差示掃描量熱法的原理與DSC曲線
差示掃描量熱法的基本原理是當(dāng)樣品發(fā)生相變、玻璃化轉(zhuǎn)變和化學(xué)反應(yīng)時,會吸收和釋放熱量,補(bǔ)償器就可以測量出如何增加或減少熱流才能保持樣品和參照物溫度一致。以聚合物為例,典型的反應(yīng)有以下幾種:
沒有相變和其他反應(yīng):此時要保持樣品和參比物溫度一致,只需要克服兩者之間的比熱區(qū)別即可,此時顯示出DSC的基線。為了保證基線平坦,參比物應(yīng)該是在實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)不發(fā)生化學(xué)變化,且具有基本不變的比熱的物質(zhì)。
玻璃化轉(zhuǎn)變:聚合物達(dá)到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時,熱容增大,需要吸收更多熱量來保持溫度一致,因此常表現(xiàn)為DSC基線的轉(zhuǎn)折。
結(jié)晶:有些經(jīng)過過冷處理形成的非晶態(tài)聚合物加熱時會開始結(jié)晶,放出結(jié)晶熱,DSC測量到必須減少熱流才能保持樣品和參照物溫度一致,在DSC曲線上就出現(xiàn)了一個放熱峰。
熔融:隨著溫度進(jìn)一步升高,結(jié)晶的部分開始熔融,補(bǔ)償器測量出必須增加熱流克服熔融所需的相變焓才能保持溫度一致,于是在DSC曲線上就會出現(xiàn)吸熱峰。
氧化和交聯(lián):有的聚合物在溫度較高時會發(fā)生氧化和交聯(lián)反應(yīng),DSC曲線出現(xiàn)放熱峰。
分解:溫度足夠高之后,聚合物鏈會斷裂,產(chǎn)生吸熱峰。
差示掃描量熱法曲線的橫軸是溫度或者時間,縱軸是樣品吸熱和放熱的速率,也被稱為熱流速率。