差示掃描量熱儀DSC分析解析PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1差示掃描量熱儀差示掃描量熱儀DSC分析解析分析解析第一章 DSC基本原理第1頁(yè)/共46頁(yè)DSC定義 程序控溫條件下，測(cè)量在升溫、降溫或恒溫過程中品所吸收與釋放出的熱量 Q200DSC爐子第2頁(yè)/共46頁(yè)原理DSC監(jiān)測(cè)樣品和參比溫度差（熱流）隨時(shí)間或溫度變化而變化的過程。樣品和參比處于溫度相同的均溫區(qū)，當(dāng)樣品沒有熱變化的時(shí)候，樣品端和參比端的溫度均按照預(yù)先設(shè)定的溫度變化，溫差T=0。當(dāng)樣品發(fā)生變化如熔融，提供給樣品的熱量都用來維持樣品的熔融，參比端溫度仍按照爐體升溫，參比端溫度 會(huì)高于樣品端溫度從而形成了溫度差。把這種溫度差的變化轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃鞑钤僖郧€記錄下來，就形成了DSC的原始數(shù)據(jù)。第

2、3頁(yè)/共46頁(yè)假設(shè):1, 傳感器絕對(duì)對(duì)稱，Tfs = Tfr， Rs = Rr = R 2, 樣品和參比端的熱容相等Cpr=Cps 3, 樣品和參比的加熱速率永遠(yuǎn)相同 4, 樣品盤及參比盤的質(zhì)量（熱容）相等 5, 樣品盤、參比盤與傳感器之間沒有熱阻或者熱阻相等q-熱流， T-樣品參比溫差，R-熱阻DSC的基礎(chǔ)公式第4頁(yè)/共46頁(yè)實(shí)際測(cè)試過程第5頁(yè)/共46頁(yè)熱阻抗的不平衡部分 熱容量的不平衡部分 加熱速率的不平衡部分第6頁(yè)/共46頁(yè)如上因素，我們需要測(cè)量?jī)x器整個(gè)溫度范圍內(nèi)，樣品端和參比端熱阻和熱容隨溫度變化的數(shù)值。并且要把這些不平衡因素消除。我們把這種測(cè)量稱之為T0校正，其實(shí)叫熱阻熱容測(cè)量更準(zhǔn)確

3、。第7頁(yè)/共46頁(yè)第二章 DSC在高分子材料的應(yīng)用第8頁(yè)/共46頁(yè)測(cè)量熔融溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變、氧化誘導(dǎo)時(shí)間（溫度）測(cè)相變熱焓及結(jié)晶度、測(cè)研究結(jié)晶動(dòng)力學(xué)測(cè)化學(xué)反應(yīng)熱焓、研究固化反應(yīng)及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)表征聚合物相容性應(yīng)用第9頁(yè)/共46頁(yè)DSC典型綜合圖譜溫度熱流 - 放熱玻璃化轉(zhuǎn)變結(jié)晶熔化交聯(lián) (固化) 氧化 或分解第10頁(yè)/共46頁(yè)一般在DSC熱譜圖中，吸熱(endothermic)效應(yīng)用凸起的峰值來表征 (熱焓增加)，放熱(exothermic)效應(yīng)用反向的峰值表征(熱焓減少)。DSC曲線熱焓變化率，熱流率(heat flowing)，單位為毫瓦（mW）吸收熱量，樣品熱容增加，基線發(fā)生位移結(jié)晶，放出熱

4、量，放熱峰；晶體熔融，吸熱，吸熱峰第11頁(yè)/共46頁(yè)DSC應(yīng)用：熔融溫度(熔點(diǎn))的測(cè)定是否所有物質(zhì)都有熔點(diǎn)？什么是熔點(diǎn)？第12頁(yè)/共46頁(yè)熔點(diǎn)是晶體將其物態(tài)由固態(tài)轉(zhuǎn)變（熔化）為液態(tài)的過程中固液共存狀的溫度。結(jié)晶聚合物如尼龍、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等材料.第13頁(yè)/共46頁(yè) -4 -2 0 2 4 Heat Flow (W/g) 160 180 200 220 240 260 280 300 Temperature (C) Sample: GZMR-PA66 Size: 9.5000 mg Method: ASTM E794-06 DSC File: J:.Thermo data標(biāo)樣DSCDSC

