Термический анализ биополимеров

Термический анализ биополимеров

Сначала следует определить, чем отличаются биополимеры от обычных полимеров.

После этого мы обсудим некоторые вопросы, касающиеся применения разных методов термического анализа для изучения биополимеров.

Затем я приведу ряд примеров, иллюстрирующих применение термического анализа для исследования физических свойств биополимеров.

В завершение я кратко перечислю методы термического анализа и области их применения, а также приведу ссылки на источники полезной информации и дополнительные материалы.

Слайд 2. Введение

В быту мы сталкиваемся с пластмассами повсюду. Их достоинства очевидны — они легки, долговечны, дешевы и пригодны для самого разного использования.

В связи с этим я хочу рассказать о производстве и утилизации полимеров.

Обычные синтетические полимеры получают в основном из нефти и природного газа. Потребность в ископаемом сырье можно снизить за счет использования возобновляемых материалов.

Около 30 % пластических масс, производимых во всем мире, используется для производства упаковочных материалов и одноразовых изделий, которые утилизируются в пределах одного года со дня изготовления.

Хотя в последние десятилетия достигнуты значительные успехи в утилизации и переработке, большая часть пластмассовых отходов проникает в окружающую среду бесконтрольно. Это можно видеть на морских берегах, покрытых мусором.

Огромное количество полимерных отходов, дрейфующих в мировом океане, представляет собой серьезную экологическую проблему.

Альтернативой устойчивым полимерам, полученным из нефти и другого ископаемого сырья, являются биополимеры, т. е. полимеры биологического происхождения или способные к биологическому разложению. Об этом — следующий слайд.

Слайд 3. Введение

Термины биополимеры и биопластики не имеют точного определения и могут использоваться в разных значениях. Часто под ними подразумевают материалы, изготовленные из сырья биологического происхождения, либо биоразлагаемые материалы. Многие биополимеры относятся к обеим категориям.

В области полимерных материалов с биологической основой, в отличие от ископаемого топлива, внимание сосредоточено на возобновляемых источниках сырья. Не все полимерные материалы с биологической основой биоразлагаемы.

Биоразлагаемые полимеры служат источником питания и энергии для микроорганизмов. В результате химических процессов с участием микроорганизмов или их ферментов такие полимеры разлагаются на углекислый газ, воду и биомассу. Эти полимеры получают не только из возобновляемого сырья.

На слайде показаны типичные представители каждой группы — они еще будут нам встречаться в примерах методов измерения.

Биополимеры — не новейшее открытие. Один из первых известных полимеров — натуральный каучук — имеет биологическое происхождение; ацетат целлюлозы впервые получен из растительной целлюлозы более 150 лет назад.

Слайд 4. Термический анализ

Что такое термический анализ? Согласно определению, принятому Международной конфедерацией термического анализа и калориметрии, это

«группа методов, предназначенных для измерения физических свойств веществ в зависимости от температуры в процессе нагревания анализируемого вещества по определенной программе».

Справа на слайде показана простая линейная программа нагрева.

На графике в нижней части слайда можно увидеть тепловые эффекты, происходящие по мере нагревания образца. Например, плавление, когда полимер переходит из твердой фазы в жидкую. Находясь в контакте с воздухом или кислородом, образец сначала окисляется, а затем разлагается. Для изучения этих явлений используются методы термического анализа.

Слайд 5. Методы термического анализа

Рассмотрим теперь отдельные методы термического анализа.

На слайде представлены четыре наиболее важных метода термического анализа биополимеров:

Дифференциальная сканирующая калориметрия или ДСК. Это самый распространенный метод. На иллюстрации показаны датчик ДСК, тигель с образцом (красный) и тигель сравнения.

Приборы для высокоскоростной ДСК (Flash DSC) обеспечивают скорости нагрева и охлаждения, в тысячу и более раз превышающие возможности обычной ДСК.

Термогравиметрический анализ или ТГА. На иллюстрации показаны весы системы ТГА с внутренними кольцевыми гирями для автоматической калибровки.

