聚合物的差熱分析及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)六聚合物的差熱分析及應(yīng)用差熱分析是在溫度程序把握下測(cè)量試樣與參比物之間的溫度差隨溫度變化的一種技術(shù)，簡(jiǎn)稱DTDifferentialThermaIAnalysi，是熱分析法的一種。在DTA根底上進(jìn)展起比物的熱流速度隨溫度變化的一種技術(shù)，簡(jiǎn)稱DS〔DifferentialScanningCalorimetr。試樣在受熱或冷卻過程中，由于發(fā)生物理變化或化學(xué)變化而產(chǎn)生熱效應(yīng)，這些熱效應(yīng)均可用DTA、DSC進(jìn)展檢測(cè)。DTA、DSC在高分子科學(xué)領(lǐng)域方應(yīng)用格外廣泛。比方在爭(zhēng)論聚合物的相轉(zhuǎn)變；測(cè)定結(jié)晶溫度T、熔點(diǎn)Tc

、結(jié)晶度Xm

、等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)參數(shù)；測(cè)定玻璃化轉(zhuǎn)變溫度TD

；爭(zhēng)論聚g合、固化、交聯(lián)、氧化、分解等反響；測(cè)定反響溫度或反響溫區(qū)、反響熱、反響動(dòng)力學(xué)參數(shù)等方面均發(fā)揮重要作用。一、試驗(yàn)?zāi)康呐c要求1、把握DTA、DSC的根本原理。2、學(xué)會(huì)用DTA、DSC的測(cè)定聚合物的T二、試驗(yàn)原理1、差熱分析〔DTA〕

、T、T、X。g c m D差熱分析是對(duì)少量試樣的熱效應(yīng)所進(jìn)展的儀器分析技術(shù)〔圖6－1DTA示意圖。6-1DTA示意圖S—試樣；R—參比物；E—電爐；1—溫度程序把握器；2—?dú)夥瞻盐眨?—差熱放大器；4—記錄儀6-2DTA曲線〔α－氧化鋁等它們置于加熱爐中，加熱爐按程序把握等速升溫〔或降溫，在此變溫過程中，試樣假設(shè)沒ΔT=0；假設(shè)在某一溫度范圍內(nèi)，試樣發(fā)生變化時(shí)，則放出ΔT發(fā)生。如用熱電偶測(cè)量并放大熱電勢(shì)信號(hào)、記錄，可得圖6-2所示DTA峰形曲線。在DTA狀可了解有關(guān)過程的動(dòng)力學(xué)特性。并且圖6-2中峰BCD的面積A和熱效應(yīng)ΔQ有如下正比關(guān)系：QKt2TdtKA 〔6-1〕t1式中，K－比例系數(shù)，可由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)試驗(yàn)確定。2、差示掃描量熱法〔DSC〕差示掃描量熱法原理與差熱分析相像，所不同的是利用了裝置在試樣和參比物容器下面6-3所示。6-3DSC示意圖S—試樣；R—參比物；E—電爐；1—溫度程序把握器；2—?dú)夥瞻盐眨?—差熱放大器；4—功率補(bǔ)償放大器；5—記錄儀當(dāng)試樣在加熱過程中由于熱效應(yīng)而消滅溫差ΔTI 增大；反之，在試樣放熱時(shí)，則使參比物一邊的電流IS

增大，直至兩邊熱量平衡、溫差ΔT所以，只要記錄電功率的大小，就可以知道吸取〔或放出〕多少熱量。設(shè)兩邊的補(bǔ)償加熱絲的電阻值一樣，則R=R=R，在補(bǔ)償電熱絲上的電功率為：1 2W I2R 〔6-2〕S SW I2R 〔6-3〕R R式中，W—試樣一邊的電功率；W—參比物一邊的電功率。S R當(dāng)試樣無熱效應(yīng)時(shí)，ΔT=0，I=I

，W=W

。而當(dāng)試樣有熱效應(yīng)時(shí)，則試樣吸〔放〕熱的功率為：

S R S RWW W I2RI2R(I I )V 〔6-4〕S R S R S R由于總電流I IS R

I為確定值，所以試樣吸〔放〕W與V成正比，V這個(gè)信號(hào)通過濾波、分壓，再經(jīng)量程開關(guān)便可送入記錄儀。試樣溫度TS

通過熱電偶直接將W〔IVT〔t〕〔或吸熱速度〕隨T〔或t〕的變化，這就是DSC6-4所示。T6-4DSC曲線試樣放熱或吸熱的熱量為：QKt2W”dtKA 〔6-5〕t1式中，右邊的積分就是峰的面積，K稱為儀器常數(shù)，可有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)試驗(yàn)確定。6-5DSCDTA曲線比較DSC試驗(yàn)中，儀器常數(shù)K不隨溫度和操作條件而變，這就是DSCDTA定量性能好的緣由。另一方面，DSC方法中試樣的熱量變化由于隨時(shí)得到補(bǔ)償，T0，避開了參DTA與DSC曲線比較參6-53、DTA、DSCT

