M?chten Sie die wichtigsten Punkte der thermischen Analyse und der Kalorimetrieanalyse beherrschen?？ Lesen Sie diesen Artikel ist genug!

Thermische Analyse und Kalorimetrieanalyse

Die thermische Analyse ist ein wichtiger Zweig der instrumentellen Analyse, der eine unersetzliche Rolle bei der Charakterisierung von Materie spielt. Nach einem langen Zeitraum von Jahrhunderten wurde die W?rme durch die thermische Analyse von Mineralien und Metallen geweckt. In den letzten Jahrzehnten waren die Polymerwissenschaft und die Arzneimittelanalyse voller Vitalit?t.

Die Thermogravimetrie-Analyse (TG oder TGA) wird verwendet, um die Masse einer Probe mit Temperatur oder Zeit unter der Kontrolle eines bestimmten Temperaturprogramms (auf/ab/konstante Temperatur) zu kontrollieren, um das Gewichtsverlustverh?ltnis und die Gewichtsverlusttemperatur zu erhalten. Startpunkt, Spitzenwert, Endpunkt…) und zugeh?rige Informationen wie Zersetzungsrestmenge.

Die TG-Methode wird h?ufig in Forschung und Entwicklung, Prozessoptimierung und Qualit?tsüberwachung von Kunststoffen, Gummi, Beschichtungen, Pharmazeutika, Katalysatoren, anorganischen Materialien, Metallmaterialien und Verbundwerkstoffen eingesetzt. Die thermische Stabilit?t und Oxidationsstabilit?t des Materials unter verschiedenen Atmosph?ren kann bestimmt werden. Die physikalischen und chemischen Prozesse wie Zersetzung, Adsorption, Desorption, Oxidation und Reduktion k?nnen analysiert werden, einschlie?lich der Verwendung von TG-Testergebnissen für weitere offensichtliche Reaktionskinetiken. Das Material kann quantitativ berechnet werden, um die Feuchtigkeit, flüchtige Bestandteile und verschiedene Additive und Füllstoffe zu bestimmen.

Das Grundprinzip des thermogravimetrischen Analysators lautet wie folgt:

Die obige Abbildung zeigt den Aufbau des thermogravimetrischen Analysators mit Toplader. Der Ofenk?rper ist ein Heizk?rper und arbeitet unter einem bestimmten Temperaturprogramm. Der Ofen kann verschiedenen dynamischen Atmosph?ren ausgesetzt werden (wie N2, Ar, He und anderen Schutzatmosph?ren, O2, Luft und anderen oxidierenden Atmosph?ren und anderen speziellen Atmosph?ren usw.), oder der Test wurde unter Vakuum oder statischer Atmosph?re durchgeführt. W?hrend des Tests erfasst die mit dem unteren Teil des Probenhalters verbundene hochpr?zise Waage jederzeit das aktuelle Gewicht der Probe und übertr?gt die Daten an den Computer. Der Computer zeichnet die Kurve aus Probengewicht und Temperatur / Zeit (TG-Kurve). Wenn sich das Gewicht der Probe ?ndert (die Gründe umfassen Zersetzung, Oxidation, Reduktion, Adsorption und Desorption usw.), erscheint es als Gewichtsverlust (oder Gewichtszunahme) Schritt auf der TG-Kurve, so dass der Verlust / Gewichtszunahme Prozess kann bekannt sein. Die aufgetretene Temperaturzone und Quantifizierung des Verlust / Gewichts-Verh?ltnisses. Wenn eine Differentialberechnung an der TG-Kurve durchgeführt wird, um eine thermogravimetrische Differentialkurve (DTG-Kurve) zu erhalten, k?nnen weitere Informationen wie die ?nderungsrate des Gewichts erhalten werden.

Die typische thermogravimetrische Kurve ist unten dargestellt:

Die Karte kann sowohl in Temperatur- als auch in Zeitkoordinaten konvertiert werden.

Rote Kurve: Die thermogravimetrische (TG) Kurve kennzeichnet das Gewicht einer Probe als Funktion der Temperatur / Zeit w?hrend der Programmtemperatur. Die Ordinate ist der Gewichtsprozentsatz, der das Verh?ltnis des Gewichts der Probe zum Anfangsgewicht bei der aktuellen Temperatur / Zeit darstellt.