Термомеханический анализ или TMA. На иллюстрации показана зона измерения с образцом (красный), кварцевым зондом и датчиком.

И, наконец, динамический механический анализ или ДМА. На иллюстрации показан один из зажимов для образцов.

Слайд 6. Термический анализ биополимеров

На слайде показаны типичные кривые, полученные при измерении полилактида (ПЛА) четырьмя перечисленными методами.

Кривая ТГА (сверху) демонстрирует потерю массы при нагревании, что дает представление о стабильности образца и динамике его разложения.

По кривой ДСК можно определить параметры фазовых переходов для правильного выбора условий переработки, например, температуру стеклования (Tg), температуру плавления (Tm), степень кристалличности и энтальпию перехода.

Результаты TMA и ДМА используются для определения механических свойств, таких как коэффициент температурного расширения или модуль упругости. С помощью этих методов можно, конечно, оценить и температуры фазовых переходов. Измерения можно проводить в различных атмосферах, например, для изучения влияния относительной влажности на механические свойства.

Слайд 7. Применение в промышленности

Биополимеры — это перспективные материалы, которые используются в повседневной жизни и практически во всех отраслях промышленности.

Биоразлагаемые полимеры представляют особый интерес, если мы хотим, чтобы материал разлагался через определенное время после того, как он выполнил свое назначение. Это могут быть медицинские нити и имплантаты, а также пленки и упаковочные материалы, используемые в сельском хозяйстве и в быту.

Биополимеры находят применение повсюду, где выгодно использовать преимущества полимерных материалов, включая низкую себестоимость, малый вес, разнообразие цветов и универсальность.

Рассмотрим теперь отдельные методы термического анализа на типичных примерах.

Слайд 8. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)

Начнем с дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Этот метод позволяет оценить количество энергии, поглощенное или выделенное образцом в процессе нагревания или охлаждения.

Существуют разные версии приборов ДСК, которые отличаются по диапазонам температуры, скоростям нагрева и охлаждения и типам датчиков:

Стандартный прибор ДСК МЕТТЛЕР ТОЛЕДО предназначен для измерений в диапазоне от температуры кипения жидкого азота до семисот градусов Цельсия (700 °C) со скоростью нагрева до нескольких сотен градусов Кельвина в минуту. Образцы весом от двух до двадцати миллиграмм помещают обычно в небольшие тигли, изготовленные из алюминия, корунда и других материалов.

В приборе быстрого сканирования Flash DSC 1 МЕТТЛЕР ТОЛЕДО скорость нагрева увеличена до двух миллионов четырехсот градусов Кельвина в минуту (2 400 000 K/мин), а скорость охлаждения — до двухсот сорока тысяч градусов Кельвина в минуту (240 000 K/мин). Чтобы добиться такой скорости, количество образца в приборе Flash DSC уменьшается примерно до сотни нанограмм (100 нг), а тигли вообще не используются — образец находится в прямом контакте с датчиком. Сверхвысокие скорости нагрева и охлаждения позволяют воспроизводить реальные условия технологических процессов, где материалы подвергаются чрезвычайно быстрому охлаждению.

Другой полезный метод ДСК — это ДСК высокого давления или HPDSC. Прибор HP DSC 1 МЕТТЛЕР ТОЛЕДО позволяет анализировать образцы в атмосфере инертных или химически активных газов при высоком давлении. При этом подавляется нежелательное испарение образца и появляется возможность изучать стабильность материала в условиях воздействия кислорода под повышенным давлением.

Слева показана типичная кривая ДСК полукристаллического полимера. Максимумы соответствуют экзотермическим эффектам, а минимумы — эндотермическим. Номерами на кривых отмечены разные эффекты, перечисленные в таблице:

Один — начальное отклонение или первый переходный процесс.

Два — базовая линия без термических эффектов.

Три — стеклование с энтальпией релаксации.

Четыре — холодная кристаллизация.

Пять — плавление кристаллической фазы.

Шесть — экзотермическое окисление с разложением.

