Метод
Области применения
Жидкостная хроматография
Распределение макромолекул по размерам
Гель-проникающая хроматография
Исследования смесей, фосфоритов, пластификаторов, лубрикантов
Газовая хроматография
Остаточные мономеры
Неполимерные компоненты
Пластификаторы
Инфракрасная спектроскопия
Тип полимера
Природы добавок
Термический анализ
Наполнители
Лубриканты
Молекулярный вес полимера
Рентгеноструктурный анализ
Наполнители
Огнезащитные добавки
Стабилизаторы
Ядерный магнитный резонанс
Полиэфиры
Кремнийорганические соединения
Фенольные смолы
Химический анализ
Лубриканты
Огнезащитные добавки
Катализаторы
ИК-Фурье- спектроскопия
Анализ, основанный на использовании Фурье-преобразования инфракрасного спектра, в настоящее время является одним из наиболее широко применяемых как практиками, так и учеными, методов идентификации полимеров. Испытания состоят в том, что поток инфракрасного излучения направляется на образец, где он частично поглощается, а частично проходит через материал. Получающийся инфракрасный спектр является таким же индивидуальным отражением полимера как отпечатки пальцев. Результаты анализа отображаются в графической форме на дисплее. Поскольку никакие две индивидуальные структуры не дают совершенно идентичные спектры, полученный спектр сравнивается с известными эталонами для ранее исследовавшихся материалов, что позволяет однозначно идентифицировать анализируемый полимер.
Быстрая инфракрасная спектроскопия в ближней области спектра стала особенно популярной за последнее время. Образец подвергается облучению в ближней инфракрасной области, лежащей в диапазоне длин волн от 800 до 200 нм. Макромолекулы поглощают радиацию различным образом, что в итоге дает уникальный спектр, позволяющий идентифицировать исследуемый полимер. Технология измерения спектра в ближней инфракрасной области представляет собой недорогой высокоскоростной метод, который стал альтернативной методу Фурье-инфракрасной спектроскопии.
Термогравиметрический анализ
Метод термогравиметрического анализа состоит в измерении потерь веса образцом по мере его непрерывного нагревания. Используемая для реализации этого метода техника довольно проста. Типичная аппаратура состоит из аналитических весов, программируемой электрически нагреваемой печи и записывающего устройства. Этот метод очень полезен для исследования полимеров с различными добавками и наполнителями, содержание которых определяется по весу. Так, например, содержание стеклянных волокон и минеральных наполнителей в полимере может быть определено путем полного сжигания полимера в инертной атмосфере. Несгоревший остаток содержит только стекло и инертные наполнители. Метод термогравиметрического анализа также используется для идентификации ингредиентов в смесях, которые различаются по относительной стабильности индивидуальных компонент.
Дифференциальная сканирующая калориметрия
Согласно методу дифференциальной сканирующей калориметрии измеряется количество энергии, поглощенной образцом или выделившейся из образца при непрерывном повышении или понижении температуры или при выдержке материала при постоянной температуре. Этот метод является одним из наиболее эффективных способов исследования плавления, включая определение области стеклования, значения температур плавления и кристаллизации, а также температуры термической деструкции. Этот метод также дает полезную информацию, позволяющую определить степень кристалличности полимера и кинетику кристаллизации. Применение метода дифференциальной сканирующей калориметрии также позволяет судить о наличии или отсутствии антиоксиданта в полимере, поскольку это влияет на окислительную стабильность материала. Метод также может использоваться для определения относительного содержания компонент в смесях, блок- и статистических сополимерах, которое сказывается на характеристиках полимера в области плавления.
Использование техники дифференциального термического анализа также дает количественную информацию о содержании в композиции самых различных добавок, таких как сказок, способствующих отделению изделия от формы. Антистатиков, поглотителей ультрафиолетового излучения, модификаторов ударной прочности материала.
Рассмотрение типичных термограмм позволяет судить о поведении материала во всем температурном диапазоне от температуры стеклования до области деструкции, а также об изменениях, происходящих между этими двумя крайними точками.
Термомеханический анализ
Термомеханический анализ предназначен для определения температурной зависимости расширения или сжатия материала, а также для измерений температурных зависимостей модуля упругости и вязкости полимеров. Этот метод позволяет найти точку размягчения и охарактеризовать вязкоупругие свойств материала во всем температурном диапазоне.
