实验三 聚合物的热谱分析―― 差示扫描量热法（DSC）.pptVIP

实验三　聚合物的热谱分析――差示扫描量热法（DSC） 热谱分析是指在等速升温（降温）的条件下，测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的技术，包括差热分析（DTA）和差示扫描热量法（DSC）。试样发生力学状态变化时（例如由玻璃态转变为高弹态），虽无吸热或放热现象，但比热容有突变，表现在热谱曲线上是基线的突然变动。试样内部对热敏感的变化能反映在热谱曲线上。因而热谱分析DTA、DSC在高分子方面的应用特别广泛。它们可以用于研究聚合物的玻璃转变温度Tg、相转变、结晶温度Tc、溶点Tm、结晶度X、等温结晶动力学参数；研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应以及测定反应温度或反应热、反应动力学参数。 实验目的 通过用差示扫描量热分析仪测定聚合物的加热及冷却谱图，了解DSC的原理。 掌握应用DSC测定聚合物的Tg、Tc、Tm、ΔHf及结晶度的方法 基本原理 聚合物的热分析是用仪器检测聚合物在加热或冷却过程中热效应的一种物理化学分析技术。差热分析（differential thermal analysis，DTA）是程序控温的条件下测量试样与参比物之间温度差随温度的变化，即测量聚合物在受热或冷却过程中，由于发生物理变化或化学变化而产生的热效应。物质发生结晶熔化、蒸发、升华、化学吸附、脱结晶水、玻璃化转变、气态还原时就会出现吸热反应；当涉及结晶形态的转变、化学分解、氧化还原反应、固态反应等就可能发生放热或吸热反应。差示扫描量热法（differential scanning calorimetry，DSC）是在DTA的基础上发展起来的，其原理是检测程序升降温过程中为保持样品和参比物温度始终相等所补偿的热流率dH/dt随温度或时间的变化。 DTA的基本原理 DSC DSC的原理和DTA相似，所不同是在试样和参比物下面分别增加一个补偿加热丝和一个功率补偿放大器，当试样在加热过程中由于热反应而出现温差ΔT时，通过加热放大电路和差动热量补偿放大器使流入补偿加热丝的电流发生变化，直到试样与参比物两边的热量平衡、温差ΔT消失为止。试样在热反应时发生的热量变化，由于及时输入电功率而得到补偿。这时，试样放热的速度就是补偿给试样和参比物的功率之差ΔP。因此，DSC曲线记录ΔP　随T(或t)的变化而变化，即试样放热速度（或者吸热速度）随T（或t）的变化而变化。用DSC方法可以直接测量热量、进行定量分析，这是与DTA的一个重要区别。 DSC的原理图 DSC与DTA相比，另一个突出的优点是差动热分析，试样与参比物的温度始终相等，避免了DTA测试时，试样发生热效应造成的参比物与试样之间的热传递，帮仪器反应灵敏，分辨率高，重视性好。 DSC曲线 DSC曲线中结晶试样熔融峰的峰面积对应试样的熔融热ΔHf，若百分之百结晶的试样的熔融热ΔHf*是已知的，则按下式计算试样的结晶度Xc 　　Xc=ΔHf，/ΔHf*X100% 典型的DSC热谱图 DSC虽在原理操作上都不复杂，但影响实验精度的因素很多。①仪器因素：与炉子的形状、大小和温度梯度有关。②测试时所用的气氛是否惰性。③热电偶的粗细及其位置会影响差热曲线的形状和峰的面积。④升温速度：玻璃化转变是一个松驰过程，升温速度太慢，转变不明显，甚至观察不到玻璃化转变；升温太快，Tg移向高温。结晶性聚合物在升温过程中晶体完善化，使Tm和结晶度都提高。升温速度对峰的形状也有影响，升温速度快、基线漂移大，会降低两个相邻的分辨率；升温速度适当、峰尖锐、分辨也好，但速度太慢，峰变得圆滑，且峰的面积也减小。⑤试样因素：试样的量和参比物的量要匹配，以免两者热容相差太大引起基线漂移。试样装填应紧密。 仪器和试样 1、仪器 差示扫描量热分析仪由美国的TA公司生产，型号为Q-10 2、待测样品 聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等 实验步骤 1、打开电源UPS。 2、通保护气体（氮气） 3、启动仪器，控制器，打印机。 4、启动计算机，打开DSC操作软件出现菜单。 5、编辑实验参数。 6、预热30分钟。 7、制备样品 8、制备样品 9、实验开始 10、实验结束 11、关闭仪器，控制器，打印机电源。 12、关计算机 13、关闭保护气体，关UPS电源。 计算机数据处理 调出保存的DSC曲线后，即可数据处理 思考题 影响DSC实验结果的因素有哪些？