Слайд 9. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК)

Дифференциальная сканирующая калориметрия применяется для изучения термических свойств, кинетики химических реакций и фазовых изменений в полимерных системах, включая плавление и твердофазные переходы.

В таблице перечислены возможные варианты применения метода ДСК для анализа биополимеров.

Чаще всего исследователи определяют температуры плавления и стеклования. Существуют стандартные методики для изучения термической стабильности полимеров и влияния добавок. Эксперименты ДСК также дают информацию о составе и термической истории материалов.

На иллюстрации в правой части слайда показана открытая печь ДСК с образцом и тиглем сравнения.

Слайд 10. Вариант 1: ДСК

Рассмотрим теперь некоторые варианты применения ДСК для исследования биополимеров:

На слайде показана кривая первого цикла нагрева гранул полукристаллического полилактида, полученная при скорости нагрева 10 градусов Кельвина в минуту (10 K/мин). На кривой можно видеть два основных термических эффекта:

Первый эффект — стеклование в диапазоне температуры от 60 до 80 градусов Цельсия (60–80 °C). Для него характерен эндотермический сдвиг кривой теплового потока с пиком релаксации, интенсивность которого может изменяться. Температура стеклования составляет 68 градусов (68 °C), а высота ступенчатого изменения удельной теплоемкости (C_p) — ноль целых четырнадцать сотых джоуля на грамм на градус Кельвина (0,14 Дж/г·К).

После стеклования происходит реорганизация кристаллической структуры полимера, в ходе которой наблюдаются эндотермическое плавление и экзотермическая кристаллизация. Эти два процесса перекрываются. В диапазоне от 160 до 180 градусов плавятся окончательно сформированные кристаллы полимера. Пик плавления соответствует температуре 172 градуса. Удельная энтальпия плавления составляет 42 и 5 десятых джоуля на грамм (42,5 Дж/г).

Это пример информации, которую можно получить в результате одного эксперимента ДСК. Измерение занимает небольшое время и требует небольшого количества материала.

Слайд 11. Вариант 2: HPDSC

Диапазон температур, в котором возможна переработка полимера, ограничен температурой стеклования или плавления.

Эти температуры часто приходится снижать, если материал требует осторожного обращения из-за низкой теплостойкости. По этой причине некоторые полимеры обрабатывают в атмосфере углекислого газа.

В данном примере выполнялось исследование образца полилактида методом ДСК высокого давления. Давление CO2 регулировали. Показаны кривые второго цикла нагрева.

На них хорошо видно, что при высоком давлении CO2 температура стеклования, температура плавления и пик кристаллизации смещаются в сторону более низких значений.

Этот эффект можно с успехом использовать, например, в процессе упаковки лекарственных препаратов.

Слайд 12. Вариант 3: Flash DSC

При скоростях нагрева, реализуемых в обычных приборах ДСК, в полимерах идут процессы реорганизации. Температура плавления, измеренная в первом цикле нагрева, не совпадает с температурой плавления исходного кристаллического полимера. Для подавления процесса реорганизации необходимы намного более высокие скорости нагрева, которые достижимы с помощью приборов Flash DSC 1.

На слайде показаны кривые ДСК и Flash DSC биосополимера. На верхнем графике кривая ДСК первого цикла нагрева со скоростью 10 градусов Кельвина в минуту (10 K/мин) содержит пик плавления при 96 градусах Цельсия (96 °C).

На нижнем графике показана кривая первого цикла нагрева, полученная на приборе Flash DSC 1. Скорость нагрева составляла одну тысячу градусов Кельвина в секунду (1000 K/с) или шестьдесят тысяч градусов Кельвина в минуту (60 000 K/мин). Такой скорости достаточно для подавления реорганизации. В этом случае температура плавления снижается до 81 градуса (81 °C). Энтальпия плавления в обоих случаях одинакова.

В первом цикле нагрева для обеспечения надежного теплового контакта между образцом и датчиком наносили небольшой слой специального масла.

Слайд 13. Термогравиметрический анализ (ТГА)

Теперь уделим внимание термогравиметрическому анализу или ТГА.