Реализация метода термомеханического анализа очень проста: он осуществляется путем приложения постоянной нагрузки и измерения изменений размеров образца в вертикальном направлении, причем эксперимент может проводиться как в отсутствии внешней нагрузки, так и при приложении силы. Метод термомеханического анализа очень полезен для характеристики полимеров: он позволяет достаточно точно определить такие физические свойства материала, как точку плавления, температуру стеклования, плотность поперечных сшивок, степень кристалличности и коэффициент термического расширения.
Динамический механический анализ
Метод динамического механического анализа (ДМА) основан на измерении изменения геометрии образца в процессе его периодической деформации по синусоидальному закону в условиях контролируемой нагрузки, смещения, температуры, атмосферы. Применяется для исследования вязкоупругих свойств материалов (модуля упругости E', модуля вязкости E'', тангенса угла механических потерь пробы) в зависимости от времени, температуры или частоты при различных осциллирующих нагрузках.
ДМА используется для определения температур переходов твердых полимеров, композитов и ламинатов, а также для определения различных эксплуатационных свойств: механической прочности, температурного диапазона эксплуатации, влияние влажности и т.д.
Реология
Реологические методы предназначены для изучения деформационных свойств реальных тел, в частности, течения вязких и пластичных тел. Основная задача реологии - установление зависимости между механическим напряжениями и деформациями, а также их изменениями во времени. Реология также рассматривает задачу установления соответствия между особенностями деформационного поведения конкретного материала и его структурой.
Объектами реологии являются самые разнообразные материалы: полимеры (расплавы, растворы, армированные и наполненные композиционные материалы, резины), дисперсные системы (пены, эмульсии, суспензии, порошки, пасты), металлы и сплавы (, нефтепродукты, грунты, горные породы, строительные материалы (бетоны, битумы, силикаты), пищевые продукты и т.п. Кроме традиционной задачи – определение вязкостных свойств растворов и расплавов полимеров, реологические способы анализа используются для определения молекулярной массы и молекулярно-массового распределения, кинетики химических превращений (полимеризация, УФ-отверждение), изучения межфазных взаимодействий в золях, эмульсиях, на границе фаз газ-жидкость, жидкость-жидкость, определение эксплуатационных свойств асфальтовых и бетонных смесей и т.д.
Нормативная документация при исследовании полимеров
К сожалению, ГОСТов для исследования полимеров с помощью современного аналитического оборудования очень мало. Последние ГОСТы были разработаны в начале 1990-х. “ГОСТ 28665-90. Резина. Идентификация. Метод инфракрасной спектрометрии”; ГОСТ 9.716-91 “Материалы полимерные. Методы определения изменения содержания пластификатора при старении”.
Однако существует большое количество зарубежных стандартов для инфракрасной спектроскопии и методов термического анализа, в соответствии с которыми выполняются исследования полимеров.
ИК-Фурье спектрометры используются для решения таких задач, как:
входной контроль и контроль качества полимерных материалов и изделий (ГОСТ 28665 (ISO 4650); ASTM D 3677);
анализ компонентного состава в поливинилхлоридных соединениях (ASTM D 2124);
определение содержания присадок и модификаторов в полимерах;
определение остаточного мономера в полимерах; определение содержания изомера толуолдиизоционата в полиуретановом сырье (ASTM D 4660);
определение структурных характеристик в полиолефинах и полиолефиновых сополимерах (ASTM D 5576); определение этилакрилата в этиленэтилакрилатных сополимерах (ASTM D 3594);
С перечнем ГОСТов по термоанализу можно ознакомиться здесь
Стоит также отметить, что до сих пор при испытаниях полимерных материалов действуют крайне устаревшие ГОСТЫ:
ГОСТ 46151-82 (СТ СЭВ 2896-81). Пластмассы. Метод испытания на сжатие.
ГОСТ 9550-81 (СТ СЭВ 2345-80). Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе.
ГОСТ 15173-70 (СТ СЭВ 2899-81). Пластмассы. Метод определения среднего коэффициента линейного теплового расширения.
ГОСТ 15173-70 (СТ СЭВ 2899-81). Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении.
ГОСТ 20812-83. Пластмассы. Метод определения механических динамических свойств с помощью крутильных колебаний.
ГОСТ 29127-91 (ИСО 7111-87). Пластмассы. Термогравиметрический анализ полимеров. Метод сканирования по температуре (ГОСТ относительно нестарый).
ГОСТ 19816.4-91 (ИСО 247-90). Каучук и резина. Определение золы (неинструментальный метод).