Grüne Kurve: Die thermogravimetrische Differentialkurve (DTG) (dh die dm / dt-Kurve, die Kurve jedes Punktes auf der TG-Kurve gegenüber der Zeitkoordinate), die die ?nderungsrate des Gewichts mit der Temperatur / Zeit und ihren Peak charakterisiert Punkt ist charakterisiert. Die Temperatur / der Zeitpunkt, zu dem die Gewichts?nderungsrate jedes Schrittes bei Verlust / Gewichtszunahme am schnellsten ist.

Für einen Verlust- / Wachstumsschritt werden die folgenden Merkmalspunkte h?ufiger verwendet:

Der Extrapolationsstartpunkt der TG-Kurve: Der Schnittpunkt der Tangentenlinie auf der Ebene vor dem TG-Schritt und der Tangentenpunkt am Wendepunkt der Kurve k?nnen als Referenztemperaturpunkt verwendet werden, an dem der Verlust- / Gewichtszunahmeprozess erfolgt beginnt und wird haupts?chlich verwendet, um die thermische Stabilit?t des Materials zu charakterisieren.

Endpunkt der TG-Kurvenextrapolation: Der Schnittpunkt der Tangentenlinie auf der Ebene nach dem TG-Schritt und der Tangentenpunkt am Wendepunkt der Kurve k?nnen als Referenztemperaturpunkt am Ende des Verlust- / Gewichtszunahmeprozesses verwendet werden.

DTG-Kurvenpeak: Der Temperatur- / Zeitpunkt, zu dem die Massen?nderungsrate am gr??ten ist, entsprechend dem Wendepunkt auf der TG-Kurve.

Massen?nderung: Analysieren Sie die Massendifferenz zwischen zwei beliebigen Punkten auf der TG-Kurve, um die Massen?nderung der Probe darzustellen, die durch einen Gewichtsverlust- (oder Gewichtszunahme-) Schritt verursacht wird.

Restmasse: Die am Ende der Messung in der Probe verbleibende Masse.

Zus?tzlich werden in der Software der Wendepunkt der TG-Kurve (entspricht der DTG-Spitzentemperatur), der DTG-Kurvenextrapolationsstartpunkt (n?her an der tats?chlichen Reaktionsinitiierungstemperatur) und der DTG-Kurvenextrapolationsendpunkt (n?her an der Charakteristik) Parameter wie die Reaktionsendtemperatur im eigentlichen Sinne sind markiert.

Die Kalorimetrie ist eine Disziplin, die untersucht, wie die W?rme?nderungen bei verschiedenen Prozessen gemessen werden k?nnen. Genaue Daten zu thermischen Eigenschaften k?nnen im Prinzip durch kalorimetrische Experimente erhalten werden, die mit Kalorimetern durchgeführt werden.

Die Differentialthermoanalyse (DTA) ist eine thermische Analysemethode, mit der die Temperaturdifferenz zwischen einer Probe und einer Referenz bei einer programmierten Temperatur gemessen wird. Die Differential Scanning Calorimetry (DSC) ist eine thermische Analysemethode, die die Beziehung zwischen der Leistungsdifferenz und der Temperatureingabe in eine Probe und einer Referenz unter programmierten Temperaturbedingungen misst. Die physikalischen Bedeutungen der beiden Methoden sind unterschiedlich. DTA kann nur Temperaturkennlinien wie die Phasenübergangstemperatur testen. DSC kann nicht nur den Temperaturpunkt der Phasen?nderung messen, sondern auch die W?rme?nderung w?hrend des Phasenwechsels. Der exotherme Peak und der endotherme Peak auf der DTA-Kurve haben keine bestimmte physikalische Bedeutung, w?hrend der exotherme Peak und der endotherme Peak auf der DSC-Kurve die W?rmeabgabe bzw. W?rmeabsorption darstellen. Daher verwenden wir DSC als Beispiel, um die kalorimetrische Analyse zu analysieren.

Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) dient der Beobachtung der ?nderung der W?rmeflussleistungsdifferenz zwischen dem Probenende und dem Referenzende mit der Temperatur oder der Zeit unter der Kontrolle eines bestimmten Temperaturprogramms (auf/ab/konstante Temperatur). Auf diese Weise werden die thermischen Effektinformationen der Probe w?hrend des Temperaturprogramms wie z. B. endotherm, exotherm, spezifische W?rme?nderung usw. berechnet und die W?rmeaufnahme (W?rmeenthalpie) und charakteristische Temperatur (Startpunkt, Spitzenwert, Endpunkt…) des thermischen Effekts berechnet.

Das DSC-Verfahren ist in verschiedenen Bereichen wie Kunststoffen, Gummi, Fasern, Beschichtungen, Klebstoffen, Arzneimitteln, Lebensmitteln, biologischen Organismen, anorganischen Materialien, Metallmaterialien und Verbundwerkstoffen weit verbreitet. Es kann den Schmelz- und Kristallisationsprozess von Materialien, den Glasübergang, den Phasenübergang, den Flüssigkristallübergang, die Verfestigung, die Oxidationsstabilit?t, die Reaktionstemperatur und die Reaktionsenthalpie untersuchen, die spezifische W?rme und Reinheit der Substanz werden gemessen, die Vertr?glichkeit jeder Komponente der Das Gemisch wird untersucht und die kristallinen und reaktionskinetischen Parameter werden berechnet.

Das Grundprinzip des W?rmestromdifferential-Abtastkalorimeters lautet wie folgt:

Wie in der obigen Abbildung gezeigt, wird die Probe mit einer Probe gepackt und zusammen mit einem Referenztiegel (normalerweise leer) auf die Sensorscheibe gelegt. Die beiden werden thermisch symmetrisch gehalten und in einem gleichm??igen Ofen gem?? einem bestimmten Temperaturprogramm (lineares Erhitzen), Abkühlen, konstanter Temperatur und Kombinationen davon getestet und ein Paar Thermoelemente (Referenzthermoelement, Probenthermoelement) wurden verwendet, um kontinuierlich zu messen der Temperaturunterschied zwischen den beiden. Da der Heizprozess von Ofenk?rper zu Probe / Referenz die Fourier-W?rmeleitungsgleichung erfüllt, ist die Heizw?rmestromdifferenz an beiden Enden proportional zum Temperaturdifferenzsignal, sodass das ursprüngliche Temperaturdifferenzsignal durch W?rme in ein W?rmestromdifferenzsignal umgewandelt werden kann Durchflusskorrektur und die Zeit / Temperatur ist Kontinuierliche Abbildung, um eine DSC-Karte zu erhalten.

Die thermische Wirkung der Probe verursacht ein Ungleichgewicht des W?rmeflusses zwischen der Referenz und der Probe. Aufgrund des W?rmewiderstands ist die Temperaturdifferenz zwischen Referenz und Probe () proportional zur W?rmestromdifferenz. Die Zeit wird integriert, um die W?rme zu erhalten: (Temperatur, W?rmewiderstand, Materialeigenschaften…)

Aufgrund der thermischen Symmetrie der beiden Enthalpien liegt die Signaldifferenz zwischen dem Referenzende und dem Probenende nahe Null, wenn keine thermischen Effekte in der Probe auftreten. Auf der Karte wird eine ungef?hre horizontale Linie erhalten, die als "Grundlinie" bezeichnet wird. Natürlich ist es für ein tats?chliches Instrument unm?glich, eine perfekte thermische Symmetrie zu erreichen. Au?erdem ist der Unterschied in der W?rmekapazit?t zwischen dem Probenende und dem Referenzende normalerweise nicht vollst?ndig horizontal und es gibt eine gewisse Welligkeit. Dieses Volt wird üblicherweise als "Basisliniendrift" bezeichnet.

Wenn die Probe einen thermischen Effekt hat, wird eine bestimmte Temperaturdifferenz / W?rmeflusssignaldifferenz zwischen dem Probenende und dem Referenzende erzeugt. Durch kontinuierliches Auftragen der Signaldifferenz gegen Zeit / Temperatur kann eine Karte ?hnlich der folgenden erhalten werden:

Gem?? der DIN-Norm und den thermodynamischen Vorschriften ist der in der Abbildung gezeigte Aufw?rtspegel (positiver Wert) der endotherme Peak der Probe (der typische endotherme Effekt ist Schmelzen, Zersetzung, Desorption usw.) und der Abw?rtspeak (negativer Wert) der exotherme Peak (Der typische exotherme Effekt ist Kristallisation, Oxidation, Verfestigung usw., und die spezifische W?rme?nderung spiegelt sich in der ?nderung der Grundlinienh?he wider, dh der stufenartigen Beugung auf der Kurve (der typischen spezifischen W?rme?nderung) Effekt ist Glasübergang, ferromagnetischer übergang usw.)).

