Co to jest punkt kroplenia? Co to jest punkt mięknienia?

Oznaczanie temperatury kroplenia i mięknienia jest jedną z niewielu dostępnych metod termicznej charakterystyki maści, żywic syntetycznych i naturalnych, tłuszczów jadalnych, smarów, wosków, polimerów tłuszczowych, bitumów, smół itp. Analiza punktów kroplenia i mięknienia jest przeprowadzana głównie podczas procesu kontroli jakości. Może być również przydatna na etapie badań i rozwoju w celu określenia temperatur roboczych i parametrów procesu dla różnych materiałów.

Na tej stronie uzyskasz niezbędną wiedzę na temat technik pomiaru temperatury kroplenia i mięknienia. Ponadto znajdziesz tu praktyczne wskazówki i porady dotyczące codziennej pracy.

W zautomatyzowanym określaniu punktu kroplenia, cały test punktu kroplenia jest rejestrowany wideo, a analiza obrazu jest wykorzystywana do automatycznego wykrywania pierwszej kropli, która wydostaje się z kubka próbki, gdy przechodzi przez wirtualny biały prostokąt znajdujący się pod otworem kubka. Podczas wykrywania tej kropli, temperatura pieca jest mierzona i rejestrowana z rozdzielczością 0,1 °C.

• Analiza obrazu wideo z DP70 i DP90 METTLER TOLEDO
  
• Obszar oceny: na zdjęciu w obszarze zaznaczonego prostokąta
  
• Wykrywanie następuje, gdy kropla przejdzie przez prostokąt.

W zautomatyzowanym wyznaczaniu punktu zmiękczania, przednia krawędź zmiękczonej próbki jest oznaczona na filmie linią krokową. Po przekroczeniu linii krokowej pojawia się wirtualna linia, która znajduje się 19 mm poniżej otworu kubka. Odpowiednia temperatura pieca jest mierzona i rejestrowana z rozdzielczością 0,1 °C. Zautomatyzowane urządzenie Dropping Point firmy METTLER TOLEDO generuje również nowy wykres długości, który wskazuje zachowanie reologiczne próbki.

• Analiza obrazu wideo z DP70 i DP90 METTLER TOLEDO
  
• Obszar oceny: na zdjęciu w zaznaczonym prostokątnym obszarze, w tym linia krokowa na 19 mm.
  
• Wykrywanie następuje, gdy linia krokowa osiągnie określoną odległość

Obejrzyj film, aby dowiedzieć się więcej o zaletach automatycznych przyrządów do pomiaru punktu dozowania:

Ręczną metodą oznaczania temperatury kroplenia olejów i tłuszczów jadalnych, opisaną w normie DIN 51801, jest metoda Ubbelohde. Dedykowany termometr o rozdzielczości jednej dziesiątej stopnia jest bezpośrednio zanurzony w kontakcie z próbką znajdującą się w kubku. Zestaw jest umieszczony w probówce, a ogrzewanie odbywa się za pomocą łaźni wodnej. Temperaturę punktu kroplenia należy odnotować, gdy tylko zdarzenie zostanie wykryte wizualnie. Wyniki tego testu w dużym stopniu zależą od doświadczenia operatora.

Norma DIN wymaga zastosowania kubka na próbki, którego wymiary różnią się od wymiarów stosowanych w metodach AOCS, ASTM i innych metodach pomiaru punktu kroplenia. Porównawcze testy punktu kroplenia z użyciem obu kubków przeprowadzone na automatycznym urządzeniu METTLER TOLEDO nie wykazały znaczących różnic w uzyskanych wynikach.

Podsumowując, jeśli chodzi o jakość i porównywalność wyników, automatyczny test punktu kroplenia olejów i tłuszczów jadalnych jest doskonałą alternatywą dla ręcznej metody Ubbelohde.

