Строительных материалов

Цель работы: определение тепловых эффектов по величине пиков ДТА.

Метод дифференциального термического анализа (ДТА) основан на сравнении термических свойств образца исследуемого вещества и термически инертного вещества, принятого в качестве эталона. Регистрируемым параметром служит разность их температур, измеряемая при нагревании или охлаждении образца с постоянной скоростью. Эта разность может быть представлена в виде функции температуры образца, эталона или нагревателя. Изменения температуры образца вызываются либо физическими переходами, либо химическими реакциями, связанными с изменениями энтальпии. С помощью метода ДТА можно изучать: твердофазные переходы, плавление, перестройку кристаллической структуры, т.е. процессы, связанные с поглощением или выделением тепла.

Экспериментальные кривые ДТА и их характеристики.

В термическом анализе образец нагревается с постоянной скоростью, и температура образца регистрируется как функция времени (рис.1).

Т_э

τ

Рис.1.

Отклонения от линейности обусловлены экзо- и эндотермическими превращениями в образце. Температура Т_н, при которой начинается отклонение, называется наблюдаемой температурой начала превращения (реакции).

Превращение заканчивается при температуре Т. При дальнейшем нагревании изменение температуры образца стабилизируется, его нагрев снова становится линейным.

Т_об.-Т_э

Т_к

Т_н

Т

Рис. 2 а)

Т_об.-Т_э

Т_н Т_к

Т

Рис. 2. б)

На рисунке 2а и 2б представлена разность температур Т_об.-Т_э в функции температуры системы Т (образца, эталона или нагревателя). При Т_н кривая отклоняется от горизонтального уровня с образованием пиков, направленных в зависимости от знака изменения энтальпии вверх или вниз. Температура окончания превращения Т_к в этом случае не соответствует ни температуре максимума, ни температуре минимума пика, а расположена на его высокотемпературной ветви ближе к экстремуму пика. Точное положение Т_к зависит отряда факторов, связанных с измерительными приборами. Площадь пика кривой прямопропорциональна изменению энтальпии и массе образца.

Определение точной величины теплового эффекта процесса по кривой ДТА затруднено из-за влияния различных побочных факторов на ход кривой. Поэтому метод оказывается удобным для сравнения различных образцов полимеров на качественном уровне, пригоден для исследования смесей кристаллизующихся и некристаллизующихся полимеров. Для сравнения кристаллизуемости полимеров измеряют площади пиков эндотермического процесса либо при помощи планиметра, либо путем взвешивания на аналитических весах вырезанных участков диаграмм, соответствующих эндотермическим пикам.

Метод ДТА, может быть с успехом применен для предварительной оценки стабилизаторов, а также для изучения влияния примесей на стабильность полимера. Сопоставление экзотермических пиков окисления на кривой ДТА для полимера, не содержащего стабилизатора, с данными для полимера, содержащего стабилизаторы, дает достаточно объективную оценку эффективности того или иного стабилизатора в процессе окисления полимера.

Термогравиметрический метод анализа (ТГА) является стандартным методом анализа полимеров, основанным на измерении изменения массы исследуемого образца при нагревании. С помощью регистрации во времени температуры и потери массы образцом определяют температуру разложения (и, следовательно, термическую стойкость полимера), а также делают заключения о содержании веществ-композитов (например, наполнителя, полимера).

При сочетании ДТА и ТГА получают сведения в широком интервале температур как о потере массы полимера вследствие выделения летучих продуктов разложения, так и о тепловых эффектах, возникающих при этом. Сопоставление кривых скорости потери массы ДТГ для полимера, не содержащего стабилизатора, с данными для образца, содержащего стабилизаторы, дает достаточно объективную оценку эффективности стабилизатора в процессе окисления полимеров.

Выполнение работы:

1. Получить дериватограмму одностадийного процесса термического разложения исследуемого вещества (Х).

2. Ограничить пик на кривой ДТА

3. Определить площадь этого пика методом взвешивания на аналитических весах вырезанного участка термограммы, соответствующего пику кривой ДТА;

4. Аналогичным образом определить площадь пика на кривой ДТА, полученной при разложении вещества P с известным тепловым эффектом ( _P);

5. Найти тепловой эффект по формуле:

если, вещество Х разлагается при более высоких температурах, чем вещество Р, или

если интервал разложения Р выше интервала разложения Х.

Коэффициент k рассчитать по уравнению:

k = (1+ 0, 00052 Δ t) ∙ M₁/M₂ ∙ m₂/m_1,

Δ t – разность начальных температур обеих реакций

Δ t = (Т_н)1 – (Т_н)₂

M₁, M₂ – молекулярные массы;

m₂, m₁ – начальные массы разлагающихся веществ.

Индекс 1 соответствует веществу, разлагающемуся при более высокой температуре.

6. Сделайте вывод по работе.