Vad är droppunkt? Vad är mjukgörande punkt?

Bestämning av dropp- och mjukningspunkt är en av de få metoder som finns för att termiskt karakterisera salvor, syntetiska och naturliga hartser, matfetter, fetter, vaxer, fettpolymerer, bitumen, tjära etc. Analys av dropp- och mjukningspunkter utförs huvudsakligen under kvalitetskontrollprocessen. Det kan också vara av värde under forsknings- och utvecklingsstadierna för att bestämma driftstemperaturer och processparametrar för olika material.

På den här sidan får du viktig kunskap om tekniker för dropp- och mjukningspunkter. Dessutom ges praktiska tips och råd för det dagliga arbetet.

Vid automatisk droppunktsbestämning videoinspelas hela droppunktstestet och bildanalys används för att automatiskt upptäcka den första droppen som lämnar provbägaren när den passerar genom en virtuell vit rektangel som finns under bägarens öppning. Samtidigt som detta detekteras mäts och registreras ugnstemperaturen med en upplösning på 0,1 °C.

• Videobildanalys från METTLER TOLEDOs DP70 och DP90
  
• Utvärderingsområde: avbildad inom det markerade rektangelområdet
  
• Detektering sker när en droppe har passerat genom rektangeln

Vid automatisk bestämning av mjukningspunkten markeras framkanten på det mjukade provet med en steglinje i videon. När den stegvisa linjen har passerats visas en virtuell linje som befinner sig 19 mm under koppens öppning. Den motsvarande ugnstemperaturen mäts och registreras med en upplösning på 0,1 °C. Den automatiserade Dropping Point-enheten från METTLER TOLEDO genererar också ett nytt längddiagram, som indikerar provets reologiska beteende.

• Videobildanalys från METTLER TOLEDOs DP70 och DP90
  
• Utvärderingsområde: fotograferat inom det markerade rektangulära området inklusive steglinjen vid 19 mm
  
• Detektering sker när steglinjen når ett definierat avstånd

Titta på den här videon för att lära dig mer om fördelarna med automatiserade droppunktsinstrument:

En manuell metod för bestämning av droppunkten för ätliga oljor och fetter, som beskrivs i standarden DIN 51801, är Ubbelohde-metoden. En särskild termometer med en upplösning på en tiondels grad sänks direkt ned i kontakt med provet som ligger i en kopp. Uppställningen är placerad i ett provrör och uppvärmningen sker i ett vattenbad. Dropppunktstemperaturen ska noteras så snart händelsen upptäcks visuellt. Resultaten av detta test är starkt beroende av operatörens erfarenhet.

DIN-standarden kräver en provkopp vars dimensioner skiljer sig från den som används i AOCS, ASTM och andra droppunktsmetoder. Jämförande droppunktstester med båda bägarna utförda på ett automatiskt METTLER TOLEDO-instrument visade ingen signifikant skillnad i de erhållna resultaten.

När det gäller resultatens kvalitet och jämförbarhet är det automatiska droppunktstestet av ätliga oljor och fetter ett perfekt alternativ till den manuella Ubbelohde-metoden.

En manuell metod för droppunktstest av vaxer beskrivs i standarden ASTM D127. Uppställningen kräver ett kylt vattenbad, två ASTM-termometrar med en upplösning på en tiondels grad och två provrör. Vattenbadet ska hållas vid 16 °C. Båda ASTM-termometrarna ska kylas till 16 °C. De förkylda ASTM-termometrarna sänks ned i det smälta provet. Båda termometrarna med det vidhäftande provet kyls sedan i 5 minuter vid 16 °C i vattenbadet innan de placeras i provrör som är nedsänkta i vattenbadet vid samma temperatur. En dubbel uppvärmningsramp används sedan: först höjs temperaturen med 2 °C/min till 38 °C och sedan med 1 °C/min tills den första droppen av den smälta substansen lämnar termometern. Temperaturen noteras vid denna punkt.

Jämfört med den automatiska metoden kräver visuell händelsedetektering erfarna operatörer för att uppnå tillräcklig repeterbarhet i resultaten. Resultatvariationen kommer att vara högre på grund av operatörens partiskhet. Förutom den relativt tråkiga provberedningen och proceduren med dubbla uppvärmningsramper innehåller den ASTM-termometer som krävs giftigt kvicksilver. Användningen av sådana enheter är kontroversiell och i framtiden kommer laboratorierna att söka efter andra alternativ.

De automatiserade metoderna ger otvetydiga fördelar och kan anses vara ett hållbart alternativ till det manuella droppunktstestet av vaxer.