Ręczna metoda badania temperatury kroplenia wosków została opisana w normie ASTM D127. Konfiguracja wymaga schłodzonej łaźni wodnej, dwóch termometrów ASTM z rozdzielczością jednej dziesiątej stopnia i dwóch probówek. Łaźnia wodna powinna być utrzymywana w temperaturze 16 °C. Oba termometry ASTM należy schłodzić do temperatury 16 °C. Wstępnie schłodzone termometry ASTM są zanurzane w stopionej próbce. Oba termometry z przylegającą próbką są następnie chłodzone przez 5 minut w temperaturze 16 °C w łaźni wodnej, a następnie umieszczane w probówkach zanurzonych w łaźni wodnej o tej samej temperaturze. Następnie stosowana jest procedura podwójnej rampy grzewczej: najpierw temperatura jest podnoszona o 2 °C/min do 38 °C, a następnie o 1 °C/min, aż pierwsza kropla stopionej substancji opuści termometr. W tym momencie odnotowywana jest temperatura.

W porównaniu do metody automatycznej, wizualne wykrywanie zdarzeń wymaga doświadczonych operatorów w celu osiągnięcia wystarczającej powtarzalności wyników. Zmienność wyników będzie wyższa ze względu na stronniczość operatora. Oprócz stosunkowo żmudnego przygotowania próbki i procedury podwójnej rampy grzewczej, wymagany termometr ASTM zawiera trującą rtęć. Stosowanie takich urządzeń jest kontrowersyjne i w przyszłości laboratoria będą szukać innych alternatyw.

Zautomatyzowane metody zapewniają jednoznaczne korzyści i mogą być uważane za realną alternatywę dla ręcznego testu temperatury kroplenia wosków.

Systemy punktu kroplenia METTLER TOLEDO do wyznaczania temperatury mięknienia działają zgodnie z metodą kubka i kuli. Ta konfiguracja różni się pod wieloma względami. Kontrola temperatury jest zapewniona przez zasadę ogrzewania bloku metalowego, a temperatura kubka i kuli jest rejestrowana przez termometr cyfrowy. Próbka jest umieszczana w kubku i może swobodnie przepływać w dół przez otwór w kubku. Podobnie jak w przypadku układu pierścień-kulka, kulka również wspomaga przepływ próbki, jednak w tym przypadku jest ona blokowana przez mniejszą średnicę kubka i nie przepływa wraz z próbką. Analiza odbywa się w szklanym pojemniku, który jest usuwany po zakończeniu eksperymentu, co pozwala uniknąć zanieczyszczenia pieca.

Często pojawia się pytanie, czy te dwie techniki dają takie same wyniki. Metody ASTM wyraźnie stwierdzają, że zostały zaprojektowane w celu odtworzenia wyników metod pierścieniowo-kulowych. Potwierdzają to przeprowadzone badania międzylaboratoryjne ASTM. Poniżej przedstawiono przykład wyników 11 różnych laboratoriów dla 7 substancji żywicznych (pomiary sześciokrotne):

Międzynarodowe normy ASTM D3104, ASTM D3461, ASTM D3954, ASTM D6090 i AOCS Cc 18-80 opierają się w szczególności na automatycznym pomiarze temperatury kroplenia i mięknienia za pomocą przyrządów do pomiaru temperatury kroplenia METTLER TOLEDO.

Aby zapoznać się z przeglądem międzynarodowych norm i standardów dotyczących punktów kroplenia i mięknienia, w tym metod ręcznych, prosimy odwiedzić stronę www.mt.com/MPDP-norms.

Normy ASTM D3104 i D3461 nazywane są punktami mięknienia według METTLER TOLEDO lub METTLER TOLEDO cup-and-ball. Są one oparte na zasadzie automatycznego wykrywania punktu mięknienia za pomocą przyrządów METTLER TOLEDO Dropping Point. W normie D3104 nie jest wymagane dodatkowe ważenie próbki w kubku, podczas gdy w normie D3461 wymagana jest ołowiana kulka o określonych wymiarach, aby wymusić przepływ próbki z kubka. W obu przypadkach test przeprowadzany jest w piecu, a temperatura mięknienia jest wykrywana i rejestrowana automatycznie. Metody ASTM D36 lub ISO EN 1427 określają test temperatury mięknienia zgodnie z metodą pierścienia i kulki. W przeciwieństwie do norm METTLER TOLEDO, stosowane jest inne ustawienie testowe, w tym ogrzewanie w kąpieli ciekło-średniej. Normy ASTM D566 lub ISO EN 2176 stanowią podstawę do badania temperatury kroplenia smaru przy użyciu kąpieli z ciekłym medium lub ogrzewania bloku pieca aluminiowego. W obu przypadkach próbka musi być przygotowana w kubku do badania punktu kroplenia zgodnie z dokładnie określoną procedurą. W obu normach zdarzenie punktu kroplenia jest wykrywane ręcznie. Norma IP 396 jest zgodna z tymi normami w odniesieniu do przygotowania próbki, ale opiera się na procedurze podwójnej rampy grzewczej (patrz schemat) i automatycznym wykrywaniu zdarzenia punktu kroplenia.

