聚合物的差热分析及应用实验报告

试验六聚合物的差热分析及应用差热分析是在温度程序把握下测量试样与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术，简称DTDifferentialThermaIAnalysi，是热分析法的一种。在DTA根底上进展起比物的热流速度随温度变化的一种技术，简称DS〔DifferentialScanningCalorimetr。试样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热效应，这些热效应均可用DTA、DSC进展检测。DTA、DSC在高分子科学领域方应用格外广泛。比方在争论聚合物的相转变；测定结晶温度T、熔点Tc

、结晶度Xm

、等温结晶动力学参数；测定玻璃化转变温度TD

；争论聚g合、固化、交联、氧化、分解等反响；测定反响温度或反响温区、反响热、反响动力学参数等方面均发挥重要作用。一、试验目的与要求1、把握DTA、DSC的根本原理。2、学会用DTA、DSC的测定聚合物的T二、试验原理1、差热分析〔DTA〕

、T、T、X。g c m D差热分析是对少量试样的热效应所进展的仪器分析技术〔图6－1DTA示意图。6-1DTA示意图S—试样；R—参比物；E—电炉；1—温度程序把握器；2—气氛把握；3—差热放大器；4—记录仪6-2DTA曲线〔α－氧化铝等它们置于加热炉中，加热炉按程序把握等速升温〔或降温，在此变温过程中，试样假设没ΔT=0；假设在某一温度范围内，试样发生变化时，则放出ΔT发生。如用热电偶测量并放大热电势信号、记录，可得图6-2所示DTA峰形曲线。在DTA状可了解有关过程的动力学特性。并且图6-2中峰BCD的面积A和热效应ΔQ有如下正比关系：QKt2TdtKA 〔6-1〕t1式中，K－比例系数，可由标准物质试验确定。2、差示扫描量热法〔DSC〕差示扫描量热法原理与差热分析相像，所不同的是利用了装置在试样和参比物容器下面6-3所示。6-3DSC示意图S—试样；R—参比物；E—电炉；1—温度程序把握器；2—气氛把握；3—差热放大器；4—功率补偿放大器；5—记录仪当试样在加热过程中由于热效应而消灭温差ΔTI 增大；反之，在试样放热时，则使参比物一边的电流IS

增大，直至两边热量平衡、温差ΔT所以，只要记录电功率的大小，就可以知道吸取〔或放出〕多少热量。设两边的补偿加热丝的电阻值一样，则R=R=R，在补偿电热丝上的电功率为：1 2W I2R 〔6-2〕S SW I2R 〔6-3〕R R式中，W—试样一边的电功率；W—参比物一边的电功率。S R当试样无热效应时，ΔT=0，I=I

，W=W

。而当试样有热效应时，则试样吸〔放〕热的功率为：

S R S RWW W I2RI2R(I I )V 〔6-4〕S R S R S R由于总电流I IS R

I为确定值，所以试样吸〔放〕W与V成正比，V这个信号通过滤波、分压，再经量程开关便可送入记录仪。试样温度TS

通过热电偶直接将W〔IVT〔t〕〔或吸热速度〕随T〔或t〕的变化，这就是DSC6-4所示。T6-4DSC曲线试样放热或吸热的热量为：QKt2W”dtKA 〔6-5〕t1式中，右边的积分就是峰的面积，K称为仪器常数，可有标准物质试验确定。6-5DSCDTA曲线比较DSC试验中，仪器常数K不随温度和操作条件而变，这就是DSCDTA定量性能好的缘由。另一方面，DSC方法中试样的热量变化由于随时得到补偿，T0，避开了参DTA与DSC曲线比较参6-53、DTA、DSCT