Die Karte kann sowohl in Temperatur- als auch in Zeitkoordinaten konvertiert werden.

Für den Absorptions- / exothermen Peak k?nnen der Startpunkt, der Peakwert, der Endpunkt und die Peakfl?che h?ufiger analysiert werden. einige:

Startpunkt: Der Punkt, an dem die Grundlinie vor dem Peak die Tangente am Wendepunkt links vom Peak tangiert, h?ufig verwendet, um die Temperatur (Zeit) zu charakterisieren, bei der ein thermischer Effekt (physikalische oder chemische Reaktion) einsetzt auftreten.

Peak: Der Temperaturpunkt (Zeitpunkt), an dem der Absorptions- / Exothermeffekt am gr??ten ist.

Endpunkt: Der Punkt, an dem die Grundlinie nach dem Peak die Tangente rechts vom Peak tangiert. Dies entspricht dem Startpunkt und wird h?ufig zur Charakterisierung der Temperatur (Zeit) verwendet, zu der ein thermischer Effekt (physikalisch oder chemisch) auftritt Reaktion) endet.

Fl?che: Die Fl?che, die durch Integration der Absorptions- / exothermen Peaks in J / g erhalten wird, um die W?rmemenge zu charakterisieren, die von einem Einheitsgewicht einer Probe w?hrend eines physikalisch / chemischen Prozesses absorbiert / abgegeben wird.

Zus?tzlich k?nnen charakteristische Parameter wie H?he, Breite und Fl?chenintegralkurve des Absorptions- / exothermen Peaks in der Software angegeben werden. Für den spezifischen W?rme?nderungsprozess k?nnen Parameter wie der Startpunkt, der Mittelpunkt, der Endpunkt, der Wendepunkt und der spezifische W?rme?nderungswert analysiert werden.

Das moderne TG-Instrument hat eine komplizierte Struktur. Neben dem Grundheizofen und der hochpr?zisen Waage gibt es elektronische Steuerteile, Software und eine Reihe von Zusatzger?ten. Die Struktur des Netzsch TG209F3 ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Das Schutzgas und das Spülgas sind in der Abbildung zu sehen. Das Schutzgas ist normalerweise gegenüber dem N2 inert. Es wird durch die Wiegekammer und den Verbindungsbereich in den Ofen geleitet, so dass die Waage platziert werden kann. Eine stabile und trockene Arbeitsumgebung, die verhindert, dass Feuchtigkeit, Hei?luftkonvektion und Probenzersetzung von Schadstoffen das Gleichgewicht beeintr?chtigen. Mit dem Ger?t k?nnen zwei verschiedene Spülgastypen (Spülung1, Spülung2) gleichzeitig angeschlossen und bei Bedarf w?hrend der Messung automatisch umgeschaltet oder gemischt werden. Eine übliche Verbindung ist eine, bei der N2 als inerte Spülatmosph?re für herk?mmliche Anwendungen angeschlossen ist; Der andere ist als oxidierende Atmosph?re mit Luft verbunden. In Bezug auf das Gassteuerungszubeh?r kann es mit einem herk?mmlichen Rotameter, einem Magnetventil oder einem Massendurchflussmesser (MFC) mit h?herer Pr?zision und Automatisierung ausgestattet werden.

Der Gasauslass befindet sich oben am Instrument und kann zum Ablassen von Tr?gergas und gasf?rmigen Produkten in die Atmosph?re verwendet werden. Es kann auch über eine beheizte übertragungsleitung an FTIR, QMS, GC-MS und andere Systeme angeschlossen werden, um Produktgase an diese Instrumente zu liefern. Komponentenerkennung. Die Top-Loading-Struktur des Instruments und das Design des glatten Erdgaswegs machen die Tr?gergasstr?mungsrate klein, die Produktgaskonzentration hoch und die Signalhysterese klein, was für die Kombination mit diesen Systemen für die effektive Analyse der sehr vorteilhaft ist entwickelte Gaskomponenten.

