Thermogravimetrische Analyse (TGA)

Was die TGA bei Kunststoffen misst

Bei der TGA wird eine Probe kontrolliert erwärmt oder auf einer konstanten Temperatur gehalten, während ihr Massenverlust oder ihre Massenstabilität kontinuierlich aufgezeichnet wird. Sichtbar werden einzelne Abbaustufen, Verdampfungsprozesse und nicht flüchtige Rückstände. In der Kunststoffanalytik wird das Verfahren genutzt, um das Verhalten von Polymeren, Additivsystemen, Rezyklaten und gefüllten Werkstoffen unter thermischer Belastung zu charakterisieren.

Typische Fragestellungen in der Werkstoffcharakterisierung

TGA wird eingesetzt, wenn der Anteil flüchtiger Bestandteile, der Zersetzungsverlauf oder der Rückstand einer Kunststoffprobe relevant ist. Typische Anwendungen sind die Beurteilung der thermischen Stabilität, die Bestimmung von Feuchte oder Lösemittelresten, die Abschätzung von Füllstoff- und Aschegehalten sowie der Vergleich verschiedener Rezepturen oder Chargen. Auch bei Schadensanalysen und bei der Prüfung von Materialänderungen nach Alterung oder Verarbeitung liefert die Methode verwertbare Daten.

Messbedingungen und Auswertungsformen

Die Aussagekraft der TGA hängt stark von den gewählten Prüfbedingungen ab. Relevant sind unter anderem Heizrate, Temperaturbereich, Haltezeiten, Probenmasse und die Messatmosphäre. Je nach Fragestellung werden dynamische Heizprogramme oder isotherme Messungen verwendet. Ausgewertet werden der Verlauf der Massenänderung, charakteristische Temperaturbereiche einzelner Schritte und der verbleibende Rückstand am Ende der Messung.

Abgrenzung zu DSC und Infrarotspektroskopie

Innerhalb der Werkstoffcharakterisierungen liefert die TGA andere Informationen als benachbarte Analyseverfahren. Die Differenzkalorimetrie (DSC) erfasst Wärmeflüsse und damit beispielsweise Schmelz-, Kristallisations- oder Glasübergänge, nicht aber direkt den Masseverlust. Die Infrarotspektroskopie dient vor allem der Identifikation chemischer Strukturen und funktioneller Gruppen. TGA ist dann passend, wenn die thermisch bedingte Massenänderung selbst im Vordergrund steht.