、T、T、Xg c m

確實(shí)定6-6是聚合物DTA，DSC曲線的模式圖。當(dāng)溫度到達(dá)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時(shí)，試樣的的非晶狀態(tài)，那么，在Tg以上可以進(jìn)展結(jié)晶，同時(shí)放出大量的結(jié)晶熱而產(chǎn)生一個(gè)放熱峰。進(jìn)一步升溫，結(jié)晶熔融吸熱，消滅吸熱峰。再進(jìn)一步升溫，試樣可能發(fā)生氧化，交聯(lián)反響而放熱，消滅放熱峰，最終試樣則發(fā)生分解，吸熱，消滅吸熱峰。固然，并不是全部聚合物試樣都按上述全部物理變化和化學(xué)變化過程進(jìn)展分析、解讀。6-6DTA、DSC曲線模式圖圖6-7T，T，T 和峰面積確實(shí)定g c mT6-7〔a〕的方法進(jìn)展：由玻璃化轉(zhuǎn)變前后的直線局部取切線，再在g試驗(yàn)曲線上取一點(diǎn)，使其平分兩切線間的距離Δ，這一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為T。gT 確實(shí)定：對(duì)于低分子純物質(zhì)，如圖6-7〔b〕所示，由峰的前部斜率最大處引切線與基m線延長(zhǎng)線相交，交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度即為低分子純物質(zhì)T

；對(duì)于聚合物，則如圖6-7〔c〕所m示，由峰的兩邊斜率最大處引切線，相交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度為T

，或取峰頂溫度作Tm

，通常mT也取峰頂溫度。有關(guān)峰面積的取法如圖6-〔d〔〕所示?？捎梅e分儀或剪紙稱重法量c出面積。熱效應(yīng)可按下式計(jì)算：HKS 〔6-6〕式中，ΔH—吸取〔放出〕的熱量；—系數(shù)2S—峰面積。有關(guān)系數(shù)K值計(jì)算：〔mm/，記錄紙速度為〔mm/mi，記錄紙寬度為250bmm22a〔mJ/s〕×60s=120am，所以，每1m2面積相當(dāng)于：120a

12amJK250b 25b由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)出單位面積所對(duì)應(yīng)的熱量mc-，再由測(cè)試試樣的峰面積求得試樣的熔融熱H

〔m·m-，假設(shè)百分之百結(jié)晶的試樣的熔融熱H*，則可按下式計(jì)算f f試樣的結(jié)晶度：XD

H fH*f

100% 〔6-7〕三、儀器與藥品1、儀器2、藥品聚乙烯假設(shè)干，工業(yè)級(jí)；聚對(duì)苯二甲酸乙二酯假設(shè)干，工業(yè)級(jí)。四、試驗(yàn)步驟1轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，將電爐的爐體升到頂部，然后將爐體向前方轉(zhuǎn)出，從備件匣中取出樣品桿并安裝好〔鍵和槽對(duì)齊。將兩只空坩堝輕輕地分別放在樣品桿上部的兩只托盤上，再將爐體轉(zhuǎn)回原處，輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)手柄搖到底部，開啟冷卻水。將記錄儀上的溫度下限黑針往左邊推到底，溫度上限黑針往右推到底，使紅筆位置處1開關(guān)。將升溫方式的選擇開關(guān)設(shè)到升溫位置，開啟總電源、溫度程序把握單元及差熱放大器20min。2、零位調(diào)整位置，轉(zhuǎn)動(dòng)“調(diào)整”旋鈕，使差熱指示電表指在“0”位，目的是用來消退兩個(gè)熱電偶熱電使用，則在每次使用前應(yīng)將零位調(diào)好，如儀表連續(xù)使用，一般不必每次調(diào)零。3、斜率調(diào)整10V置。程序方式選擇“升溫1℃/mi。開啟記錄筆2開關(guān)，轉(zhuǎn)動(dòng)差熱放大器單元上的移位開關(guān)，使藍(lán)筆處于記錄紙的中線位置四周。開啟記錄儀的走紙電動(dòng)機(jī)，走紙速度選擇600mm/h或300mm/h，這時(shí)，藍(lán)筆應(yīng)當(dāng)畫出一條直線，即基線。按下溫度程序把握單元的“工作”按鈕及電爐電源開關(guān)。由于坩堝未放樣品和參比物，故在升溫過程中，假設(shè)基線偏離原來位置，則主要是由于何尺寸因素有關(guān)?；€的漂移可以通過“斜率調(diào)整”旋鈕使其返回原來位置，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向參6-8。此外，斜率調(diào)整還可以借助于爐體前后左右移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。6-8斜率調(diào)整旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)方向示意圖4、樣品測(cè)量將樣品稱量10mg后放入坩堝，在另一只坩堝中放入重量大約相等的參比物，然后，將樣品坩堝放在樣品桿的左側(cè)托盤上，參比物坩堝放在右側(cè)托盤上，將爐子安裝好。100μV處。將熱量補(bǔ)償放大器單元的量程開關(guān)放在適當(dāng)?shù)奈恢?。假設(shè)無法估量精準(zhǔn)的量程，則放在較大的位置，先預(yù)做一次。依據(jù)測(cè)量要求選擇適當(dāng)?shù)纳郎厮俣?，接通電爐電源。開啟記錄儀，選擇適當(dāng)?shù)淖呒埶俣?。依?jù)所得的DSC曲線，確定聚乙烯的T五、留意事項(xiàng)

，聚對(duì)苯二甲酸乙二酯的T、Tm m

T。c1、試驗(yàn)結(jié)果會(huì)受到儀器、操作條件和試樣三方面因素影響，因此要合理選