Этот метод предполагает непрерывное измерение массы образца в процессе его нагрева или охлаждения в определенной атмосфере. Достаточно поместить навеску массой несколько миллиграммов в тигель, нагреть и зарегистрировать изменение массы. Полученная кривая позволит судить о составе образца, например, о содержании в нем полимера и наполнителя.

Слева показана типичная кривая ТГА полимера. До начала линейного подъема температуры график ТГА отражает массу образца. В конце нагрева, при температуре около одной тысячи градусов Цельсия (1000 °C), от образца остаются только неорганические наполнители, например силикаты. Поэтапная потеря массы дает ценную информацию о составе материала.

Номерами отмечены этапы потери массы, перечисленные в таблице:

Один — начинается нагрев, остатки летучих компонентов испаряются.

Два — пиролиз органических веществ и полимеров.

Три — на уровне шестисот градусов Цельсия (600 °C) создается окислительная атмосфера путем замены азота на кислород.

Четыре — горят сажа или углеродные волокна.

Пять — остаток из неорганических наполнителей (силикатов).

Слайд 14. Термогравиметрический анализ (ТГА)

Термогравиметрический анализ используется для исследования таких процессов, как испарение и разложение, для оценки стабильности веществ и для измерения содержания сухого остатка. Выделяющиеся газы можно анализировать комплексными методами, например, ТГА-МС (термогравиметрический анализ и масс-спектроскопия) или ТГА-ИК-Фурье (термогравиметрический анализ и инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье).

В таблице перечислены возможные варианты применения метода ТГА для анализа биополимеров. Метод дает информацию о составе образцов, включая содержание наполнителя. Кроме того, он применим для проверки термической и окислительной стабильности биоразлагаемых полимеров и для анализа содержания влаги и других летучих компонентов в сложных смесях.

На иллюстрации справа показана открытая печь прибора ТГА с двухместным держателем образцов и контрольным тиглем. Стандартные тигли изготавливают из корунда.

Слайд 15. Вариант 1: ТГА/ДСК                    Разложение

На первом графике ТГА показаны кривые потери массы при разложении образца полилактида с воздействием двух разных продувочных газов: воздуха (красная линия) и азота (синяя линия). Скорость нагрева — 20 градусов Кельвина в минуту (20 K/мин).

В воздухе разложение начинается при более низкой температуре, чем в азоте. Это видно по температурам в средних точках двух кривых, измеренных на половинной высоте ступени. Разложение в воздухе происходит в две стадии, которые разделены заметным интервалом. На первой стадии сгорают 98 % материала, а остальные 2 % сгорают при температуре на 80 градусов выше. В азоте материал разлагается не полностью — остается 1 %.

Следующий пример проиллюстрирует кинетику подобных процессов разложения.

Слайд 16. Вариант 2: ТГА/ДСК        Кинетика разложения

Кинетическая интерпретация кривых термического анализа — это инструмент анализа реакций, представляющий большую ценность для прогнозирования стабильности материалов. Специалисты компании МЕТТЛЕР ТОЛЕДО разработали многофункциональное программное обеспечение для кинетических расчетов на основе метода безмодельной кинетики (сокращенно МБК).

На слайде показаны некоторые возможности применения и результаты, полученные при термическом разложении полилактида в атмосфере кислорода.

Для оценки по методу безмодельной кинетики нужно иметь не менее трех кривых, полученных при разных скоростях нагрева.

На верхнем левом графике показаны кривые потери массы при скоростях нагрева 5, 10 и 20 градусов Кельвина в минуту (5, 10 и 20 K/мин). На верхнем правом графике — кривые конверсии, рассчитанные для каждого из трех экспериментов. По этим кривым программа МБК рассчитывает кажущуюся энергию активации в виде функции конверсии.

По графику энергии активации можно судить о механизме реакции. Можно также прогнозировать, как пойдет реакция в других условиях.