5、-PA66.002 Operator: Jenner Run Date: 09-Jul-2010 09:31 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72 Exo Up Universal V4.3A TA Instruments峰的形狀峰的數(shù)目峰的位置峰的面積物質(zhì)的性質(zhì)決定定性定量第14頁(yè)/共46頁(yè)第15頁(yè)/共46頁(yè) 157.77C 156.70C 28.54J/g -6 -4 -2 0 2 Heat Flow (W/g) 80 100 120 140 160 180 Temperature (C) Sample: DSC-cal0224-In Size: 3.99

6、00 mg Method: ASTM E794-06 Comment: Nitrogen purging gas:50ml/min;Type of sample pan:Al DSC File: J:.CAL201202DSC-In20120224 Operator: IR Run Date: 24-Feb-2012 13:30 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72 Exo Up Universal V4.3A TA Instruments金屬銦的熔點(diǎn)，其DSC曲線近似一條垂直線，其熔點(diǎn)通常取外推起始溫度，吸收峰的面積為熱焓應(yīng)用實(shí)例：熔融溫度及熱焓測(cè)試第16頁(yè)

7、/共46頁(yè)高分子聚合物熔融溫度范圍較為寬廣，在整個(gè)熔融過程中可能伴有復(fù)雜的熔融/重結(jié)晶/晶型調(diào)整過程，高分子的熔點(diǎn)通常取峰值溫度第17頁(yè)/共46頁(yè) 262.84C 220.13C -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 Heat Flow (W/g) 0 50 100 150 200 250 300 Temperature (C) Exo Up Universal V4.3A TA InstrumentsPA 6PA 66根據(jù)熔點(diǎn)，可以對(duì)結(jié)晶高分子進(jìn)行定性鑒別第18頁(yè)/共46頁(yè) 2 3 1 -3 -2 -1 0 1 Heat Flow (W/g) 20 40 60 80 100 120

8、 140 160 180 200 Temperature (C) Exo Up Universal V4.3A TA InstrumentsPEPPPP+PE在聚丙烯與聚乙烯共混物中它們各自保持了自身的熔融特性，因此呈現(xiàn)出PP與PE的熔點(diǎn)第19頁(yè)/共46頁(yè) 130.88C 120.59C 95.00J/g 166.11C 157.61C 27.03J/g -4 -2 0 2 4 Heat Flow (W/g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Temperature (C) Sample: PP:PE=4.00:6.65 Size: 10.6500 mg

9、DSC File: J:.Thermo data標(biāo)樣DSCDSC-PP PE.001 Operator: Jenner Run Date: 21-Dec-2009 18:03 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72 Exo Up Universal V4.3A TA Instruments第20頁(yè)/共46頁(yè) 167.04C 147.44C -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 Heat Flow (W/g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Temperature (C) DSC-PP.001 DSC-共

10、聚PP.001 Exo Up Universal V4.3A TA InstrumentsFDA對(duì)于食品接觸類聚烯烴材料的熔點(diǎn)有著明確的規(guī)范要求！第21頁(yè)/共46頁(yè)M&M巧克力，不溶在手，只溶在口第22頁(yè)/共46頁(yè)是否所有物質(zhì)都存在玻璃化轉(zhuǎn)變？什么是玻璃化轉(zhuǎn)變？第23頁(yè)/共46頁(yè)第24頁(yè)/共46頁(yè)Heat FlowHeat CapacityTemperature Below Tg - lower Cp - lower Volume - lower CTE - higher stiffness - higher viscosity - more brittle - lower entha

11、lpyGlass Transition is Detectable by DSCBecause of a Step-Change in Heat Capacity-1.0-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3 Heat Flow (mW)0.51.01.52.0Heat Capacity (J/g/C)7090110Temperature (C)Sample: PolystyreneSize: 14.0200 mgMethod: Anneal80Comment: MDSC.3/402; After Anneal 80C various timesDSCFile: C:TADa

