Cos'è la calorimetria differenziale di scansione?
ZL-3047A Calorimetria differenziale di scansione (DSC) è una tecnica analitica utilizzata per misurare il calore rilasciato o assorbito da un campione durante il riscaldamento o il raffreddamento in un intervallo di temperatura specifico.Oltre a caratterizzare le proprietà termiche dei materiali, DSC è utilizzato anche per determinare le temperature alle quali si verificano specifiche transizioni di fase, compresa la temperatura di transizione del vetro, la fusione e gli eventi di cristallizzazione.
Per eseguire un esperimento di calorimetria differenziale,è richiesto uno strumento in grado di fornire l'intervallo di temperatura necessario per la prova e monitorare con precisione le variazioni di temperatura e di flusso di calore.
Astrumento DSC a flusso termicoè costituito da un forno in cui vengono collocati il campione e il materiale di riferimento; il campione è incapsulato in una padella di metallo (in genere di alluminio), mentre la padella di riferimento è di solito una padella vuota.Il forno è riscaldato o raffreddato, e si osservano le caratteristiche del flusso di calore in funzione delle variazioni di temperatura.Le informazioni quantitative sul flusso di calore possono essere determinate dalla differenza di temperatura misurata tra il campione e il punto di riferimento.
Dopo tutto questo discorso tecnico, potreste ancora chiedervi cos'è esattamente il DSC?
In altre parole, lo strumento DSC contiene due parti all'interno:
•Uno tiene il campione
•Mentre l'altro detiene un"materiale di riferimento"(in genere un crogiolo inerte e vuoto che non subisce cambiamenti termici).
Ecco perché:
Immaginate di cucinare e volete rilevare se c'è qualcosa nella padellacambiamentoHai:
Pan A: contiene il campione (ad esempio, una bistecca)
Pan B: vuoto (solo la padella)
Scaldi entrambe le padelle.identicosu stufe separate ma identiche.
Se monitorate solo Pan A:
Vedete la sua temperatura aumentare, ma voiNon lo so dire.:
La padella assorbe il calore?
La bistecca sta cucinando (reazione endotermica)?
O e' solo una fluttuazione di potenza della stufa?
- Sì.Non si impara niente sul comportamento della bistecca da sola!
Ma se paragoni Pan A contro Pan B:
Quando Pan A si riscaldapiù lento(perché la bistecca assorbe il calore per cucinare) mentre Pan B si riscalda normalmente → Ti rendi conto:
"Aha! Qualcosa in Pan A sta assorbendo calore e sta subendo un cambiamento fisico (come la fusione o la transizione del vetro)!"
Questo è il principio "differenziale":
Non stai misurando.calore assoluto in Pan A- Stai seguendo il...differenza di flusso di caloretra Pan A e Pan B.
Tipo di materiale | Applicazioni DSC primarie | Parametri comuni |
Fabbricazione a partire da fibre (ad esempio, fibre di poliestere, nylon) |
- analizzare il comportamento di cristallizzazione (cristallinità) - Valutare l'adeguatezza dei processi di trattamento termico/post-spinning - Controllare la consistenza batch-to-batch |
Tg, Tm, picco di cristallizzazione a freddo, cristallinità |
Filmi (ad esempio, pellicole BOPP, PET) |
- studiare le differenze di comportamento termico prima/dopo lo stretching biassiale - analizzare la distribuzione del punto di fusione (rilevare le fasi polimorfiche) - studiare la relazione tra tenuta termica e cristallinalità |
Tg, Tm, cristallinità, larghezza del picco di fusione |
Plastiche generali (ad esempio, PP, PE, ABS) |
- Determinare il rapporto cristallino/amorfo - Identificare i tipi di materie prime (Tg/Tm come "impronte digitali") - Valutare gli effetti di miscelazione/modificazione |
Tg, Tm, ΔH (fusione), ΔH (cristalizzazione) |
Colla (ad esempio, epoxi, PUR) |
- Valutare la reazione/il grado di indurimento - Analizzare la densità dei collegamenti incrociati - Distinguere i tipi termoplastici da quelli reattivi - Misura Tg per prevedere l'intervallo di temperatura di servizio |
Tg, picco esotermico, calore residuo di reazione |
Fabbricazione a partire da materie tessili (ad esempio, EPDM, SBR, silicone) |
- Correlazione tra Tg e prestazioni dinamiche - Valutare le variazioni della densità dei collegamenti incrociati |
Tg, spostamento Tg, effetti della storia termica |
La figura seguente è una curva tipica del DSC che mostra quattro tipi di transizioni:
Il coefficiente di temperatura è →
Ⅰ Per una transizione secondaria, si tratta di una modifica della linea di base orizzontale
ⅡPer il picco di assorbimento di calore, esso è causato dalla fusione o dalla transizione di fusione del campione di prova.
