ISO 11357-2 Plastikler - Diferansiyel Taramalı Kalorimetri (DSC) - Bölüm 2: Cam Geçiş Sıcaklığının ve Basamak Yüksekliğinin Belirlenmesi

Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO) tarafından yayınlanan “ISO 11357-2 Plastikler - Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) - Bölüm 2: Cam geçiş sıcaklığının ve basamak yüksekliğinin belirlenmesi“ standardında, amorf ve kısmen kristalin plastiklerin cam geçiş sıcaklığının ve cam geçişine ilişkin basamak yüksekliğinin belirlenmesine yönelik yöntemleri açıklanmaktadır.

Bu standardın amaçları doğrultusunda, ISO 472 ve ISO 11357-1 standartlarında verilen terimler ve tanımlar yanı sıra şu tanımlar geçerlidir:

Cam geçiş sıcaklığı: Cam geçişinin gerçekleştiği sıcaklık aralığının karakteristik değerini ifade eder. Atanan cam geçiş sıcaklığı, belirli özelliğe ve onu ölçmek için seçilen yöntem ve koşullara bağlı olarak değişebilir.
Cam geçiş basamağı yüksekliği: Cam geçiş sıcaklığında üst ve alt ekstrapole edilmiş baz çizgilerinin özgül ısı kapasitesi farkını ifade eder. Kısmen kristalin polimerler için cam geçiş basamağı yüksekliği, amorf içerikle orantılıdır.

Prensip olarak numuneye ve referans potaya ısı akış hızı arasındaki fark, numune ve referans belirli bir atmosferde aynı sıcaklık kontrol programına tabi tutulurken, sıcaklık ve zamana bağlı olarak ölçülür. İki tür diferansiyel taramalı kalorimetri (DFS) gerçekleştirilebilir: ısı akısı DSC ve güç telafili DSC. Isı akış hızındaki değişim, sıcaklığa bağlı olarak kaydedilir ve elde edilen eğriden cam geçiş sıcaklığı ve adım yüksekliği belirlenir.

Polimer bilimi ve malzeme mühendisliği alanında, plastiklerin sıcaklık değişimleri altındaki davranışlarını karakterize etmek için hassas termal analiz esastır. Kritik özelliklerden biri, amorf bir polimerin sert, camsı bir durumdan yumuşak, kauçuksu bir duruma geçtiği nokta olan cam geçiş sıcaklığıdır. Cam geçiş sıcaklığının doğru ölçümü, ambalaj filmlerinden otomotiv bileşenlerine kadar uzanan uygulamalarda ürün güvenilirliğini sağlar.

Plastikler ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) üzerine daha geniş kapsamlı ISO 11357 standart serisinin bir parçası olan ISO 11357-2 standardı, diferansiyel taramalı kalorimetri kullanarak cam geçiş sıcaklığını belirlemek için standartlaştırılmış bir yöntem sunmaktadır.

Bu standart, amorf ve yarı kristalin polimerler için geçerlidir (cam geçiş sıcaklığının olmadığı tam kristalin olanlar hariç). Diferansiyel taramalı kalorimetri cihazının kapasitesine bağlı olarak eksi 100 derece ile artı 600 derece arasındaki sıcaklık aralığında cam geçiş sıcaklığı ölçümünü kapsar. Ancak erime noktaları (ISO 11357-3), kristalleşme (ISO 11357-4) veya oksidasyon indüksiyon süresi (ISO 11357-6) bu standardın kapsamı dışındadır.

ISO 11357-2 standardı, bu standardın diğer bölümleriyle uyumludur ve termal özellikler için birleşik bir diferansiyel taramalı kalorimetri çerçevesini destekler.

Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), kontrollü bir oranda sıcaklık değiştikçe bir numune ile referans arasındaki ısı akışı farklarını ölçer. Isı akısı DSC’sinde (en yaygın olanı) her ikisi de aynı fırındadır, güç dengelemeli DSC’de ise ayrı ısıtıcılar eşit sıcaklıkları korur.