METTLER TOLEDOs droppunktssystem för bestämning av mjukningspunkt fungerar enligt kopp-och-boll-metoden. Denna installation skiljer sig åt i flera avseenden. Temperaturkontrollen säkerställs av en uppvärmningsprincip med metallblock och temperaturen i koppen och kulan registreras med en digital termometer. Provet placeras i en kopp och kan flöda fritt nedåt genom en öppning i koppen. Precis som med ring-och-boll-uppsättningen främjar en boll också flödet av provet, men här blockeras den av koppens mindre diameter och flödar inte igenom med provet. Analysen sker i en glasbehållare som kasseras efter experimentet, så att kontaminering av ugnen undviks.

Den fråga som ofta uppstår är om de två teknikerna ger samma resultat. ASTM-metoderna anger uttryckligen att de har utformats för att reproducera resultaten från ring-och-kula-metoderna. Detta bevisas av ASTM Interlaboratory-studier som har genomförts. Ett exempel på resultaten från 11 olika laboratorier på 7 hartsämnen (sexfaldiga mätningar) beskrivs nedan:

De internationella standarderna ASTM D3104, ASTM D3461, ASTM D3954, ASTM D6090 och AOCS Cc 18-80 är specifikt baserade på automatisk mätning av dropp- och mjukningspunkter med METTLER TOLEDOs droppunktsinstrument.

För en översikt över internationella normer och standarder för dropp- och mjukningspunkter, inklusive manuella metoder, besök www.mt.com/MPDP-norms.

ASTM D3104- och D3461-standarderna kallas mjukningspunkt enligt METTLER TOLEDO eller METTLER TOLEDO:s cup-and-ball. De baseras på principen för automatisk detektering av mjukningspunkt med METTLER TOLEDO Dropping Point-instrument. I D3104-standarden krävs ingen extra viktning av provet i koppen, medan det i D3461-standarden krävs en blykula med specificerade dimensioner för att förstärka flödet av provet från koppen. I båda fallen utförs provningen i en ugn och temperaturen vid mjukningspunkten detekteras och registreras automatiskt. ASTM D36- eller ISO EN 1427-metoderna specificerar mjukningspunktstestet enligt ring-och-kula-metoden. I motsats till METTLER TOLEDOs standarder används en annan testuppställning som inkluderar uppvärmning i vätskemediumbad. ASTM D566 eller ISO EN 2176 ligger till grund för testning av smörjfettets droppunkt, med hjälp av antingen ett flytande mediumbad eller en aluminiumugns blockuppvärmning. I båda fallen måste provet förberedas i droppunktskoppen enligt en exakt specificerad procedur. I båda standarderna detekteras droppunktshändelsen manuellt. IP 396-standarden följer dessa standarder när det gäller provberedning, men baseras på en dubbel uppvärmningsramp (se diagram) och automatisk detektering av dropppunktshändelser.

METTLER TOLEDOs droppunktsinstrument möjliggör helautomatisk droppunktsdetektering av smörjfett exakt enligt kraven i IP 396-standarden. I alla standarder anges snäva gränser för repeterbarhet och reproducerbarhet, vilket fungerar som en riktlinje för att bedöma resultatkvaliteten. I standarderna för bitumen/pitch/asfalt är dessa specifikationer snäva, medan motsvarande värden i standarderna för smörjfett är jämförelsevis höga. Detta beror på att fettets provintegritet förstörs under uppvärmningsproceduren, särskilt om temperaturer över 200 °C måste tillämpas.

IP 396 krav på arbetsflöde

• T_initial = T_ambient + 10 °C
• 10 °C/min T-ramp till T_start
• T_start = T_{DP expected} - 20 °C om DP <= 220 °C
• T_start = 200 °C om DP > 220 °C
• Ingen väntetid efter T_start
• 1 °C/min T-ramp till DP

METTLER TOLEDOs instrumentbaserade ASTM D6090 specificerar kraven för automatisk bestämning av mjukningspunkten för hartser. Testproceduren och detektionsprincipen är nästan identisk med den som beskrivs i den tidigare standarden ASTM D3461. En viktig skillnad är att en stålkula istället för en blykula används för att väga provet i koppen. ASTM D6493 specificerar mjukningspunktstestet för hartser enligt ring-och-boll-metoden, som är nästan identisk med ASTM D36-standarden. AOCS Cc 18-80-standarden specificerar automatisk droppunktsdetektering av ätbara fetter och oljor med hjälp av ett droppunktsinstrument från METTLER TOLEDO. Denna standard omfattar även testning av prover med droppunkter under omgivningstemperatur. ASTM D3954-standarden är också specificerad på ett METTLER TOLEDO droppunktsinstrument och används för automatiska droppunktstester av vaxer inklusive paraffin, mikrokristallin polyeten och naturliga vaxer. European Pharmacopeia 2.2.17 B-standarden är analog med denna, men specifikationerna för repeterbarhet är strängare. Slutligen beskriver ASTM D127 den manuella proceduren för droppunktstestning av vaxer.

