पॉलीमर तापीय विश्लेषण

तापीय विश्लेषण यह मापता है कि किसी पॉलीमर का ऊष्मा प्रवाह, द्रव्यमान या यांत्रिक प्रतिक्रिया तापमान के साथ कैसे बदलती है, जिससे ग्लास ट्रांज़िशन, गलनांक, क्रिस्टलीकरण और अपघटन का पता चलता है जो प्रसंस्करण और सेवा सीमाओं को परिभाषित करते हैं।

Definition

पॉलीमर तापीय विश्लेषण उन तकनीकों का समूह है जो नियंत्रित तापमान के एक फलन के रूप में एक पॉलीमर के भौतिक गुण—ऊष्मा प्रवाह, द्रव्यमान, या यांत्रिक प्रतिक्रिया—की निगरानी करता है ताकि उसके तापीय ट्रांज़िशन और स्थिरता का पता लगाया जा सके और उन्हें मापा जा सके।

Scope

यह विषय पॉलिमर के लिए मुख्य तापीय-विश्लेषण तकनीकों को शामिल करता है: ग्लास ट्रांज़िशन, गलनांक, क्रिस्टलीकरण और ऊष्मा क्षमता के लिए डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमेट्री; अपघटन तापमान और तापीय स्थिरता के लिए थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण; और मापांक और डैम्पिंग की तापमान निर्भरता के लिए डायनामिक मैकेनिकल विश्लेषण। यह बताता है कि प्रत्येक तकनीक किस ट्रांज़िशन का पता लगाती है और डेटा फॉर्मूलेशन और प्रसंस्करण को कैसे निर्देशित करता है।

Core questions

• डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमेट्री ग्लास ट्रांज़िशन, गलनांक और क्रिस्टलीकरण में कैसे अंतर करती है?
• थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण तापीय स्थिरता और संरचना को कैसे मापता है?
• कैलोरीमेट्री के अलावा डायनामिक मैकेनिकल विश्लेषण क्या जोड़ता है?
• इन डेटा का उपयोग प्रसंस्करण और सेवा तापमान निर्धारित करने के लिए कैसे किया जाता है?

Key theories

संक्रमणों का कैलोरीमेट्रिक पता लगाना

डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमेट्री तापमान के मुकाबले ऊष्मा प्रवाह को रिकॉर्ड करती है, जो ग्लास ट्रांज़िशन को ऊष्मा क्षमता में एक कदम के रूप में, गलनांक को एक एंडोथर्मिक शिखर के रूप में, और क्रिस्टलीकरण को एक एक्सोथर्मिक शिखर के रूप में दिखाती है, जिससे संक्रमण तापमान और एन्थैल्पी को मापा जा सकता है।

थर्मोमैकेनिकल और ग्रेविमेट्रिक प्रतिक्रिया

डायनामिक मैकेनिकल विश्लेषण ग्लास ट्रांज़िशन के प्रति उच्च संवेदनशीलता के साथ संक्रमणों के माध्यम से भंडारण मापांक और हानि स्पर्शरेखा को ट्रैक करता है, जबकि थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण अपघटन की शुरुआत, वाष्पशील सामग्री और भराव अंश को प्रकट करने के लिए द्रव्यमान हानि का अनुसरण करता है।

Mechanisms

डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमेट्री तापमान बढ़ने पर एक नमूने और एक संदर्भ में ऊष्मा प्रवाह की तुलना करती है, इसलिए ग्लास ट्रांज़िशन पर ऊष्मा क्षमता में परिवर्तन एक बेसलाइन स्टेप के रूप में दिखाई देता है, क्रिस्टल का संलयन एक एंडोथर्म के रूप में दिखाई देता है, और क्रिस्टलीकरण एक एक्सोथर्म के रूप में दिखाई देता है; शिखर क्षेत्र एन्थैल्पी और क्रिस्टलीय अंश देते हैं। थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण गर्म करने के दौरान नमूने का लगातार वजन करता है, जिसमें द्रव्यमान-हानि के चरण वाष्पशील पदार्थों की हानि, अपघटन और अवशिष्ट अकार्बनिक सामग्री को चिह्नित करते हैं। डायनामिक मैकेनिकल विश्लेषण एक दोलनशील तनाव लागू करता है और मापांक और डैम्पिंग को मापता है, जिससे ग्लास ट्रांज़िशन और कमजोर द्वितीयक विश्राम को उच्च संवेदनशीलता के साथ हल किया जा सकता है।

Clinical relevance

तापीय विश्लेषण पॉलीमर प्रसंस्करण और गुणवत्ता नियंत्रण का आधार है: ग्लास ट्रांज़िशन और गलनांक मोल्डिंग, एक्सट्रूज़न और सेवा तापमान निर्धारित करते हैं; अपघटन डेटा सुरक्षित प्रसंस्करण सीमाओं और लौ व्यवहार को परिभाषित करता है; और डैम्पिंग शिखर कठोरता-संबंधी विश्राम को प्रकट करते हैं। ये विधियाँ संदूषण, मिश्रण में घुलनशीलता और थर्मोसेट में इलाज की डिग्री का भी पता लगाती हैं।

History

1960 के दशक में व्यावसायिक रूप से पेश की गई डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमेट्री, पॉलीमर ट्रांज़िशन के लिए मानक विधि बन गई और वंडरलिच और अन्य द्वारा मैक्रोमोलेक्यूल्स के लिए इसका व्यापक रूप से विकास किया गया; थर्मोग्रैविमेट्रिक और डायनामिक मैकेनिकल उपकरण उसी अवधि में परिपक्व हुए, जिससे तापीय विश्लेषण पॉलीमर प्रयोगशालाओं का एक नियमित हिस्सा बन गया।

Key figures

• Bernhard Wunderlich
• John Ferry

Seminal works

• sperling2006
• young2011

Frequently asked questions

डिफरेंशियल स्कैनिंग कैलोरीमेट्री एक पॉलीमर में क्या मापती है?

यह ऊष्मा प्रवाह को मापती है जब नमूना गर्म या ठंडा किया जाता है, जिससे ग्लास ट्रांज़िशन ऊष्मा क्षमता में एक कदम के रूप में, गलनांक एक एंडोथर्मिक शिखर के रूप में, और क्रिस्टलीकरण एक एक्सोथर्मिक शिखर के रूप में प्रकट होता है, साथ ही उनके तापमान और एन्थैल्पी भी।

थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण का उपयोग क्यों करें?

यह तापमान के साथ द्रव्यमान हानि को ट्रैक करता है, इसलिए यह अपघटन की शुरुआत और तापीय स्थिरता, वाष्पशील या नमी की मात्रा, और एक पॉलीमर नमूने की अकार्बनिक भराव या अवशेष सामग्री को प्रकट करता है।