Przyrządy do pomiaru punktu kroplenia METTLER TOLEDO umożliwiają w pełni zautomatyzowane wykrywanie punktu kroplenia smaru dokładnie zgodnie z wymaganiami normy IP 396. We wszystkich normach podano ścisłe limity powtarzalności i odtwarzalności, które służą jako wytyczne do oceny jakości wyników. W normach dotyczących asfaltu/boiska/asfaltu specyfikacje te są ścisłe, podczas gdy w normach dotyczących smarów odpowiednie wartości są stosunkowo wysokie. Wynika to z faktu, że integralność próbki smaru jest niszczona podczas procedury podgrzewania, zwłaszcza jeśli konieczne jest zastosowanie temperatur powyżej 200 °C.

Wymagania dotyczące przepływu pracy IP 396

• T_initial = T_ambient + 10 °C
• 10 °C/min T-ramp do T_start
• T_start = T_{DP expected} - 20 °C jeśli DP <= 220 °C
• T_start = 200 °C, jeśli DP > 220 °C
• Brak czasu oczekiwania po T_start
• 1 °C/min T-ramp do DP

Oparta na przyrządach METTLER TOLEDO norma ASTM D6090 określa wymagania dotyczące automatycznego oznaczania temperatury mięknienia żywic. Procedura testowa i zasada wykrywania jest prawie identyczna z opisaną w poprzedniej normie ASTM D3461. Jedną ważną różnicą jest to, że do ważenia próbki w kubku używana jest stalowa kulka zamiast ołowianej kulki. Norma ASTM D6493 określa test temperatury mięknienia żywic zgodnie z metodą pierścieniowo-kulkową, która jest prawie identyczna z normą ASTM D36. Norma AOCS Cc 18-80 określa automatyczną detekcję temperatury kroplenia jadalnych tłuszczów i olejów przy użyciu urządzenia do pomiaru temperatury kroplenia METTLER TOLEDO. Norma ta obejmuje również badanie próbek o temperaturze kroplenia poniżej temperatury otoczenia. Norma ASTM D3954 jest również określona na urządzeniu do pomiaru punktu kro plenia METTLER TOLEDO i jest używana do automatycznych testów punktu kroplenia wosków, w tym parafiny, mikrokrystalicznego polietylenu i wosków naturalnych. Norma European Pharmacopeia 2.2.17 B jest analogiczna do tej, jednak specyfikacje powtarzalności są bardziej rygorystyczne. Wreszcie, norma ASTM D127 opisuje ręczną procedurę badania punktu kroplenia wosków.

Oleje jadalne, tłuszcze i rozpuszczalniki organiczne mogą być zestalane i mierzone w niskich temperaturach. Substancje często muszą być schłodzone lub zamrożone przez odpowiedni czas przed pomiarem punktu kroplenia. System pomiaru punktu kroplenia DP90 METTLER TOLEDO Excellence wykonuje pomiary punktu kroplenia w temperaturze do -20 °C. Proszę umieścić oddzielną celę pomiarową DP90, piec i optyczny system detekcji w lodówce lub zamrażarce, aż do osiągnięcia wymaganej temperatury.

Poniższa procedura jest zalecana dla pomiarów punktu kroplenia poniżej temperatury otoczenia. Proszę zauważyć, że "urządzenie chłodzące" (CD) odnosi się do zamrażarki lub lodówki.

