Kaj je točka kapljišča? Kaj je točka zmehčišča?

Določanje temperature kapljišča in zmehčišča je ena od redkih razpoložljivih metod za toplotno opredelitev mazil, sintetičnih in naravnih smol, jedilnih maščob, masti, voskov, maščobnih polimerov, bitumna, katranov itd. Analiza točk padanja in mehčanja se večinoma izvaja med postopkom nadzora kakovosti. Prav tako je lahko koristna v fazah raziskav in razvoja pri določanju delovnih temperatur in procesnih parametrov različnih materialov.

Na tej strani boste pridobili bistveno znanje o tehnikah določanja točk padanja in mehčanja. Poleg tega so na voljo praktični nasveti in namigi za vsakodnevno delo.

Pri samodejnem določanju točke kapljišča se celoten preskus s točko kapljišča posname z videoposnetkom, analiza slike pa se uporabi za samodejno zaznavanje prve kapljice, ki se izloči iz posodice za vzorec, ko preide skozi navidezni beli pravokotnik, ki je pod odprtino posodice. Med zaznavanjem te kapljice se izmeri in zabeleži temperatura peči z ločljivostjo 0,1 °C.

• Analiza videoposnetkov iz naprav METTLER TOLEDO DP70 in DP90
  
• Območje vrednotenja: slika na območju označenega pravokotnika
  
• zaznava se, ko kapljica preide skozi pravokotnik

Pri samodejnem določanju točke zmehčišča je vodilni rob mehčanega vzorca v videoposnetku označen s stopničasto črto. Ko je stopenjska črta mimo, se prikaže navidezna črta, ki se nahaja 19 mm pod odprtino skodelice. Ustrezna temperatura v peči se izmeri in zabeleži z ločljivostjo 0,1 °C. Avtomatizirana naprava Dropping Point podjetja METTLER TOLEDO ustvari tudi nov dolžinski diagram, ki prikazuje reološko obnašanje vzorca.

• Analiza videoposnetkov z napravama METTLER TOLEDO DP70 in DP90
  
• Območje vrednotenja: slika znotraj označenega pravokotnega območja, vključno s stopenjsko črto pri 19 mm
  
• Zaznavanje se izvede, ko črta za korakanje doseže določeno razdaljo

V tem videoposnetku si oglejte več informacij o prednostih samodejnih instrumentov za merjenje točke kapljišča:

Ročna metoda za določanje točke kapljišča jedilnih olj in maščob, ki je opisana v standardu DIN 51801, je metoda Ubbelohde. Namenski termometer z ločljivostjo ene desetine stopinje je neposredno potopljen v stik z vzorcem v skodelici. Vzorec je nameščen v epruveti, segrevanje pa poteka z vodno kopeljo. Temperaturo točke padca je treba zabeležiti takoj, ko je dogodek zaznan vizualno. Rezultati tega preskusa so močno odvisni od izkušenj izvajalca.

Standard DIN zahteva skodelico za vzorec, katere dimenzije se razlikujejo od tistih, ki se uporabljajo pri metodah AOCS, ASTM in drugih metodah s točko kapljišča. Primerjalni preskusi točke padca z obema skodelicama, opravljeni z avtomatskim instrumentom METTLER TOLEDO, niso pokazali bistvenih razlik v dobljenih rezultatih.

Zaključimo lahko, da je glede kakovosti in primerljivosti rezultatov samodejni preskus točke kapljišča jedilnih olj in maščob odlična alternativa ročni Ubbelohdejevi metodi.