12、taLenFictiveTgPSanneal80.002Exo UpUniversal V3.8A TA Instruments第25頁(yè)/共46頁(yè)測(cè)量、報(bào)道玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變永遠(yuǎn)是一個(gè)溫度范圍。與玻璃化轉(zhuǎn)變相關(guān)的分子運(yùn)動(dòng)是有溫度依賴性的。因此，Tg隨著加熱速率或者測(cè)試頻率（MDSC, DMA等）的增加而提高。當(dāng)需要報(bào)道玻璃化溫度時(shí)候，一定要說明測(cè)試方法（DSC、DMA等等）、實(shí)驗(yàn)條件（加熱速率、樣品尺寸等等）以及Tg是如何確定的(1/2Cp的中點(diǎn)，或者是拐點(diǎn)，或者是求導(dǎo)后的峰值)。第26頁(yè)/共46頁(yè)聚苯乙烯9.67mg 10C/min第27頁(yè)/共46頁(yè)聚苯乙烯9.67mg 10C/min第2

13、8頁(yè)/共46頁(yè)第29頁(yè)/共46頁(yè)常用測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：ASTM D3418-121、ISO 11357-2-2013、第30頁(yè)/共46頁(yè) 185.45min 13.00min OrgMethod 1: Equilibrate at 50.00 C OrgMethod 2: Ramp 20.00 C/min to 210.00 C OrgMethod 3: Isothermal for 5.00 min OrgMethod 4: Select air OrgMethod 5: Mark end of cycle 0 OrgMethod 6: Abort next seg if mW 2.00 OrgMe

14、thod 7: Isothermal for 1000.00 min OIT=185.45min-13.00min=172.4min -3 -2 -1 0 1 Heat Flow (W/g) 0 50 100 150 200 Time (min) Sample: GZMR-DSC-00641-OIT Size: 8.5800 mg Method: Oxygen induction time Comment: Nitrogen purging gas:50ml/min;Type of sample pan:Al DSC File: J:.00641-OITDSC-00641-OIT-1 Oper

15、ator: IR Run Date: 11-Jan-2012 19:00 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72 Exo Up Universal V4.3A TA Instruments第31頁(yè)/共46頁(yè)DSC應(yīng)用：固化度的測(cè)定樹脂基體固化程度,用DSC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為試樣在某個(gè)條件下測(cè)出的固化反應(yīng)熱與未固化試樣完全固化的總反應(yīng)熱之比的百分?jǐn)?shù)DC( fraction reacted)=(Ht- H)100%/Ht =(1- H/Ht) 100%Ht：未固化樣品的完全固化總的反應(yīng)熱H：樣品的固化反應(yīng)熱測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：ASTM E2160-04(2012)和HB 7614-1998第32頁(yè)/共46頁(yè)根據(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算固化度：第33頁(yè)/共46頁(yè)第三章 實(shí)驗(yàn)技巧升溫速率樣品用量靈敏度與分辨率樣品粒度與堆積方式氣氛坩堝類型的選擇坩堝加蓋與否的選擇第34頁(yè)/共46頁(yè)對(duì)于 TG 測(cè)試，過快的升溫速率有時(shí)會(huì)導(dǎo)致丟失某些中間產(chǎn)物的信息。一般以較慢的升溫速率為宜。對(duì)于 DSC 測(cè)試，在傳感器靈敏度足夠的情況下，一般也以較慢的升溫速率為佳。第35頁(yè)/共46頁(yè)第36頁(yè)/共46頁(yè)第37頁(yè)/共46頁(yè)第38頁(yè)/共46頁(yè)第39頁(yè)/共46頁(yè)第40頁(yè)/共46頁(yè)第41頁(yè)/共46頁(yè)第42頁(yè)/共46頁(yè)第43頁(yè)/共46頁(yè)第44頁(yè)/共46頁(yè)1002003004005006007