Das Instrument ist mit einer Thermostatsteuerung ausgestattet, um den Ofen von den beiden Teilen der Waage zu trennen, wodurch wirksam verhindert werden kann, dass W?rme auf das Waagenmodul übertragen wird, wenn der Ofen eine hohe Temperatur aufweist. Darüber hinaus verhindert die kontinuierliche Spülung des Schutzgases von unten nach oben die W?rmeübertragung, die durch die Konvektion der hei?en Luft verursacht wird, und die Strahlungsabschirmungen um den Probenhalter isolieren die W?rmestrahlungsfaktoren in der Hochtemperaturumgebung. Die Ma?nahmen stellen sicher, dass sich die hochpr?zise Waage in einer stabilen Temperaturumgebung befindet und nicht durch die Hochtemperaturzone gest?rt wird, wodurch die Stabilit?t des thermogravimetrischen Signals sichergestellt wird.

Moderne DSC-Instrumente sind neben dem grundlegenden Heizofen und den Sensoren sowie elektronischen Steuerteilen, Software und einer Reihe von Zusatzger?ten komplexer aufgebaut. Das folgende Diagramm zeigt den Aufbau des Netzsch DSC204F1:

Das Schutzgas und das Spülgas sind in der Abbildung zu sehen. Das Schutzgas wird normalerweise mit inertem N2 durch den Umfang des Ofens geleitet, wodurch der Heizk?rper geschützt, die Lebensdauer verl?ngert und der Ofenk?rper verhindert werden kann. Die Wirkung des Zuckergusses auf die Peripherie bei niedrigen Temperaturen. Mit dem Ger?t k?nnen zwei verschiedene Spülgastypen gleichzeitig angeschlossen und bei Bedarf w?hrend der Messung automatisch umgeschaltet oder gemischt werden. Bei einer herk?mmlichen Verbindung wird N2 als inerte Spülatmosph?re für herk?mmliche Anwendungen angeschlossen. Der andere ist mit Luft oder O2 verbunden, um als oxidierende Atmosph?re verwendet zu werden. In Bezug auf das Gassteuerungszubeh?r kann es mit einem herk?mmlichen Rotameter, einem Magnetventil oder einem Massendurchflussmesser (MFC) mit h?herer Pr?zision und Automatisierung ausgestattet werden.

Das Instrument kann an drei verschiedene Arten von Kühlger?ten angeschlossen werden. Eines ist das Flüssigstickstoffsystem (LN2 / GN2-Kühlung), eines ist Umw?lzkühlung oder Intracooler und das andere ist Kühlluft. Diese drei Kühlmethoden haben jeweils unterschiedliche Eigenschaften und geeignete Anwendungen. Druckluft ist relativ einfach, die minimale Kühltemperatur ist die normale Temperatur, geeignet für Anl?sse, die keine Niedertemperaturanwendungen erfordern (wie Kunststoffe, duroplastische Harzindustrie usw.), und wird h?ufig als automatische Kühlung nach dem Ende der Messung verwendet. so dass der Ofenk?rper auf normale Temperatur abgekühlt wird, einfach Zugabe der n?chsten Probe; Das Flüssigstickstoffsystem hat den Vorteil, dass es schneller abkühlt und auf eine niedrigere Temperatur (-180 ° C) abgesenkt wird als die mechanische Kühlung. Der Nachteil ist, dass flüssiger Stickstoff selbst ein Verbrauchsmaterial ist. Es muss hinzugefügt werden, dass es Faktoren für die Kosten von Verbrauchsmaterialien gibt. W?hrend die mechanische Kühlung in Bezug auf Abkühlrate und Grenztemperatur dem flüssigen Stickstoff unterlegen ist, k?nnen im Folgenden grunds?tzlich keine Verbrauchsfaktoren verwendet werden, was sein Vorteil ist.

Die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs hat einen signifikanten Einfluss auf die Ergebnisse des thermischen Analyseexperiments. Im Allgemeinen kann es wie folgt zusammengefasst werden.