Ročna metoda za preskus točke kapljišča voskov je opisana v standardu ASTM D127. Za pripravo je potrebna ohlajena vodna kopel, dva termometra ASTM z ločljivostjo ene desetinke stopinje in dve epruveti. Vodno kopel je treba vzdrževati na temperaturi 16 °C. Oba termometra ASTM je treba ohladiti na 16 °C. Predhodno ohlajena ASTM termometra potopimo v staljeni vzorec. Oba termometra s prilepljenim vzorcem se nato 5 minut hladita pri 16 °C v vodni kopeli, preden se vstavita v epruvete, ki so potopljene v vodno kopel pri isti temperaturi. Nato se uporabi postopek dvojnega naraščanja temperature: najprej se temperatura zvišuje za 2 °C/min do 38 °C, nato pa za 1 °C/min, dokler prva kapljica staljene snovi ne zapusti termometra. Na tej točki se zabeleži temperatura.

V primerjavi z avtomatsko metodo zahteva vizualno zaznavanje dogodkov izkušene operaterje, da se doseže zadostna ponovljivost rezultatov. Odstopanja rezultatov bodo večja zaradi pristranskosti operaterja. Poleg razmeroma zamudne priprave vzorca in postopka dvojnega segrevanja je v zahtevanem ASTM termometru tudi strupeno živo srebro. Uporaba takšnih naprav je sporna in v prihodnosti bodo laboratoriji iskali druge alternative.

Avtomatizirane metode zagotavljajo nedvoumne prednosti in se lahko štejejo za smiselno alternativo ročnemu preskusu kapljevine voskov.

METTLER TOLEDO sistemi Dropping Point za določanje točke zmehčišča delujejo po metodi skodelice in kroglice. Ta nastavitev se razlikuje v več pogledih. Nadzor temperature je zagotovljen z načelom segrevanja kovinskega bloka, temperaturo skodelice in kroglice pa beleži digitalni termometer. Vzorec se namesti v skodelico in lahko prosto teče navzdol skozi odprtino v skodelici. Podobno kot pri postavitvi z obročem in kroglico tudi kroglica spodbuja pretok vzorca, vendar jo pri tem blokira manjši premer skodelice in se ne pretaka skupaj z vzorcem. Analiza poteka v stekleni posodi, ki se po poskusu odstrani, s čimer se prepreči onesnaženje peči.

Pogosto se pojavi vprašanje, ali obe tehniki dajeta enake rezultate. V metodah ASTM je izrecno navedeno, da so zasnovane tako, da reproducirajo rezultate metod z obročki in kroglicami. To dokazujejo medlaboratorijske študije ASTM, ki so bile izvedene. Primer rezultatov 11 različnih laboratorijev za 7 snovi iz smole (šestkratne meritve) je podrobno opisan v nadaljevanju:

Mednarodni standardi ASTM D3104, ASTM D3461, ASTM D3954, ASTM D6090 in AOCS Cc 18-80 temeljijo na samodejnem merjenju točke kapljišča in zmehčišča z instrumenti za merjenje točke kapljišča družbe METTLER TOLEDO.

Za pregled mednarodnih normativov in standardov za točke kapljišča in zmehčišča, vključno z ročnimi metodami, obiščite www.mt.com/MPDP-norms.

Standardi ASTM D3104 in D3461 se imenujejo točka zmehčišča v skladu z merilnikom METTLER TOLEDO ali METTLER TOLEDO's cup-and-ball. Temeljijo na načelu samodejnega zaznavanja točke zmehčišča z instrumenti METTLER TOLEDO Dropping Point. Pri standardu D3104 ni potrebna dodatna obtežba vzorca v skodelici, medtem ko je pri standardu D3461 potrebna svinčena kroglica določenih dimenzij, da se zagotovi pretok vzorca iz skodelice. V obeh primerih se preskus izvede v peči, temperatura točke zmehčišča pa se zazna in zabeleži samodejno. Metodi ASTM D36 ali ISO EN 1427 določata preskus temperature mehčanja po metodi obroča in kroglice. V nasprotju s standardi družbe METTLER TOLEDO se uporablja drugačna preskusna priprava, ki vključuje segrevanje v tekočinsko-medijski kopeli. Metodi ASTM D566 ali ISO EN 2176 sta osnova za preskušanje točke kapljišča mazalnih maščob, pri čemer se uporablja kopel s tekočim medijem ali ogrevanje bloka aluminijaste peči. V obeh primerih je treba vzorec pripraviti v skodelici za temperaturo padanja v skladu z natančno določenim postopkom. V obeh standardih se dogodek padanja zazna ročno. Standard IP 396 upošteva ta standarda glede priprave vzorca, vendar temelji na dvojnem postopku segrevanja (glej diagram) in samodejnem zaznavanju dogodka točke kapljišča.

