Sklený prechod (Tg) je vratný fyzikálny prechod, ktorý nastáva pri zahrievaní alebo ochladzovaní amorfnej časti materiálu v určitom teplotnom rozsahu. Pri ochladzovaní materiálu pod teplotu skleného prechodu sa materiál stáva krehkým ako sklo, zatiaľ čo pri zahrievaní nad Tg sa materiál stáva kožovitým a potom gumovitým. Poznanie charakteristických hodnôt prechodu do skla, ako je teplota prechodu do skla Tg v K alebo °C a hodnota delta cp v J/g°C (= výška kroku krivky), je užitočné na určenie pracovného teplotného rozsahu alebo obsahu amorfného materiálu v semikryštalickom materiáli.
Fyzikálne vlastnosti, ako je tepelná kapacita Cp, koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE) a modul skladovateľnosti (G'), sa menia pri prechode sklom. Na obrázku sú znázornené tri rôzne krivky polystyrénu (PS) získané z diferenciálnej skenovacej kalorimetrie (DSC), termomechanickej analýzy (TMA) a dynamickej mechanickej analýzy (DMA). Krivka Cp bola určená z priebehu DSC ohrevu pri rýchlosti 5 K/min. PS bol predtým šokovo ochladený. Krivka CTE sa získala z druhého priebehu zahrievania pomocou TMA a modul pružnosti (G') sa určil pomocou merania DMA v šmyku pri frekvencii 10 Hz.
Rôzne látky majú rôzne teploty skleného prechodu. To pomáha pri identifikácii materiálov. Na dvoch obrázkoch nižšie sú znázornené počiatočné teploty, stredné teploty a hodnoty delta Cp skleného prechodu bežných elastomérov a termoplastov. |
 |
Diferenciálna skenovacia kalorimetria (DSC) je všestranná meracia technika, ktorá sa používa v mnohých analytických laboratóriách na kontrolu kvality a výskum a vývoj. Meria tepelný tok, ktorý vzniká vo vzorke pri jej zahrievaní, ochladzovaní alebo izotermickom udržiavaní pri konštantnej teplote.
DSC je obľúbenou metódou na stanovenie skleného prechodu vďaka jednoduchému použitiu a krátkemu času merania.
Bežná DSC zvyčajne zahŕňa merania do 700 °C. Skvelé výsledky sa však dajú získať aj pri teplotách nad 700 °C pomocou termogravimetrického analyzátora/diferenciálneho skenovacieho kalorimetra (TGA/DSC) METTLER TOLEDO.
Na príklade polyvinylchloridu (PVC) sa ukázalo, že teplota skleného prechodu a jeho hodnota delta cp závisí od stupňa chlorácie.
Normy
Norma sa používa na poskytnutie porovnávacej normy, ktorá je široko používaná a uznávaná. Tým sa zabezpečí, že výsledky skúšok vo výrobných a skúšobných procesoch, pri ktorých sa uplatňuje rovnaká norma, sú jednotne porovnateľné. Normy môžu - ak sú k dispozícii - nahradiť validáciu metód pri analýze, ktorá sa vyžaduje na zabezpečenie kvality, akreditáciu alebo schválenie. Normalizáciu v oblasti tepelnej analýzy dnes vykonávajú mnohé národné a medzinárodné organizácie, ako napríklad ISO, ASTM, DIN a CEN.
K dispozícii je mnoho noriem, ktoré upravujú stanovenie skleného prechodu. Medzi tieto normy patria napríklad ISO 11359-2, ISO 11357-2, EN 6032, ASTM E1356 alebo ASTM D3418.
Na vyhodnotenie skleného prechodu z krivky tepelného toku DSC možno použiť rôzne metódy. Softvér METTLER TOLEDOSTARe podporuje tieto metódy:
- Podľa normy DIN
- Podľa ASTM
- Podľa Richardsona
- Podľa ISO
Na obrázku nižšie sú zobrazené rôzne metódy hodnotenia a ich výsledky.
Tipy a rady
Pre najbežnejšiu techniku DSC: Meranie kvalitných kvantitatívnych údajov o sklených prechodoch je pre DSC náročnou úlohou. Napriek tomu je to bežná a užitočná technika, pretože sú k dispozícii prístroje DSC, jednoduchá príprava vzoriek, relatívne krátky čas merania, dobrá presnosť a jednoduché vyhodnotenie pomocou komerčného softvéru.
Medzi tipy a rady na získanie dobrých údajov patria:
- Pred meraním stabilizujte prístroj
- Nikdy nepoužívajte prvé meranie po zapnutí prístroja
- Skontrolujte reprodukovateľnosť pomocou opakovaných meraní
- Priemerovanie rôznych meraní zvyšuje presnosť
- Presne umiestnite čisté tégliky na senzor
- Ak je to možné, použite tégliky s malým rozdielom hmotnosti, <50 µg
- Odporúča sa: 40 µl téglik; hmotnosť vzorky: 10 až 20 mg pre organické materiály
- Zabezpečte dobrý tepelný kontakt medzi vzorkou a téglikom
Aplikácie
Podobné produkty
Diferenčná skenovacia kalorimetria (DSC)
DSC meria entalpiu súvisiacu s prechodmi a chemickými reakciami a určuje teplotu, pri ktorej tieto procesy nastávajú.
Thermomechanical Analysis (TMA)
Thermal expansion coefficients are determined accurately and precisely by Thermomechanical Analyzers with nanometer resolution from -150 to 1600 °C.
Dynamický mechanický analyzátor (DMA)
Určite amplitúdy sily a posunutia, ako aj fázové posuny pomocou dynamického mechanického analyzátora.
ČASTO KLADENÉ OTÁZKY
Ktoré hlavné faktory ovplyvňujú sklený prechod?
Stupeň vytvrdzovania/ zosieťovania, plastifikátory, kryštalinita a tepelná história ovplyvňujú sklený prechod.
Aké sú typické výsledky skleného prechodu stavu získané z krivky tepelného toku DSC?
Teplota skleného prechodu, výška kroku, ktorá zodpovedá mernej tepelnej kapacite cp a šírka skleného prechodu.
Prečo je dôležitá znalosť teploty skleného prechodu?
- Na určenie maximálnej teploty použitia materiálu
- Na úpravu parametrov procesu, ak sa má materiál spracovať v určitom stave
- Na určenie stupňa vytvrdzovania termosetových materiálov
- Na určenie, či je materiál kryštalický, amorfný alebo polokryštalický
Ako sa dá určiť sklený prechod pri teplotách nad 700 °C?
Sklený prechod možno merať vo vysokoteplotnom rozsahu pomocou TGA/DSC.
Aké sú najcitlivejšie techniky termickej analýzy na stanovenie skleného prechodu?
Citlivosť skleného prechodu sa zvyšuje v nasledujúcom poradí: TGA/DSC, DSC, teplotne modulovaná DSC, TMA, diferenciálna záťažová TMA (DLTMA) a nakoniec DMA. Je to spôsobené rádovým zvýšením fyzikálnej vlastnosti, ktorá sa meria príslušnou technikou.