ZASTOSOWANIA DSC W ANALIZIE TECHNICZNEJ

Transkrypt

1 Różnicowa kalorymetria skaningowa (DSC) jest szeroko stosowana do badania i charakteryzowania substancji, mieszanin i materiałów. Metoda ta jest znormalizowana (DIN 51007, DIN 53765, ISO/DIN L409 and ASTM D3418). Trzy gałęzie przemysłu są szczególnie zainteresowane badaniami DSC: przemysł tworzyw sztucznych i gumy przemysł farmaceutyczny przemysł spożywczy

2 Zasada działania DSC polega na pomiarze różnicy strumienia ciepła dostarczanego do próbki i kapsułki porównawczej podczas kontrolowanego wzrostu temperatury. Schemat kalorymetru DSC firmy Perkin Elmer 1. Układ sterowania różnicą temperatur 2. Pojemnik z próbką 3. Układ sterowania średnią temperaturą 4. Pojemnik pusty 5. Rejestrator 6. Układ podający temperaturę zadaną 7. Komputer 8. Opór platynowy 9. Grzejniki próbki s i odnośnika r

3 DSC dostarcza informacji w następujących dziedzinach: entalpia topnienia ciepło właściwe temperatura zeszklenia krystaliczność entalpia reakcji stabilność termiczna stabilność oksydacyjna starzenie czystość przemiany fazowe eutektyki polimorficzność identyfikacja materiałów

4 Oznaczanie stopnia czystości Różnica temperatur topnienia materiału czystego i zanieczyszczonego ( T 0 - T m ) jest liczona z równania van' t Hoffa: T 0 2 RT X T 0 2 m H ΔΗ - entalpia [ J / mol], R - stała gazowa [ J / K mol], X 2 - ułamek molowy zanieczyszczenia, T 0 - temperatura topnienia czystego składnika, T m - temperatura topnienia zanieczyszczonego materiału.

5 Oznaczanie stopnia czystości

6 Oznaczanie stopnia czystości Ułamek f próbki, która jest topiona przy temperaturze Ts wyrażony jest równaniem f T o T 0 T T m s T s T0 T 0 T f m Wykreślenie zależności Ts od l / f daje linię prostą, której nachylenie jest równe różnicy temperatur T o - T m

7 Oznaczanie stopnia czystości Badania DSC fenacytyny czysta Czystość 99,7% Czystość 98%

8 E Standard Test Method for Determination of Purity by Differential Scanning Calorimetry 1. Scope 1.1 This test method covers the determination of purity by use of differential scanning calorimetry and the evaluation of the results using the van't Hoff equation. 1.2 This test method is generally applicable to thermally stable compounds with well-defined melting temperatures. 1.3 Determination of purity by this test method is only applicable when the impurity dissolves in the melt and is insoluble in the crystal. 1.4 Computer- or electronic-based instruments, techniques, or data treatments equivalent to this test method may also be used. Note 1--Since all data treatments are not equivalent, it is the responsibility of the user to verify equivalency prior to use. 1.5 SI values are the standard. 1.6 This standard does not purport to address all of the safety concerns, if any, associated with its use. It is the responsibility of the user of this standard to establish appropriate safety and health practices and determine the applicability of regulatory limitations prior to use. 1.6 There is no ISO method equivalent to this method. 2. Referenced Documents E473 Terminology Relating to Thermal Analysis E793 Test Method for Enthalpies of Fusion and Crystallization by Differential Scanning Calorimetry E967 Practice for Temperature Calibration of Differential Scanning Calorimeters and Differential Thermal Analyzers E968 Practice for Heat Flow Calibration of Differential Scanning Calorimeters

9 Zastosowania DSC do badania powłok kablowych. Stopień utwardzenia lub usieciowania Przemiana zeszklenia dwóch usieciowanych powłok epoksydowych Mniej usieciowana Bardziej usieciowana Temperatura mięknięnia lub temperatura zeszklenia Tg Temperatura utwardzania Kinetyka utwardzania Optymalizacja procesu Analiza błędów Kontrola jakości

10 Zastosowania DSC do charakteryzowania skrobi ZASTOSOWANIA DSC W ANALIZIE TECHNICZNEJ Pik I : żelatynizacja Pik II : topnienie kompleksu tłuszcz/amyloza

11 Zastosowania DSC do optymalizacji wtryskiwania Tg lub temperatura mięknienia temperatura topnienia i ciepło topnienia Temperatura i czas krystalizacji Krystalizacja izotermiczna polimerów Wpływ substancji pomocniczych Wpływ dodatku recyklatów Stabilność termiczna

12 Przemiany DSC typowych tworzyw termoplastycznych

13 Badania polimorfizmu Polimorfizm stanów krystalicznych jest szczególnie istotny w przypadku wielu farmaceutyków gdyż ma wpływ na: Wchłanianie aktywnej postaci leku do krwi okres trwałości leku

14 ZASTOSOWANIA Badania DSC DSC (cisnieniowe) W ANALIZIE TECHNICZNEJ nowych i używanych olejów silnikowych i smarów. Określenie skuteczności antyutleniacza Olej używany Nowy olej Badanie czasu indukcji utleniania

15 Badania czasu indukcji utleniania ( Oxidative Induction Times - OIT) metodą DSC HDPE próbka A HDPE próbka B HDPE bez antyutleniacza

16 Charakteryzowanie udarności polimerowych materiałów konstrukcyjnych Badania DSC kopolimeru Poli(propylen ko etylen) Test udarności negatywny Test udarności pozytywny