Instrumenti METTLER TOLEDO za za znavanjetočke kapljišča omogočajo popolnoma avtomatizirano zaznavanje točke kapljišča mazalnih maščob natančno v skladu z zahtevami standarda IP 396. V vseh standardih so podane stroge mejne vrednosti za ponovljivost in obnovljivost, ki služijo kot vodilo za oceno kakovosti rezultatov. V standardih za bitumen/pokrov/asfalt so te omejitve stroge, medtem ko so v standardih za mazalne masti ustrezne vrednosti razmeroma visoke. To je posledica dejstva, da se med postopkom segrevanja uniči celovitost vzorca masti, zlasti če je treba uporabiti temperature nad 200 °C.

Zahteve za delovni postopek IP 396

• T_initial = T_ambient + 10 °C
• 10 °C/min T-ramp do T_start
• T_start = T_{DP expected} - 20 °C, če DP <= 220 °C
• T_start = 200 °C, če je DP > 220 °C
• Ni čakalnega časa po T_start
• 1 °C/min T-ramp do DP

Instrumente METTLER TOLEDO, ki temeljijo na standardu ASTM D6090, določajo zahteve za samodejno določanje točke zmehčišča smol. Preskusni postopek in načelo zaznavanja sta skoraj enaka kot v prejšnjem standardu ASTM D3461. Pomembna razlika je, da se za obtežitev vzorca v skodelici namesto svinčene kroglice uporablja jeklena kroglica. Standard ASTM D6493 določa preskus točke zmehčišča smol po metodi z obročkom in kroglico, ki je skoraj enaka standardu ASTM D36. Standard AOCS Cc 18-80 določa samodejno ugotavljanje točke padanja jedilnih maščob in olj z uporabo instrumenta za ugotavljanje točke kapljišča podjetja METTLER TOLEDO. Ta standard zajema tudi preskušanje vzorcev s točkami kapljišča pod temperaturo okolice. Standard ASTM D3954 je prav tako določen za instrument za ugotavljanje točke kapljanja METTLER TOLEDO in se uporablja za samodejne preskuse točke kapljišča voskov, vključno s parafinom, mikrokristalnim polietilenom in naravnimi voski. Evropski farmakopejski standard 2.2.17 B je podoben temu standardu, vendar so specifikacije ponovljivosti strožje. Nazadnje, standard ASTM D127 opisuje ročni postopek za testiranje točke kapljišča voskov.

Jedilna olja, maščobe in organska topila se lahko strdijo in merijo pri nizkih temperaturah. Snovi je treba pred merjenjem točke padanja pogosto ohladiti ali zamrzniti za dovolj dolgo obdobje. Sistem za merjenje kapljevine METTLER TOLEDO Excellence DP90 opravlja meritve kapljevine do -20 °C. Ločeno merilno celico DP90, peč in sistem za optično zaznavanje postavite v hladilnik ali zamrzovalnik, dokler ni dosežena zahtevana temperatura.

Za meritve točke kapljišča pod temperaturo okolice je priporočljiv naslednji potek dela. Upoštevajte, da se "hladilna naprava" (CD) nanaša na zamrzovalnik ali hladilnik.