Хорошим примером может служить расчет кривых изотермической конверсии. На графике в нижнем левом углу показаны так называемые изоконверсионные кривые для температуры 300, 320 и 340 градусов Цельсия (300, 320 и 340 °C). Видно, например, что при температуре 340 градусов степень конверсии 90 % достигается через 15 минут, а при температуре 320 градусов для достижения той же степени конверсии нужно в четыре раза больше времени.

Подобные измерения и расчеты можно использовать для оценки и сравнения термической стабильности материалов.

Слайд 17. Термомеханический анализ (ТМА)

Перейдем к термомеханическому анализу или TMA. Этот метод предполагает наблюдение за изменением размеров образца в процессе его нагрева или охлаждения в определенной атмосфере.

Слева показана типичная кривая ТМА полимера. Номерами на кривых отмечены разные эффекты, перечисленные в таблице:

Один — расширение ниже температуры стеклования.

Два — точка стеклования, в которой скорость расширения меняется.

Три — расширение выше температуры стеклования; более крутой наклон соответствует более высокой скорости расширения.

Четыре — размягчение с пластической деформацией.

Слайд 18. Термомеханический анализ (ТМА)

В таблице перечислены возможные варианты применения ТМА для анализа биополимеров.

В основном этот метод применяется для изучения поведения материалов при расширении и измерения коэффициента термического расширения (КТР).

Метод TMA очень удобен для определения температуры стеклования, для изучения процессов размягчения, пластической деформации и набухания в растворителях. На иллюстрации справа показана обычная экспериментальная установка с зондом со сферическим наконечником, который упирается в образец.

На следующем слайде показаны некоторые примеры практического применения.

Слайд 19. Вариант 1: TMA/SDTA                              Усадка

В этом примере обсудим результаты испытания на растяжение методом TMA пленки ацетата целлюлозы, которую используют для упаковки фруктов и овощей.

На фотографии справа показана пленка, закрепленная в специальном зажиме, с помощью которого создается растягивающее усилие величиной ноль целых две сотых ньютона (0,02 Н).

Полимерные цепочки в процессе изготовления пленки ориентируются так, что она проявляет анизотропные свойства. Растяжение пленки в разных направлениях происходит не одинаково. Красная кривая получена при продольном растяжении пленки (относительно направления при изготовлении), а синяя кривая — при поперечном растяжении.

Кривые, полученные в диапазоне от комнатной температуры до 80 градусов Цельсия (80 °C), показаны на вставке в увеличенном масштабе. Видно, что при этих температурах образцы расширяются. Термическое расширение в продольном направлении меньше, чем в поперечном. 

Начиная с температуры 90 градусов, пленка сжимается в разных направлениях по-разному. При температуре 160 градусов наблюдается максимальная усадка, которая в продольном направлении вдвое больше, чем в поперечном.

При дальнейшем росте температуры пленки растягиваются вследствие размягчения.

Подобные испытания на растяжение можно проводить и с волокнами, используя специальные зажимы.

Слайд 20/ Вариант 2: TMA/SDTA                 Режим сжатия

На этом слайде показаны результаты TMA древесно-полимерного композитного материала, сокращенно ДПК.

Материалы ДПК относятся к группе термопластов. В их состав  входят в различном количестве дерево, пластмассы и добавки. Преимущество ДПК по сравнению с другими материалами на древесной основе, например ДСП, фанерой и ДВП, заключается в его повышенной влагостойкости и возможности формовать из него трехмерные элементы.

В данных экспериментах изучали набухание материала в воде. Измерительная ячейка показана на маленькой вставке. Небольшой кубический образец материала помещали в цилиндрическую измерительную камеру, заполненную водой. Высоту образца измеряли зондом с очень малым усилием на образец. Измерения выполняли при тридцати градусах Цельсия (30 °C).

Кривая TMA отображает увеличение высоты образца с течением времени. Материал демонстрирует высокую влагостойкость. После 50 часов выдержки в воде высота образца увеличилась всего на 1 %.

Слайд 21. Динамический механический анализ (ДМА)

Динамический механический анализ (ДМА) используется для исследования изменений механических свойств вязкоупругих материалов в зависимости от времени, температуры и частоты периодической знакопеременной нагрузки.