Ätbara oljor, fetter och organiska lösningsmedel kan stelna och mätas vid låga temperaturer. Ämnen behöver ofta kylas ned eller frysas under en tillräckligt lång tid före droppunktsmätningen. METTLER TOLEDO Excellence droppunktssystem DP90 utför droppunktsmätningar ner till -20 °C. Placera den separata DP90-mätcellen, ugnen och det optiska detekteringssystemet i ett kylskåp eller en frys tills den erforderliga temperaturen har uppnåtts.

Följande arbetsflöde rekommenderas för droppunktsmätningar under omgivningstemperatur. Observera att "kylanordning" (CD) avser en frys eller ett kylskåp.

1. Första installationen: Se till att DP90-mätcellen och CD:n har rumstemperatur.
2. Kylning av DP90: Placera DP90-mätcellen i CD:n och starta kylningen. Kyl över natten om möjligt.
3. Kylning avtestutrustningen: Kyl all testutrustning (provkoppar, uppsamlingsglas och lock) och provberedningsverktyget (provhållare) i minst 1 timme i CD:n.
4. Överföring av provet: Placera provkoppen i provberedningsverktyget. Överför långsamt vätskan med en pipett till den förkylda provkoppen tills den är helt full.
5. Solidifiering av provet: Låt provet stelna i minst 1 timme i CD:n. Vissa prover kan behöva kylas längre. CD-skivan bör endast öppnas vid behov (t.ex. provberedning, byte av provbärare). En CD-skiva med toppladdning har visat sig vara det bästa stödet för arbetsflödet.
6. Ljushetsfaktor: Minska ljusstyrkan i metoden till 30 % för att hantera eventuella reflektioner från provet.
7. Hantering av provbäraren: Utför alla manipulationer, t.ex. montering och demontering av provbäraren, inuti CD-skivan för att undvika upptining och kondens. Vi rekommenderar att engångshandskar används.

Vid sidan av korrekt provberedning är instrumentets inställningar lika viktiga för exakt bestämning av droppunkt och mjukning. Korrekt val av starttemperatur, stopptemperatur och uppvärmningsramphastighet är nödvändigt för att förhindra felaktigheter på grund av en ojämn eller för snabb värmeökning i provet:

a) Starttemperatur

Bestämning av droppunkt och mjukningspunkt startar vid en fördefinierad temperatur som ligger nära den förväntade droppunkten eller mjukningspunkten.
Upp till starttemperaturen förvärms värmestativet snabbt. Vid starttemperaturen förs proverna in i ugnen och temperaturen börjar stiga med den definierade uppvärmningsramphastigheten.
Den vanligaste formeln som används för att beräkna starttemperaturen är Starttemperatur = förväntad DP - (3 min * uppvärmningshastighet)

b) Uppvärmningens ramphastighet

Uppvärmningsramphastigheten är den fasta hastigheten för temperaturökning mellan start- och stopptemperaturerna för uppvärmningsrampen.
Typisk uppvärmningshastighet (enligt normerna): 2 °C/min

c) Stopptemperatur

Den maximala temperatur som ska uppnås i bestämningen.
Den vanliga formeln som används för att beräkna stopptemperaturen:
Stopptemperatur = förväntad DP + (3 min * uppvärmningshastighet)
Eller aktivera villkoret "Stopp vid händelse". På så sätt avbryts mätningen automatiskt så snart droppunkten detekteras.

Innan enheten tas i drift rekommenderas att man kontrollerar dess mätnoggrannhet. För att kontrollera temperaturnoggrannheten kalibreras instrumentet med hjälp av referenssubstanser med certifierade temperaturvärden. På så sätt kan de nominella värdena inklusive toleranser jämföras med faktiska uppmätta värden. Grunden för jämförelsen är den termodynamiska smältpunkten för kalibreringsämnet som anges på motsvarande certifikat. Den termodynamiska smältpunkten är den fysiskt korrekta smältpunktstemperaturen för det faktiska provet, inte ugnstemperaturen, och är oberoende av experimentuppställningen. Droppunkten för ett referensämne är inte lika med den termodynamiska smältpunkten eftersom den uppmätta temperaturen faktiskt är ugnstemperaturen och inte provtemperaturen. Därför måste ugnstemperaturvärdet justeras med hjälp av ett korrigeringsvärde, som lagras för varje referensämne i METTLER TOLEDOs droppunktsinstrument.