1. Začetna namestitev: Prepričajte se, da sta merilna celica DP90 in CD na temperaturi okolice.
2. Hlajenje DP90: Postavite merilno celico DP90 v CD in začnite ohlajati. Če je mogoče, hladite čez noč.
3. Hlajenje preskusne opreme: Vso preskusno opremo (skodelice za vzorce, zbiralne kozarce in pokrove) in orodje za pripravo vzorcev (nosilec vzorca) hladite v CD vsaj 1 uro.
4. Prenos vzorca: Vzorčni lonček vstavite v orodje za pripravo vzorca. S pipeto počasi prenesite tekočino v predhodno ohlajeno posodico za vzorec, dokler ni popolnoma polna.
5. Strjevanje vzorca: Vzorec pustite, da se v CD-ju strdi vsaj 1 uro. Nekatere vzorce bo morda treba ohlajati dlje. CD lahko odprete le, če je to potrebno (npr. priprava vzorca, zamenjava nosilca vzorca). CD z zgornjim polnjenjem najbolje podpira potek dela.
6. Faktor svetlosti: Faktor svetlosti v metodi zmanjšajte na 30 %, da bi se spopadli z morebitnimi odsevi od vzorca.
7. Ravnanje z nosilcem vzorca: Vse manipulacije, npr. (raz)sestavljanje nosilca vzorca, izvajajte znotraj CD-ja, da se izognete odtajanju in kondenzaciji. Priporočamo uporabo rokavic za enkratno uporabo.

Poleg pravilne priprave vzorca so za natančno določitev točke kapljišča in zmehčišča prav tako bistvene nastavitve na instrumentu. Pravilna izbira začetne temperature, končne zaustavitvene temperature in hitrosti naraščanja segrevanja je nujna, da se preprečijo netočnosti zaradi neenakomernega ali prehitrega segrevanja vzorca:

a) Začetna temperatura

Določanje točke kapljišča in zmehčišča se začne pri vnaprej določeni temperaturi, ki je blizu pričakovane točke kapljišča ali zmehčišča.
Do začetne temperature se grelno stojalo hitro segreje. Pri začetni temperaturi se vzorci uvedejo v peč, temperatura pa se začne dvigovati z določeno hitrostjo segrevanja.
Običajna formula za izračun začetne temperature je: Začetna temperatura = pričakovana DP - (3 min * hitrost segrevanja)

b) Hitrost rampe segrevanja

Hitrost ogrevalne rampe je fiksna hitrost naraščanja temperature med začetno in končno temperaturo za ogrevalno rampo.
Običajna hitrost ogrevanja (kot jo določajo norme): 2 °C/min

c) Temperatura zaustavitve

Najvišja temperatura, ki jo je treba doseči pri določanju.
Običajna formula, ki se uporablja za izračun temperature zaustavitve:
(3 min * hitrost segrevanja)
Ali pa aktivirajte pogoj "Stop at event" (Ustavitev ob dogodku). Na ta način se meritev samodejno samodejno prekine takoj, ko je zaznana točka kapljišča.

Pred začetkom delovanja enote je priporočljivo preveriti njeno natančnost merjenja. Za preverjanje temperaturne natančnosti se instrument kalibrira z uporabo referenčnih snovi s certificiranimi temperaturnimi vrednostmi. Tako je mogoče nazivne vrednosti, vključno s tolerancami, primerjati z dejansko izmerjenimi vrednostmi. Osnova za primerjavo je termodinamično tališče kalibracijske snovi, ki je podrobno navedeno na ustreznem certifikatu. Termodinamična temperatura tališča je fizikalno pravilna temperatura tališča dejanskega vzorca in ne temperatura v peči ter je neodvisna od eksperimentalne nastavitve. Točka tališča referenčne snovi ni enaka termodinamični točki tališča, saj je izmerjena temperatura dejansko temperatura peči in ne temperatura vzorca. Zato je treba vrednost temperature v peči prilagoditi s korekcijsko vrednostjo, ki je za vsako referenčno snov shranjena v instrumentu METTLER TOLEDO za določanje točke kapljanja.