DSC ( Diferansiyel Tarama Kalorimetre)

Genel olarak küçük veya büyük molekül ağırlıklı bütün moleküllerde ısı alış verişi ile bazı fiziksel ve kimyasal değişimler gerçekleşmektedir. DSC ile termal karakterizasyon ise, değişimlerin absorbe edilen veya açığa çıkan ısının, sıcaklığın fonksiyonu olarak ölçülerek tanımlanması temeline dayanmaktadır.

DSC tekniği polimerleri ısıttığımız zaman oluşabilecek fiziksel değişimleri gözlemlememize olanak sağlar. Bu teknikle polimerlerin camsı geçiş sıcaklığı, erime ve kaynama noktaları, spesifik ısı kapasitesi, kristallenme yüzdesi, oksidatif kararlılık gibi değerleri belirleyebiliriz.

DSC termal yöntemler arasında en sık kullanılan test tekniğidir.

Diferansiyel Tarama Kalorimetre ölçümü sonunda sıcaklık-ısı akış grafiği elde edilir. DSC, örnek ısıtılırken, soğutulurken ya da sabit bir sıcaklıkta tutulurken soğrulan ya da salıverilen enerji miktarını ölçer.

Camsı geçiş sıcaklığı (Tg) nedir?

Polimerlere ait karakteristik bir özelliktir. Polimer malzemeler; Tg değerinin altında cam gibi sert ve kırılgandır. Polimer, Tg değerinin üzerinde olduğunda esnek, bükülebilir ve kırılması zor bir yapıya geçiş yapar. Bu bir faz geçişi değildir. Sadece polimer zincilerinin ısıyı absorblaması sonucu hareketlerini arttırmaya başladığı bir geçiştir. 

Polimer %100 kristallenmişse, Tg sıcaklığını gözlemleyemeyiz. Tg amorf yapılı polimerlerin özelliğidir.  

Oksidatif Kararlılık Nedir?

Polimer numunesi; erime noktasının üzerindeki bir sıcaklıkta (ancak termal bozunma sıcaklığının altında) hava veya oksijen atmosferinde bekletildiğinde okside olarak bozunur. Her polimerin belirli bir sıcaklıkta oksijene dayanım süresi vardır. DSC cihazını kullanarak, araştırmacılar polimerin belirli bir sıcaklıkta oksijene maruz kaldıktan sonra okside olmaya başladığı süreyi ölçer ve bu süreyi oksidatif kararlılık süresi olarak belirler.

Difaransiyel tarama kalorimetre (DSC) testi

Polietilen treftalata (PET)

Uygulama;

Numune, pellet, film veya plaka şeklinde ise, öncelikle ince ince doğranır. Toz halindeki numuneler ise direkt olarak (yaklaşık 2-10 mg numune) alüminyum (Al) krozede tartarız. Operatör, alüminyum kapağı sıkıştırır ve numune bölmesine yerleştirir. Aynı şekilde hazırladığı boş (veya alümina ile doldurduğu) bir alüminyum kroze’yi referans bölmesine yerleştirir. Daha sonra, istenilen sıcaklığa ulaşana kadar, sabit bir hızla ve inert bir atmosferde (çoğunlukla azot) ısıtma veya soğutma işlemi uygular.

Araştırmacılar, polimer numuneleri için tipik olarak 50°C/dak hızında bir ön ısıtma yaparlar. Sonra termal hafıza silme işlemini gerçekleştirirler. Ardından, 10°C/dak hızında yavaş bir ısıtma ve soğutma programı uygulayarak termogram çizerler. Elde edilen termogram üzerinde; camsı geçiş, erime ve kristallenme pikleri hatta dekompozisyon eğrisini inceleyerek değerlendirirler. Bu çalışmalar sırasında homopolimer, kopolimer ve blend gibi tanımlamalara ulaşmak mümkündür.

       DSC termogramında gözlemlenen üç olay

Termal Dekampozisyon Nedir?

Artan sıcaklıkla birlikte polimer zinciri üzerinde önce en kararsız gruplardan başlamak üzere kopmalar olur. Kopan grupların oluşma entalpisine bağlı olarak bozunma ekzotermik veya endotermik olur. Polimerlerin termal bozuması, termogravimetrik analiz cihazı ile izleyebiliriz.

Bazı polimerlerde Tg ve Tm değerleri