(1) Für eine bestimmte Reaktion der Probe, die durch die TG, DSC-Kurve dargestellt wird, ist die Zunahme der Temperaturanstiegsrate gew?hnlich so, dass die Anfangstemperatur der Reaktion Ti, die Spitzentemperatur Tp und die Abschlusstemperatur Tf erh?ht werden. Schneller Temperaturanstieg, so dass die Reaktion noch nicht ablaufen konnte, tritt in eine h?here Temperatur ein, die Assemblierungsreaktion verz?gert sich (siehe Abbildung oben).

(2) Ein schneller Temperaturanstieg besteht darin, die Reaktion in einem Hochtemperaturbereich auf eine h?here Geschwindigkeit zu bringen, dh nicht nur die Spitzentemperatur Tp der DSC-Kurve wird erh?ht, sondern auch die Spitzenamplitude wird verengt und erreicht (wie in gezeigt) die obige Abbildung).

Eine kleine Probenmenge wirkt sich günstig auf die Diffusion des Gasprodukts und die Innentemperatur der Probe aus, verringert den Temperaturgradienten und verringert die Abweichung der Probentemperatur vom linearen Temperaturanstieg der Umgebung, der durch die Absorption und verursacht wird W?rmefreisetzungseffekte der Probe. Experimente haben gezeigt, dass die Peakfl?che immer noch mit der Partikelgr??e der Probe zusammenh?ngt. Je kleiner das Teilchen ist, desto gr??er ist die Fl?che des exothermen Peaks der DSC-Kurve. Zus?tzlich gibt es eine Lücke zwischen den gestapelten losen Probenpartikeln, wodurch sich die Probe thermisch verschlechtert. Je kleiner die Partikel sind, desto n?her kann der Stapel gestapelt werden und die W?rmeleitung ist gut. Unabh?ngig von der Partikelgr??e der Probe ist die Pinguindichte nicht leicht zu wiederholen und beeinflusst auch die TG-Kurventopographie.

Damit die Reaktion ein gasf?rmiges Produkt bildet, wird die Reaktion auf eine hohe Temperatur gebracht, wenn das Gasprodukt nicht rechtzeitig entfernt wird oder der Partialdruck des gasf?rmigen Produkts in der Atmosph?re auf andere Weise erh?ht wird. Die W?rmeleitf?higkeit der Atmosph?re ist gut, was vorteilhaft ist, um dem System mehr W?rme zuzuführen und die Geschwindigkeit der Zersetzungsreaktion zu erh?hen. Die Beziehung zwischen der W?rmeleitf?higkeit von drei Inertgasen Argon, Stickstoff und Helium und der Temperatur nimmt nacheinander zu.

Die folgende Abbildung zeigt den Zersetzungstest von Dolomit. Der Zersetzungsprozess besteht aus den folgenden zwei Schritten:

MgCO3 → MgO + CO2 ↑

CaCO3 → CaO + CO2 ↑

Unter der Bedingung einer herk?mmlichen N2-Spülung ist die Temperatur der zwei Zersetzungsschritte ?hnlich und der Trenneffekt ist nicht gut. Es ist schwierig, den Gehalt der beiden Komponenten MgCO3 und CaCO3 genau zu berechnen. Daher wurde in diesem Beispiel CO2 als Spülatmosph?re verwendet. Da beide Gewichtsverlustschritte CO2 erzeugen, wird die Verwendung von CO2 als Spülatmosph?re das chemische Gleichgewicht beeinflussen und eine ?Verz?gerung“ der Reaktion verursachen (das Gewichtsverlustverh?ltnis wird nicht beeinflusst). Da der ?Verz?gerungsgrad“ des zweistufigen Abbaus nicht derselbe ist, ist die Verz?gerung des Gewichtsverlusts der zweiten Stufe (CaCO3-Abbau) signifikanter. Auf diese Weise wird der Effekt der Stufentrennung effektiv erreicht, und das Massenverh?ltnis von MgCO3 in der Probe kann genau zu 44,01 TP2T (MgCO3/CO2 = 1,91) berechnet werden, und das Massenverh?ltnis von CaCO3 betr?gt 55,31 TP2T (CaCO3/ CO2=2,27).