Области применения
Жидкостная хроматография
Распределение макромолекул по размерам
Гель-проникающая хроматография
Исследования смесей, фосфоритов, пластификаторов, лубрикантов
Газовая хроматография
Остаточные мономеры
Неполимерные компоненты
Пластификаторы
Инфракрасная спектроскопия
Тип полимера
Природы добавок
Термический анализ
Наполнители
Лубриканты
Молекулярный вес полимера
Рентгеноструктурный анализ
Наполнители
Огнезащитные добавки
Стабилизаторы
Ядерный магнитный резонанс
Полиэфиры
Кремнийорганические соединения
Фенольные смолы
Химический анализ
Лубриканты
Огнезащитные добавки
Катализаторы
ИК-Фурье- спектроскопия
Анализ, основанный на использовании Фурье-преобразования инфракрасного спектра, в настоящее время является одним из наиболее широко применяемых как практиками, так и учеными, методов идентификации полимеров. Испытания состоят в том, что поток инфракрасного излучения направляется на образец, где он частично поглощается, а частично проходит через материал. Получающийся инфракрасный спектр является таким же индивидуальным отражением полимера как отпечатки пальцев. Результаты анализа отображаются в графической форме на дисплее. Поскольку никакие две индивидуальные структуры не дают совершенно идентичные спектры, полученный спектр сравнивается с известными эталонами для ранее исследовавшихся материалов, что позволяет однозначно идентифицировать анализируемый полимер.
Быстрая инфракрасная спектроскопия в ближней области спектра стала особенно популярной за последнее время. Образец подвергается облучению в ближней инфракрасной области, лежащей в диапазоне длин волн от 800 до 200 нм. Макромолекулы поглощают радиацию различным образом, что в итоге дает уникальный спектр, позволяющий идентифицировать исследуемый полимер. Технология измерения спектра в ближней инфракрасной области представляет собой недорогой высокоскоростной метод, который стал альтернативной методу Фурье-инфракрасной спектроскопии.
Термогравиметрический анализ
Метод термогравиметрического анализа состоит в измерении потерь веса образцом по мере его непрерывного нагревания. Используемая для реализации этого метода техника довольно проста. Типичная аппаратура состоит из аналитических весов, программируемой электрически нагреваемой печи и записывающего устройства. Этот метод очень полезен для исследования полимеров с различными добавками и наполнителями, содержание которых определяется по весу. Так, например, содержание стеклянных волокон и минеральных наполнителей в полимере может быть определено путем полного сжигания полимера в инертной атмосфере. Несгоревший остаток содержит только стекло и инертные наполнители. Метод термогравиметрического анализа также используется для идентификации ингредиентов в смесях, которые различаются по относительной стабильности индивидуальных компонент.
Дифференциальная сканирующая калориметрия
Согласно методу дифференциальной сканирующей калориметрии измеряется количество энергии, поглощенной образцом или выделившейся из образца при непрерывном повышении или понижении температуры или при выдержке материала при постоянной температуре. Этот метод является одним из наиболее эффективных способов исследования плавления, включая определение области стеклования, значения температур плавления и кристаллизации, а также температуры термической деструкции. Этот метод также дает полезную информацию, позволяющую определить степень кристалличности полимера и кинетику кристаллизации. Применение метода дифференциальной сканирующей калориметрии также позволяет судить о наличии или отсутствии антиоксиданта в полимере, поскольку это влияет на окислительную стабильность материала. Метод также может использоваться для определения относительного содержания компонент в смесях, блок- и статистических сополимерах, которое сказывается на характеристиках полимера в области плавления.
Использование техники дифференциального термического анализа также дает количественную информацию о содержании в композиции самых различных добавок, таких как сказок, способствующих отделению изделия от формы. Антистатиков, поглотителей ультрафиолетового излучения, модификаторов ударной прочности материала.
Рассмотрение типичных термограмм позволяет судить о поведении материала во всем температурном диапазоне от температуры стеклования до области деструкции, а также об изменениях, происходящих между этими двумя крайними точками.
Термомеханический анализ
Термомеханический анализ предназначен для определения температурной зависимости расширения или сжатия материала, а также для измерений температурных зависимостей модуля упругости и вязкости полимеров. Этот метод позволяет найти точку размягчения и охарактеризовать вязкоупругие свойств материала во всем температурном диапазоне.
