如何解释DSC结果中的意外转换GydF4y2Ba

除了提供丰富的信息，差示扫描量热法(DSC)在样品制备、实验配置和结果解释方面是用户友好的。差示扫描量热法(DSC)是一种热分析技术，它测量温度和热流与材料的转变作为温度和时间的函数。亚博网站下载GydF4y2Ba

这种热分析测量有助于获得有关物理和化学变化的定性和定量数据，包括热容或放热/吸热过程的变化。GydF4y2Ba

玻璃化转变温度、熔点和沸点、结晶时间和温度、结晶度、比热、氧化稳定性、纯度、反应动力学、固化程度、固化速率是由DSC测量得到的一些具体信息。GydF4y2Ba

在样品制备、实验配置和结果解释方面，DSC是用户友好的，这些能力使DSC成为最广泛使用的热分析技术。然而，有一些常见的DSC事件/转换可能导致不到最佳结果和/或误解。GydF4y2Ba

本文介绍了几个此类事件及其原因和解决方法。图1是为说明这些事件/转换而生成的人工DSC曲线。这条曲线是人为的，因为所有这些事件都不会发生在同一条真实世界的DSC曲线上。GydF4y2Ba

本文有助于DSC用户在DSC结果中解释意外转换。通过实施一些推荐的程序和解决方案，可以改善DSC结果的整体质量和解释。GydF4y2Ba

图1。GydF4y2Ba人工DSC曲线GydF4y2Ba

大型吸热启动钩GydF4y2Ba

原因GydF4y2Ba

由于样品和参考样品的热容的变化，在程序热分析开始时可能会出现显著的基线变化，典型的吸热变化。由于热容和重量之间有直接关系，吸热位移意味着参考盘太轻，无法抵消样品重量。更快的升温速度进一步强化了这种效应。GydF4y2Ba

由于从电池冷却头传递冷，DSC电池基座中的热电偶结源变冷。随着温度降低和/或较低温度的时间增加，这种效果增加。GydF4y2Ba

对结果的影响GydF4y2Ba

检测微弱的转变变得困难，因为一个大的“启动挂钩”或倾斜的基线。此外，在实验的前2-3分钟，可能不可能再现过渡温度和测量的热流(DH)。GydF4y2Ba

解决方案GydF4y2Ba

用铝箔或额外的平底锅盖制作一系列不同重量的平底锅，每增加2毫克。当运行样品时，使用比样品盘重量多0-10%的参考盘。环氧预浸料样品的结果如图2所示。最好的结果是1.5盖，而过度补偿和放热启动钩是2盖的结果。GydF4y2Ba

图2。GydF4y2Ba参考盘重量的影响GydF4y2Ba

正确补偿对玻璃化转变结果的影响如图3和图4所示。值得注意的是，这些结果是在100°C等温保持以20°C/分钟加热时获得的。在比所选加热速率的范围至少少2-3分钟的温度下开始加热，即，当速率为20℃/分钟时，分析必须在比第一个感兴趣的热事件至少低50℃的温度下开始加热。GydF4y2Ba

图3。GydF4y2Ba启动钩子和tGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba没有参考锅GydF4y2Ba

图4。GydF4y2Ba启动钩子和tGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba正确的参考盘GydF4y2Ba

当在小于0°C的温度下操作时，建议使用干燥的氮气吹扫气体，以通过50cc /分钟以及正常吹扫气体的电池基真空端口使用。可实现的典型改进如图5所示。GydF4y2Ba

图5。GydF4y2Ba适当的气体清除可提高脱节基线性能GydF4y2Ba

过渡(s)在0°CGydF4y2Ba

原因GydF4y2Ba

0°C约为0°C的弱转换是样品中存在水或吹扫气体的指示。尽管这些过渡通常是吸热的，但它们可能与熔化峰不同。由于在两个参考和样品平台上的水冷凝，过渡通常如图6所示。此外，由于来自细胞和平底锅的水分溶解，峰值可能略低于0℃。GydF4y2Ba

图6。GydF4y2BaDSC过渡导致净化气体中的水分GydF4y2Ba

对结果的影响GydF4y2Ba

由于样品中存在水，它可以作为增塑剂降低转变温度，所以可能不可能有重复的结果。在运行过程中，水的挥发导致吸热峰值和基线漂移。由吹扫气体中存在水引起的基线扰动对检测0°C左右的实际变化提出了挑战。GydF4y2Ba

解决方案GydF4y2Ba

吸湿的样品需要储存在干燥器中，然后装进干燥盒中的平底锅。在运行前和运行后，对装有样品的完整样品盘进行称重，以测量重量变化，这可以提供关于意外过渡的细节。GydF4y2Ba

在管道中放置干燥管以干燥吹扫气体。在-100℃加载后的环氧树脂样品如图7所示。在0°C没有任何过渡意味着即使在有利的冷凝条件下，也可以通过适当的预防措施消除水凝结。液氮冷却附件(LNCA)是必不可少的样品在温度低于0°C。样品加载超过0°C必须使用任何其他冷却附件。GydF4y2Ba

图7。GydF4y2Ba淬火冷却样品在脱节温度下GydF4y2Ba

在玻璃过渡时显而易见“熔化”（TGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba的）GydF4y2Ba