На графике слева показаны результаты ДМА образца полимерного материала в режиме сдвига. Кривые на графике представляют зависимость модуля накопления (G′), модуля потерь (G″) и тангенса угла механических потерь (tan delta) от температуры.

Номерами на кривых отмечены разные эффекты, перечисленные в таблице:

Один — вторичная релаксация, наблюдаемая в виде пика на графике тангенса угла потерь.

Два — стеклование, которому соответствует снижение модуля накопления.

Три — начало холодной кристаллизации с ростом температуры.

Четыре — рекристаллизация, которой соответствует пик на кривой тангенса угла потерь.

Пять — плавление кристаллической фазы со снижением модуля накопления.

Слайд 22. Динамический механический анализ (ДМА)

В таблице перечислены возможные варианты применения метода ДМА для анализа биополимеров.

Метод ДМА в основном используется для получения информации о механических, демпфирующих и вязкоупругих свойствах, а также податливости. Температуры стеклования, размягчения и бета-релаксации определяются по пикам на кривой тангенса угла потерь или по изменениям модулей упругости.

На иллюстрации справа показаны образцы, подготовленные к испытанию по методу ДМА в режиме изгиба.

Слайд 23. Вариант 1: ДМА                                       Режим растяжения

На этом слайде представлены результаты испытания биоразлагаемой композитной пленки в режиме ДМА.

Измерения проводили в режиме растяжения в диапазоне температур от минус 175 градусов до плюс 140 градусов Цельсия (–175...+140 °C) со скоростью нагрева 2 градуса Кельвина в минуту (2 K/мин) и частотой 5 герц (5 Гц). Кривая модуля Юнга «е штрих» (E’) на графике изображена красным цветом, кривая тангенса угла потерь — синим.

При очень низких температурах наблюдается слабый пик вторичной релаксации (бета-релаксации). При температурах минус 35 градусов (–35 °C) и плюс 65 градусов (+65 °C) величина модуля снижается более чем на порядок, а на кривой тангенса угла потерь виден пик. Такая картина характерна для стеклования или альфа-релаксации.

Можно сделать вывод, что композитный материал состоит как минимум из двух материалов с разными температурами стеклования. При температуре 100 градусов (100 °C) модуль возрастает более чем на полдекады. Это указывает на холодную кристаллизацию части композитного материала с более высокой температурой стеклования. Материал становится более жестким, и модуль упругости повышается. При температуре 120 градусов (120 °C) величина модуля заметно снижается, возрастает тангенс угла потерь; кристаллический полимер плавится.

Слайд 24. Вариант 2: ДМА               Обобщенная кривая испытания на растяжение

В предыдущем примере мы рассмотрели температурные характеристики различных процессов релаксации, измеренные на определенной частоте.

Рассмотрим теперь зависимость динамического модуля упругости «е штрих» (E’) и модуля механических потерь «е два штриха» (E’’) от частоты при так называемой опорной температуре. В условиях обычного измерения доступен только ограниченный диапазон частоты.

Тем не менее, используя принцип температурно-временной суперпозиции (ТВС), на основе частотно-зависимых изотерм можно построить так называемые обобщенные кривые, или температурно-временные сегменты (сегменты ТВС), для определенной опорной температуры. Опорная температура — это температура, соответствующая сегменту ТВС, который не подлежит смещению. Сегменты ТВС, полученные при более высоких температурах, смещаются в сторону более низких частот, а сегменты ТВС, полученные при более низких температурах, смещаются в сторону более высоких частот, пока не будет достигнуто оптимальное перекрытие концов отдельных сегментов. При этом образец обязательно должен быть однородным, изотропным и аморфным.

На слайде показан результат построения обобщенной кривой биоразлагаемого полимера для диапазона частот от 10 в степени минус 12 герц до 10 в степени минус 18 герц (10^–12 Гц...10¹⁸ Гц). Измерения проводили на приборе DMA 1 в диапазоне температуры от минус 80 до плюс 80 градусов Цельсия (–80...+80 °C) с шагом 5 градусов Кельвина (5 K). Каждый цвет соответствует изотермическому испытанию на одной из пяти частот в диапазоне от 1 до 20 герц (1–20 Гц). 