ⅢPer il picco di assorbimento del calore, esso è causato dalla reazione di decomposizione o di scissione del campione di prova
Ⅳ è il picco esotermo risultante dalla transizione di fase cristallina del campione
Interpretazione degli assi di grafico DSC
L'asse X (asse orizzontale)
Rappresenta: Temperatura
Unità: gradi Celsius (°C)
Spiegazione: il simbolo indica la rampa di temperatura durante il riscaldamento/raffreddamento.
L'asse Y (asse verticale)
Rappresenta:Flusso di calore(chiamato anchePotenza termica)
Unità: milliwatt (mW)
Spiegazioni chiave:
L'asse Y lo fa- No, no.indicare la temperatura o l'energia totale.
Misura ladifferenza di flusso di caloretra il campione e la padella di riferimento per mantenere la stessa velocità di riscaldamento.
Esempio:
Se il DSC dice:Flusso di calore = 8 mW, significa:
Il campione èassorbente di calore(endotermico).
Lo strumento fornisce00,008 J/s in piùal campione (rispetto al campione di riferimento) per mantenere entrambi i calori alla stessa velocità.
Inclinazione (tasso di variazione del flusso di calore)
Definizione: Rapidità di variazione del flusso di calore per unità di temperatura/tempo.
Interpretazione:
Pendiente più ripido verso l'alto→ L'assorbimento del calore è accelerato (ad esempio, fusione improvvisa).
Pendiente piatto→ Il flusso di calore cambia gradualmente.
Pendiente più ripido verso il basso→ Il rilascio di calore aumenta (ad esempio, inizia una reazione esotermica).
Nota:La direzione "positiva" o "negativa" dei picchi su una curva DSC non è assoluta, ma dipende dallaimpostazione della direzione del flusso di calore.
Alcuni degli standard internazionali a cui DSC si conforma sono i seguenti.
Numero standard. | Portata di applicazione | Contenuto chiave |
ISO 11357 | DSC Test delle materie plastiche | Transizione vetrosa (Tg), fusione (Tm), cristallizzazione, stabilità ossidativa |
ASTM E967 | Calibrazione della temperatura DSC | Calibrazione della temperatura utilizzando materiali di riferimento (ad esempio indio, zinco) |
ASTM E968 | Calibrazione del flusso di calore DSC | Calibrazione del segnale di flusso di calore tramite entalpia di fusione |
JIS K 7121 | Standard industriale giapponese (equivalente a ISO 11357) | Metodi di base di analisi termica delle materie plastiche |
Norme specifiche per il materiale
Altri materiali
ISO 11357-3: Misurazione della cristallinità
ASTM D3418: Temperature di fusione/cristalizzazione e entalpia
ASTM D7426Analisi della Tg della gomma
Prodotti farmaceutici
USP < 891>: convalida dell'analisi termica
ICH Q6A: rilevamento dei polimorfi (DSC è il metodo primario)
Metalli
ASTM E794: determinazione del punto di fusione dei metalli
ISO 17851: comportamento di ossidazione
Metodi specializzati
Norme | Tipo di prova | Esempio di applicazione |
---|---|---|
ISO 11357-6 | Tempo di induzione dell'ossidazione (OIT) | Stabilità dei tubi in polietilene |
ASTM D3895 | Test OIT sulla poliolefina | Efficacia additiva |
ISO 11357-4 | Misurazione della capacità termica | Materiali compositi |
Calibrazione e convalida
ISO 11357-1: Calibrazione DSC di base
ASTM E2716: Procedure di convalida dei dati
NIST SRM 720: standard di capacità termica di zaffiro
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