Cam geçiş sıcaklığı, erime gibi keskin bir tepe noktası değil, ısı kapasitesinde bir basamak değişimiyle işaretlenen ikinci dereceden bir geçiştir. Artan moleküler hareketlilik nedeniyle DSC termogramında bir taban çizgisi kayması olarak görünür. Cam geçişi basamak yüksekliği, ısı akışındaki dikey kayma, özgül ısı kapasitesindeki değişimi nicelleştirir. Etkileyen faktörler, ısıtma hızı, numune geçmişi (örneğin tavlama), nem ve moleküler ağırlıktır. ISO 11357-2 standardı, değişkenliği en aza indirmek için bunları standartlaştırır.

ISO 11357-2 standardı titiz bir protokol içermektedir:

Numune hazırlama: Kütle, 5-20 mg (doğruluk için genellikle 10 mg). İnce filmler, tozlar veya granüller, nem girişini önlemek için alüminyum kaplarda hava geçirmez şekilde kapatılır. Higroskopik ise kuru numuneler, isteğe bağlı olarak ön ısıtma yoluyla termal geçmiş silme amacı ile koşullandırılır.
Cihaz kalibrasyonu: Sıcaklık, yüksek saflıkta standartlar kullanılarak (örneğin 156,6 derecede indiyum). Isı akışı için boş kaplarla temel düzeltme yapılır.
Test koşulları:
Isıtma hızı: 10-20 K/dk (standart cam geçiş sıcaklığı için 20 K/dk önerilir, hassasiyet için 10 K/dk gibi daha yavaş hızlar).
Atmosfer: 20-50 mL/dk’da inert gaz (azot veya helyum).
Sıcaklık programı: İlk ısıtma, beklenen cam geçiş sıcaklığı değerinin 50 derece altından 50 derece üstüne. Geçmişi silmek için en az 20 K/dk’da soğutulur. İkinci ısıtma, tekrarlanabilir cam geçiş sıcaklığı için tekrarlanır (yarı kristalin polimerler için zorunludur).
Veri değerlendirmesi:
Cam geçiş sıcaklığı belirleme yöntemleri (orta nokta tercih edilir):
Başlangıç (ekstrapole edilmiş): Önceki veya sonraki adımdan sonra taban çizgilerine teğetlerin kesişimi.
Orta nokta: Adımın yarı yüksekliği (ISO’ya göre en yaygın).
Dönüm noktası: Maksimum eğim noktası.
Cam geçiş basamağı yüksekliği hesaplaması: Ekstrapole edilmiş taban çizgileri arasındaki ısı akışı farkı, kütle ve hıza göre normalize edilmiştir.
Yazılımlar bunu genellikle otomatikleştirir, ancak manuel doğrulama önerilir.
Raporlama: Yöntemle birlikte cam geçiş sıcaklığı değerleri, işaretli noktalarla termogram ve belirsizlikler (cam geçiş sıcaklığı için tipik olarak artı/eksi ±1-2 derece) raporlanır.

ISO 11357-2 standardının başlıca uygulama alanları şunlardır:

Malzeme Seçimi: Cam geçiş sıcaklığı, servis sıcaklığını belirler.
Kalite kontrol: Parti varyasyonlarını veya bozulma tespit edilir.
Ar-Ge: Katkı maddeleri, karışımlar veya kürleme incelenir (örneğin epoksi cam geçiş sıcaklığı çapraz bağlama ile artar).
Endüstriler: Otomotiv (gösterge panelleri), elektronik (PCB’ler), tıbbi cihazlar (sterilize edilebilir plastikler).

Kısaca ISO 11357-2 standardı, polimer karakterizasyonunda küresel tutarlılığı teşvik ederek güvenilir cam geçiş sıcaklığı ölçümü için vazgeçilmez bir araçtır. Bu sayede daha güvenli ürünler geliştirilmektedir.

Kuruluşumuz, yıllardır yetkin ve deneyimli bir kadro ile müşterilerinin ihtiyaçlarını anlamakta, ihtiyaç duydukları ileri test hizmetlerini vermekte ve yönetim sistemlerinin kurulması, uygulanması ve iyileştirilmesi konusunda yardımcı olmaktadır. Bu çerçevede işletmelere “ISO 11357-2 Plastikler - Diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) - Bölüm 2: Cam geçiş sıcaklığının ve basamak yüksekliğinin belirlenmesi“ standardına uygun test hizmetleri de verilmektedir.