差示扫描量热法测定聚合物的转变温度

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1、差示扫描量热法(DSC)测定聚合物的热力学转变姓名：毕啸天学号：2010011811班级：分0同组实验者：吕志宇指导老师：徐军1.实验目的1.掌握差示扫描量热法(DSC)的基本原理和差示扫描量热仪的使用方法。2.测定聚合物的玻璃化温度Tg、熔点Tm和结晶温度Tc。2.实验原理热分析是测量在受控程序温度下被测样品由于温度变化所引起的物理变化或化学变化。在热分析技术中最主要的是差示扫描量热法，差热分析法和热重分析法。差热分析是测量在同一加热炉中由于温度变化在测量样品和参比材料（α-Al2O3）之间的温差，简称DTA。差示

2、扫描量热法是测量在同一加热炉中为保持样品和参比材料之间相同温度所需的d(∆H)/dT，简称DSC。所以DTA的测量是不定量的，而DSC可用于转变焓的定量测定。DSC是在程序控制温度下，测量输给试样和参比物的功率差与温度关系的一种技术。经典DTA常用一金属块作为试样保持器以确保试样和参比物处于相同的加热条件下。而DSC的主要特点是试样和参比物分别各有独立的加热元件和测温(1)DTA(2)DSC元件，并由两个系统进行监控。其中一个图1.DTA和DSC加热元件示意图用于控制升温速率，另一个用于补偿试样和惰性参比物之间的温差

3、。图1显示了DTA和DSC加热部分的不同，图2为常见DSC的原理示意图。图2功率补偿式DSC原理图1-温差热电偶；2-补偿电热丝；3-坩埚；4-电炉；5-控温热电偶试样在加热过程中由于热效应与参比物之间出现温差ΔT时，通过差热放大电路和差动热量补偿放大器，使流入补偿电热丝的电流发生变化：当试样吸热时，补偿放大器使试样一边的电流立即增大；反之，当试样放热时则使参比物一边的电流增大，直到两边热量平衡，温差ΔT消失为止。换句话说，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，所以实际记录的是试样和参比物下面两

4、只电热补偿的热功率之差随时间t的变化dH/dt－t关系。如果升温速率恒定，记录的也就是热功率之差随温度T的变化dH/dt－T关系如图3所示。其峰面积S正比于热焓的变化：ΔHm=KS式中，K为与温度无关的仪器常数。1如果事先用已知相变热的试样标定仪器常数，再根据待测试样的峰面积，就可得到ΔH的绝对值。仪器常数的标定，可利用测定锡、铅、铟等纯金属的熔化，从其熔化热的文献值即可得到仪器常数。因此，用差示扫描量热法可以直接测量热量，这是与差热分析的一个重要区别。此外，DSC与DTA相比，另一个突出的优点是DTA在试样发生热效

5、应时，试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度(如在升温时试样由于放热而一度加速升温)。而DSC由于试样的热量变化随时可得到补偿，试样与参比物的温度始终相等，避免了参比物与试样之间的热传图3DSC曲线递，故仪器的反应灵敏，分辨率高，重现性好。聚合物中一些重要物理变化可以用DSC或DTA来测定，如玻璃化温度Tg，结晶温度Tc，结晶熔化温度Tm及解聚温度TD等，用DSC还可测得这些变化的焓值。一些含有热效应的化学变化也可用DTA或DSC来测定。聚合物在低于玻璃化温度时，链段运动的松弛时间非常之长，因为链段运动实际上被冻

6、结，只有较小的运动单元如侧基和支链等可以运动。这时，聚合物所表现出来的力学性能与低分子玻璃相似。聚合物所处的这种物理状态称为玻璃态。当聚合物处于Tg附近的温度时，由于链段能开始运动，便出现了热容的变化，这时在热谱图上出现了一个转折。因此我们可以用DSC或DTA来测定聚合物的Tg。测定Tg时要求仪器灵敏度高，且基线稳定。否则在差热曲线上不易反映出转折现象。当能结晶的聚合物处于Tm附近的温度时，其中的结晶结构要熔化而转变为无定形态，这时在热谱图上就出现一个吸热峰。DSC和DTA除能确定熔点与熔化热外，还能从熔化区的宽度来

7、判断晶区的大小和结晶的完整情况。聚合物结晶温度Tc要比其熔点Tm为低。当聚合物处于Tc温度附近时，便出现非晶相向晶相的转变。这个过程的发生，引起了能量的净释放，所以在热谱图上出现了一个放热峰。有的聚合物在Td温度时要解聚或降聚。因此在热谱图上还可以观察到由此而引起的放热或吸热现象。图4给出了聚合物热谱图的典型曲线。Tc放热放热T∆Tg吸热吸热TmTd图4聚合物热图谱的典型曲线（温度）T聚合物的转变一般发生在某一温度范围之内。这一温度范围与分子量、分子量分布以及样品的历史有关。又由于DSC和DTA都是在动态下测量的，所

8、以其数值还与升温速率有关。欲测的转变温度可以用斜率开始变化的温度，外推起始温度、拐点温度及峰顶（或谷底）温度来确定。因此在给出转变温度时应标明测定的方法和测试的条件。3.实验物品药品：掺杂0.05%氮化硼的PBS，仪器：DSC-60型DSC仪。24.实验步骤1.打开稳压电源，待稳定后，开启仪器总电源及各单元的电源开关，仪器预热约15min。2.