原因GydF4y2Ba

通过玻璃化过程对材料进行加热，可释放材料内部由处理、加工或热历史引起的应力。分子在T时由刚性结构转变为柔性结构GydF4y2Ba_GGydF4y2Ba从而可以通过运动来释放压力。GydF4y2Ba

对结果的影响GydF4y2Ba

分子的弛豫通常发生在玻璃化转变的末端，是一个微弱的吸热转变(图8)，改变了测量到的玻璃化转变温度几度或导致对T的误读GydF4y2Ba_GGydF4y2Ba作为吸热熔点。GydF4y2Ba

图8。GydF4y2Ba分子松弛会导致tGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba象熔体一样出现GydF4y2Ba

解决方案GydF4y2Ba

将材料加热到至少比温度高25°CGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba，然后淬火冷却到温度低于TGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba释放内部的压力。图8所示的相同材料如图9所示，但在200°C固化后，再淬火冷却至25°C。冷却速度对热重形状的影响ydF4y2Ba_GGydF4y2Ba如图10所示。GydF4y2Ba

图9。GydF4y2BaPET淬火冷却后的DSC扫描GydF4y2Ba

图10。GydF4y2Ba冷却速度对热重形状的影响ydF4y2Ba_GGydF4y2Ba

加热时，放热峰低于分解温度GydF4y2Ba

原因GydF4y2Ba

当热塑性聚合物结晶或固化树脂固化时，产生放热的行为。如果可获得合适标准的扫描，可以使用这些过渡中所涉及的热量，以找出固化程度和％结晶度。GydF4y2Ba

当聚合物的DSC剖面中出现放热现象，且温度过低，操作人员无法分解聚合物时，在TGA中运行该材料有助于评估。TGA失重与DSC放热一致，表明放热是固化或结晶。GydF4y2Ba

对结果的影响GydF4y2Ba

热历史极大地影响热塑性材料中放热结晶峰的存在或不存在。亚博网站下载因此，需要严格控制样品的热历史，以获得可重复的DSC结果。PET分别在10°C/min淬火冷却和程序冷却后得到的不同结果如图11和12所示。GydF4y2Ba

图11。GydF4y2BaPET淬火冷却后的DSC扫描GydF4y2Ba

图12。GydF4y2Ba慢冷后PET的DSC扫描GydF4y2Ba

有一个明确定义的TGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba意味着淬火材料具有显著的非晶态结构，在235℃左右熔化之前，该结构在加热后转变为结晶结构。由于熔化的DH略高于结晶的DH，所以初始结构很大程度上是无定形的。弱TGydF4y2Ba_GGydF4y2Ba缓慢冷却材料的初始结构几乎完全是结晶的。然而，材料在DSC实验开始时已经形成了结晶结构，因此在235℃熔融前没有发生额外的结晶。GydF4y2Ba

解决方案GydF4y2Ba

为了比较热塑性材料，通过从高于熔化温度的程序冷却或亚博网站下载淬火冷却来提供普通的已知的热历史。向ASTM D3418-82标准中定义了向聚合物提供已知的热历史的推荐步骤。GydF4y2Ba

吸热峰或放热峰后的基线漂移GydF4y2Ba

原因GydF4y2Ba

样品重量、样品比热或加热速率的变化会导致基线偏移。样品的比热随着样品的熔化、结晶或固化等转变而发生变化。样品的变化发生在挥发或分解过程中。GydF4y2Ba

对结果的影响GydF4y2Ba

ΔH的计算基于样品重量（J / G，BTU / LB等），因此在重量变化之后计算DH将提供错误的结果。很难集成涉及基线移位的峰值。此外，在设置集成限制和基线类型中的操作员主观性通常会使这种集成更加准确。GydF4y2Ba

解决方案GydF4y2Ba

在跑步前后测量样本重量，以发现体重下降的发生。如果转变的原因是结晶或熔化，则使用不同的极限和基线类型来比较转变的DH。图13展示了一个需要使用s形基线的示例。GydF4y2Ba

图13。GydF4y2BaDSC扫描宠物结晶和T.GydF4y2Ba_GGydF4y2Ba冷却GydF4y2Ba

放热反应期间尖锐的吸热峰GydF4y2Ba

原因GydF4y2Ba

与图1中的锋利峰值相似，在300°C以上，通常是实验现象的结果而不是实际材料过渡。例如，尖锐的峰可以是在材料中狭窄的气体快速挥发的结果，类似于捕获在部分密封的密封锅中的气体的快速挥发。GydF4y2Ba

对结果的影响GydF4y2Ba

这些尖锐的吸热可以被错误地解释为与次要组件相关的熔融峰。挥发过程中的样本质量变化会影响获得准确的定量结果。诸如卤代阻燃剂的一些挥发物的腐蚀性可能在延长操作期间对DSC细胞造成损伤。GydF4y2Ba

解决方案GydF4y2Ba

在跑步前后测量样本重量，以确定是否发生了体重减轻。如果由于挥发而不能获得有用的信息，则进一步实验的温度限制会降低。建议使用压力差示扫描量热仪。GydF4y2Ba

该信息已从TA Instruments提供的材料中获取、审查和改编。亚博网站下载GydF4y2Ba

有关此来源的更多信息，请访问GydF4y2BaTA仪器GydF4y2Ba．GydF4y2Ba