1. Instalacja początkowa: Proszę upewnić się, że cela pomiarowa DP90 i płyta CD znajdują się w temperaturze otoczenia.
2. Chłodzenie DP90: Proszę umieścić komorę pomiarową DP90 w CD i rozpocząć chłodzenie. Jeśli to możliwe, chłodzić przez noc.
3. Chłodzeniesprzętu testowego: Chłodzić cały sprzęt testowy (kubki na próbki, szklanki zbiorcze i pokrywki) oraz narzędzie do przygotowywania próbek (nośnik próbek) przez co najmniej 1 godzinę w CD.
4. Przenoszeniepróbek: Umieścić kubek na próbkę w narzędziu do przygotowywania próbek. Powoli przenieść ciecz za pomocą pipety do wstępnie schłodzonego pojemnika na próbkę, aż do jego całkowitego napełnienia.
5. Zestalanie próbki: Proszę pozwolić próbce zestalić się przez co najmniej 1 godzinę w CD. Niektóre próbki mogą wymagać dłuższego chłodzenia. Płytę CD należy otwierać tylko wtedy, gdy jest to konieczne (np. przygotowanie próbki, wymiana nośnika próbki). Stwierdzono, że płyta CD ładowana od góry najlepiej wspiera przepływ pracy.
6. Współczynnik jasności: Proszę zmniejszyć współczynnik jasności w metodzie do 30%, aby poradzić sobie z wszelkimi odbiciami od próbki.
7. Postępowaniez nośnikiem próbki: Wszystkie czynności, np. demontaż nośnika próbki, należy wykonywać wewnątrz płyty CD, aby uniknąć rozmrażania i kondensacji. Zalecamy stosowanie rękawiczek jednorazowych.

Oprócz właściwego przygotowania próbki, ustawienia urządzenia są równie istotne dla dokładnego określenia temperatury kroplenia i mięknienia. Prawidłowy wybór temperatury początkowej, końcowej temperatury zatrzymania i szybkości rampy ogrzewania są niezbędne, aby zapobiec niedokładnościom spowodowanym nierównomiernym lub zbyt szybkim wzrostem ciepła w próbce:

a) Temperatura początkowa

Określanie temperatury kroplenia i mięknienia rozpoczyna się od wstępnie zdefiniowanej temperatury zbliżonej do oczekiwanej temperatury kroplenia lub mięknienia.
Do temperatury początkowej stanowisko grzewcze jest szybko podgrzewane. W temperaturze początkowej próbki są wprowadzane do pieca, a temperatura zaczyna rosnąć w określonym tempie.
Typowy wzór stosowany do obliczania temperatury początkowej to: Temperatura początkowa = oczekiwany DP - (3 min * szybkość ogrzewania)

b) Szybkość nagrzewania

Szybkość rampy grzewczej to stała szybkość wzrostu temperatury pomiędzy temperaturą początkową i końcową dla rampy grzewczej.
Typowa szybkość ogrzewania (zgodnie z normami): 2 °C/min

c) Temperatura zatrzymania

Maksymalna temperatura, która ma zostać osiągnięta podczas określania.
Powszechny wzór stosowany do obliczania temperatury zatrzymania:
Temperatura zatrzymania = oczekiwany DP + (3 min * szybkość ogrzewania)
Lub proszę aktywować warunek "Stop at event". W ten sposób pomiar zostanie automatycznie zakończony, gdy tylko wykryty zostanie punkt spadku.

Przed uruchomieniem urządzenia zaleca się sprawdzenie dokładności pomiaru. W celu sprawdzenia dokładności pomiaru temperatury, urządzenie jest kalibrowane przy użyciu substancji referencyjnych z certyfikowanymi wartościami temperatury. W ten sposób wartości nominalne z uwzględnieniem tolerancji można porównać z rzeczywistymi wartościami pomiarowymi. Podstawą porównania jest termodynamiczna temperatura topnienia substancji kalibracyjnej, która jest wyszczególniona w odpowiednim certyfikacie. Termodynamiczna temperatura topnienia jest fizycznie poprawną temperaturą topnienia rzeczywistej próbki, a nie temperaturą pieca, i jest niezależna od konfiguracji eksperymentalnej. Temperatura kroplenia substancji referencyjnej nie jest równa termodynamicznej temperaturze topnienia, ponieważ zmierzona temperatura jest w rzeczywistości temperaturą pieca, a nie temperaturą próbki. W związku z tym wartość temperatury pieca musi zostać dostosowana przy użyciu wartości korekcyjnej, która jest przechowywana dla każdej substancji referencyjnej w przyrządzie do pomiaru punktu kroplenia METTLER TOLEDO.