、T、T、Xg c m

确实定6-6是聚合物DTA，DSC曲线的模式图。当温度到达玻璃化转变温度Tg时，试样的的非晶状态，那么，在Tg以上可以进展结晶，同时放出大量的结晶热而产生一个放热峰。进一步升温，结晶熔融吸热，消灭吸热峰。再进一步升温，试样可能发生氧化，交联反响而放热，消灭放热峰，最终试样则发生分解，吸热，消灭吸热峰。固然，并不是全部聚合物试样都按上述全部物理变化和化学变化过程进展分析、解读。6-6DTA、DSC曲线模式图图6-7T，T，T 和峰面积确实定g c mT6-7〔a〕的方法进展：由玻璃化转变前后的直线局部取切线，再在g试验曲线上取一点，使其平分两切线间的距离Δ，这一点所对应的温度即为T。gT 确实定：对于低分子纯物质，如图6-7〔b〕所示，由峰的前部斜率最大处引切线与基m线延长线相交，交点所对应的温度即为低分子纯物质T

；对于聚合物，则如图6-7〔c〕所m示，由峰的两边斜率最大处引切线，相交点对应的温度为T

，或取峰顶温度作Tm

，通常mT也取峰顶温度。有关峰面积的取法如图6-〔d〔〕所示。可用积分仪或剪纸称重法量c出面积。热效应可按下式计算：HKS 〔6-6〕式中，ΔH—吸取〔放出〕的热量；—系数2S—峰面积。有关系数K值计算：〔mm/，记录纸速度为〔mm/mi，记录纸宽度为250bmm22a〔mJ/s〕×60s=120am，所以，每1m2面积相当于：120a

12amJK250b 25b由标准物质测出单位面积所对应的热量mc-，再由测试试样的峰面积求得试样的熔融热H

〔m·m-，假设百分之百结晶的试样的熔融热H*，则可按下式计算f f试样的结晶度：XD

H fH*f

100% 〔6-7〕三、仪器与药品1、仪器2、药品聚乙烯假设干，工业级；聚对苯二甲酸乙二酯假设干，工业级。四、试验步骤1转动手柄，将电炉的炉体升到顶部，然后将炉体向前方转出，从备件匣中取出样品杆并安装好〔键和槽对齐。将两只空坩埚轻轻地分别放在样品杆上部的两只托盘上，再将炉体转回原处，轻轻地转动手柄摇到底部，开启冷却水。将记录仪上的温度下限黑针往左边推到底，温度上限黑针往右推到底，使红笔位置处1开关。将升温方式的选择开关设到升温位置，开启总电源、温度程序把握单元及差热放大器20min。2、零位调整位置，转动“调整”旋钮，使差热指示电表指在“0”位，目的是用来消退两个热电偶热电使用，则在每次使用前应将零位调好，如仪表连续使用，一般不必每次调零。3、斜率调整10V置。程序方式选择“升温1℃/mi。开启记录笔2开关，转动差热放大器单元上的移位开关，使蓝笔处于记录纸的中线位置四周。开启记录仪的走纸电动机，走纸速度选择600mm/h或300mm/h，这时，蓝笔应当画出一条直线，即基线。按下温度程序把握单元的“工作”按钮及电炉电源开关。由于坩埚未放样品和参比物，故在升温过程中，假设基线偏离原来位置，则主要是由于何尺寸因素有关。基线的漂移可以通过“斜率调整”旋钮使其返回原来位置，其转动方向参6-8。此外，斜率调整还可以借助于炉体前后左右移动来实现。6-8斜率调整旋钮转动方向示意图4、样品测量将样品称量10mg后放入坩埚，在另一只坩埚中放入重量大约相等的参比物，然后，将样品坩埚放在样品杆的左侧托盘上，参比物坩埚放在右侧托盘上，将炉子安装好。100μV处。将热量补偿放大器单元的量程开关放在适当的位置。假设无法估量精准的量程，则放在较大的位置，先预做一次。依据测量要求选择适当的升温速度，接通电炉电源。开启记录仪，选择适当的走纸速度。依据所得的DSC曲线，确定聚乙烯的T五、留意事项

，聚对苯二甲酸乙二酯的T、Tm m

T。c1、试验结果会受到仪器、操作条件和试样三方面因素影响，因此要合理选