Наблюдаются два процесса релаксации: стеклование мягких сегментов при высоких частотах и стеклования жестких сегментов при низких частотах.

Эти результаты убедительно показывают, что механическая спектроскопия позволяет получать подробное описание свойств материала для чрезвычайно широкого спектра частот.

Слайд 25. Вариант 3: ДМА              Зависимость деформации от напряжения при растяжении

Этот пример демонстрирует анализ свойств промышленного хлопкового волокна, находящегося в напряженно-деформированном состоянии. В широком смысле хлопок можно отнести к числу биополимеров, поскольку он состоит преимущественно из целлюлозы.

Квазистатические механические свойства описываются кривой «напряжение — деформация» в широком диапазоне деформации. В процессе испытания измеряют удлинение волокна, которое подвергается действию возрастающего растягивающего усилия.

На графике показана кривая «напряжение — деформация», полученная при 30 градусах Цельсия (30 °C). Зависимость удлинения от напряжения в области малых деформаций линейна. Наклон кривой при деформации 0,5 % соответствует величине модуля упругости 20 гигапаскалей (20 ГПа). В нелинейной области кривая становится более пологой, и величина модуля уменьшается.

Испытания в напряженно-деформированном состоянии методом ДМА позволяют измерять и сравнивать прочность, жесткость и деформационные характеристики волокон. Кроме того, эти испытания можно проводить при различной влажности воздуха или в водяной бане. Их результаты позволяют прогнозировать свойства тканей, получаемых из разных волокон.

Слайд 26. Выводы 1

В таблице перечислены наиболее важные параметры, характеризующие свойства биополимеров, а также методы, рекомендуемые для их исследования. Красный цвет обозначает предпочтительный метод; синим цветом помечены методы, которые также могут использоваться.

К числу наиболее важных процессов и характеристик, которые можно изучать методом ДСК, относятся стеклование, плавление, энтальпия реакций и влияние наполнителей.

Основная область применения ТГА — анализ химического состава, термической стабильности и склонности к выделению летучих продуктов.

TMA обычно используется для изучения термического расширения и усадки материалов.

ДМА — оптимальный метод для изучения вязкоупругих свойств материалов.

Слайд 27. Выводы 2

На этом слайде показаны рабочие диапазоны температуры для приборов ДСК, ТГА, ТМА и ДМА МЕТТЛЕР ТОЛЕДО.

Большинство измерений ДСК проводится при температурах от минус ста пятидесяти (–150 °C) до плюс семисот градусов Цельсия (+700 °C). Границы интервала могут изменяться за счет использования специального оборудования и приспособлений.

Эксперименты ТМА проводятся при температурах от минус ста пятидесяти (–150 °C) до плюс тысяча шестисот градусов Цельсия (+1600 °C).

Испытания ДМА проводятся в диапазоне от минус ста девяносто (–190 °C) до плюс шестисот градусов Цельсия (+600 °C).

Испытания ТГА начинаются, как правило, при комнатной температуре. Максимально достижимая температура — около тысячи шестисот градусов (1600 °C).

Слайд 28. Дополнительная информация о биополимерах

В завершение отметим несколько источников информации по термическому анализу биополимеров, которые имеются в сети Интернет.

Компания МЕТТЛЕР ТОЛЕДО публикует статьи о термическом анализе и прикладных исследованиях в техническом журнале UserCom, который выходит дважды в год. Архивные выпуски можно скачать в формате PDF на сайте www.mt.com/usercoms, как показано в центре слайда.

Информация прикладного характера собрана в справочниках «Термопластичные материалы» и «Практика термического анализа».

Слайд 29. Дополнительная информация о термическом анализе

Со страниц указанных на этом слайде, можно также скачать информацию о вебинарах, прикладные справочники и сведения более общего характера.

Слайд 30. Спасибо!

На этом презентация по термическому анализу полимеров завершена. Благодарю за внимание.