Реализация метода термомеханического анализа очень проста: он осуществляется путем приложения постоянной нагрузки и измерения изменений размеров образца в вертикальном направлении, причем эксперимент может проводиться как в отсутствии внешней нагрузки, так и при приложении силы. Метод термомеханического анализа очень полезен для характеристики полимеров: он позволяет достаточно точно определить такие физические свойства материала, как точку плавления, температуру стеклования, плотность поперечных сшивок, степень кристалличности и коэффициент термического расширения.
Динамический механический анализ
Метод динамического механического анализа (ДМА) основан на измерении изменения геометрии образца в процессе его периодической деформации по синусоидальному закону в условиях контролируемой нагрузки, смещения, температуры, атмосферы. Применяется для исследования вязкоупругих свойств материалов (модуля упругости E', модуля вязкости E'', тангенса угла механических потерь пробы) в зависимости от времени, температуры или частоты при различных осциллирующих нагрузках.
ДМА используется для определения температур переходов твердых полимеров, композитов и ламинатов, а также для определения различных эксплуатационных свойств: механической прочности, температурного диапазона эксплуатации, влияние влажности и т.д.
Реология
Реологические методы предназначены для изучения деформационных свойств реальных тел, в частности, течения вязких и пластичных тел. Основная задача реологии - установление зависимости между механическим напряжениями и деформациями, а также их изменениями во времени. Реология также рассматривает задачу установления соответствия между особенностями деформационного поведения конкретного материала и его структурой.
Объектами реологии являются самые разнообразные материалы: полимеры (расплавы, растворы, армированные и наполненные композиционные материалы, резины), дисперсные системы (пены, эмульсии, суспензии, порошки, пасты), металлы и сплавы (, нефтепродукты, грунты, горные породы, строительные материалы (бетоны, битумы, силикаты), пищевые продукты и т.п. Кроме традиционной задачи – определение вязкостных свойств растворов и расплавов полимеров, реологические способы анализа используются для определения молекулярной массы и молекулярно-массового распределения, кинетики химических превращений (полимеризация, УФ-отверждение), изучения межфазных взаимодействий в золях, эмульсиях, на границе фаз газ-жидкость, жидкость-жидкость, определение эксплуатационных свойств асфальтовых и бетонных смесей и т.д.
Нормативная документация при исследовании полимеров
К сожалению, ГОСТов для исследования полимеров с помощью современного аналитического оборудования очень мало. Последние ГОСТы были разработаны в начале 1990-х. “ГОСТ 28665-90. Резина. Идентификация. Метод инфракрасной спектрометрии”; ГОСТ 9.716-91 “Материалы полимерные. Методы определения изменения содержания пластификатора при старении”.
Однако существует большое количество зарубежных стандартов для инфракрасной спектроскопии и методов термического анализа, в соответствии с которыми выполняются исследования полимеров.
ИК-Фурье спектрометры используются для решения таких задач, как:
входной контроль и контроль качества полимерных материалов и изделий (ГОСТ 28665 (ISO 4650); ASTM D 3677);
анализ компонентного состава в поливинилхлоридных соединениях (ASTM D 2124);
определение содержания присадок и модификаторов в полимерах;
определение остаточного мономера в полимерах; определение содержания изомера толуолдиизоционата в полиуретановом сырье (ASTM D 4660);
определение структурных характеристик в полиолефинах и полиолефиновых сополимерах (ASTM D 5576); определение этилакрилата в этиленэтилакрилатных сополимерах (ASTM D 3594);
С перечнем ГОСТов по термоанализу можно ознакомиться здесь
Стоит также отметить, что до сих пор при испытаниях полимерных материалов действуют крайне устаревшие ГОСТЫ:
ГОСТ 46151-82 (СТ СЭВ 2896-81). Пластмассы. Метод испытания на сжатие.
ГОСТ 9550-81 (СТ СЭВ 2345-80). Пластмассы. Методы определения модуля упругости при растяжении, сжатии и изгибе.
ГОСТ 15173-70 (СТ СЭВ 2899-81). Пластмассы. Метод определения среднего коэффициента линейного теплового расширения.
ГОСТ 15173-70 (СТ СЭВ 2899-81). Резина. Метод определения упругопрочностных свойств при растяжении.
ГОСТ 20812-83. Пластмассы. Метод определения механических динамических свойств с помощью крутильных колебаний.
ГОСТ 29127-91 (ИСО 7111-87). Пластмассы. Термогравиметрический анализ полимеров. Метод сканирования по температуре (ГОСТ относительно нестарый).
ГОСТ 19816.4-91 (ИСО 247-90). Каучук и резина. Определение золы (неинструментальный метод).
Комментариев нет:
Отправить комментарий