per citarne alcuni.
Si possono utilizzare diversi metodi per valutare la transizione vetrosa dalla curva del flusso di calore DSC. Il softwareSTARe di METTLER TOLEDO supporta i seguenti metodi:
- Secondo DIN
- Secondo ASTM
- Secondo Richardson
- Secondo ISO
L'immagine seguente mostra i diversi metodi di valutazione e i loro risultati.
Suggerimenti e consigli
Per la tecnica più comune DSC: la misurazione di dati quantitativi di buona qualità sulla transizione vetrosa è un compito impegnativo per la DSC. Tuttavia, si tratta di una tecnica comune e utile grazie alla disponibilità di strumenti DSC, alla preparazione semplice del campione, al tempo di misurazione relativamente breve, alla buona precisione e alla facilità di valutazione con i software commerciali.
I suggerimenti e i consigli per ottenere buoni dati includono:
- Stabilizzare lo strumento prima della misurazione
- Non utilizzare mai la prima misurazione dopo l'accensione dello strumento.
- Verificare la riproducibilità utilizzando misurazioni ripetute
- La media di diverse misurazioni migliora l'accuratezza
- Posizionare i crogioli puliti in modo accurato sul sensore.
- Se possibile, utilizzare crogioli con una piccola differenza di massa, <50 µg
- Consigliato: Crogiolo da 40 µL; massa del campione: da 10 a 20 mg per i materiali organici
- Assicurare un buon contatto termico tra il campione e il crogiolo.
Applicazioni
FAQ
Quali fattori principali influenzano la transizione vetrosa?
Il grado di polimerizzazione/reticolazione, i plastificanti, la cristallinità e la storia termica influenzano la transizione vetrosa.
Quali sono i risultati tipici della transizione vetrosa ottenuti dalla curva del flusso di calore DSC?
Temperatura di transizione vetrosa, altezza del gradino, che corrisponde alla capacità termica specifica cp e all'ampiezza della transizione vetrosa.
Perché è importante la conoscenza della temperatura di transizione vetrosa?
- Per determinare la temperatura massima di utilizzo del materiale.
- Per regolare i parametri di processo, se il materiale deve essere lavorato in un determinato stato.
- Per determinare il grado di indurimento dei materiali termoindurenti
- Per determinare se un materiale è cristallino, amorfo o semicristallino.
Come si può determinare la transizione vetrosa oltre i 700 °C?
La transizione vetrosa può essere misurata in un intervallo di temperature elevate utilizzando una tga/dsc.
Quali sono le tecniche di analisi termica più sensibili per determinare la transizione vetrosa?
La sensibilità per la transizione vetrosa aumenta nel seguente ordine: TGA/DSC, DSC, DSC modulato in temperatura, TMA, TMA a carico differenziale (DLTMA) e infine DMA. Ciò è dovuto all'ordine di grandezza dell'aumento della proprietà fisica che viene misurata con la rispettiva tecnica.