Die Gasphasendichte des mittleren Raums im Probenhalter nimmt mit zunehmender Temperatur ab, und somit nimmt der Auftrieb ab, was als scheinbare Gewichtszunahme ausgedrückt wird. Für den Probenbeh?lter verursacht die nach oben str?mende Luft einen offensichtlichen Gewichtsverlust, und die beiden Luftturbulenzen verursachen eine Gewichtszunahme, die mit der Gr??e und Form des Tiegels zusammenh?ngt, der mittels des Luftauslasses über dem Probenbeh?lter eingestellt werden kann. aber die TG-Kurve wird gemacht. Es ist schwierig, über den gesamten Temperaturbereich keine offensichtliche Massen?nderung zu haben.

Der Dichtigkeitsgrad der in den Tiegel geladenen Probe beeinflusst die Diffusion des Pyrolysegasprodukts in die umgebende Mediumluft und den Kontakt der Probe mit der Atmosph?re. Beispielsweise verliert der zweite Schritt von Calciumoxalatmonohydrat CaC2O4 · H2O die Reaktion von Kohlenmonoxid CO: CaC2O4 · H2O → CaCO3 + CO ↑

Wenn das Medium Luft ist, wenn die Probe locker ist und eine ausreichende oxidierende Atmosph?re aufweist, hat die DSC-Kurve einen exothermen Effekt (Spitzentemperatur 511 ° C), dh die Oxidation von CO: 2CO + O2 → 2CO2, wenn die Probe relativ ist kompakt ist es in Abwesenheit Im Sauerstoffzustand hat die DSC-Kurve einen endothermen Effekt. Siehe unten.

locker (1) und voller (2)

Bei amorphen Festk?rpern tritt w?hrend des Erhitzens ein Glasübergang vom amorphen Feststoff zur Str?mungsdynamik auf (hochelastisch für polymere Materialien). Bei diesem Prozess wird es zusammen mit der ?nderung der spezifischen W?rme in der DSC-Kurve als Schritt in Richtung der W?rmeabsorptionsrichtung reflektiert.

Flexion. Aus dieser Analyse kann die Glasübergangstemperatur des Materials erhalten werden.

Die obige Abbildung zeigt den Glasübergangstest einer Epoxidharzprobe. Nach internationalen Standards nimmt der Glasübergang im Allgemeinen den Mittelpunkt ein, der 129,5 ° C betr?gt. Die spezifische W?rme?nderung charakterisiert grob die Schwere des übergangs.

Das Schmelzen des Kristalls ist ein Phasenübergang erster Ordnung, der von einem endothermen Effekt w?hrend des Schmelzprozesses begleitet wird. Unter Verwendung von DSC kann der endotherme Effekt gemessen werden, um Informationen wie Schmelzpunkt, Schmelzenthalpie und dergleichen zu erhalten.

Die obige Abbildung zeigt das Schmelzen des Metalls In. Der Schmelzpunkt betr?gt 156,7 ° C (theoretisch 156,6 ° C), die Enthalpie 28,58 J / g (theoretischer Wert 28,6 J / g).

Die obige Abbildung zeigt den Glasübergang, die Kaltkristallisation und den Schmelztest einer amorphen Legierung w?hrend des Erhitzens. Amorphe Legierungen weisen aufgrund unzureichender Kristallisation bei Raumtemperatur einen hohen Grad an amorpher Phase auf, so dass w?hrend des Erhitzens ein signifikanter Glasübergang auftritt. Dann erscheint ein Kaltkristallisationspeak, und der endgültige Schmelzpeak enth?lt das gleichzeitige Schmelzen des Kristalls bei Raumtemperatur und den zugesetzten Kristallanteil des Kaltkristallisationsprozesses.

Unter Verwendung des thermogravimetrischen Analysators ist es durch Analyse der Anfangsphase des Zersetzungsprozesses leicht, die thermische Stabilit?t des Materials zu verstehen und Informationen über die Obergrenze der Verwendungstemperatur zu erhalten.

Für die Annotation der Temperatur, die die thermische Stabilit?t darstellen kann, kann die herk?mmliche externe Startpunktmethode verwendet werden (der TG-Schritt oder der DTG-Peak k?nnen als externer Startpunkt verwendet werden), die Temperatur unterliegt jedoch der Analyse-Randbedingung (Nehmen Sie den Bereich der Tangente) Aufprall, manchmal nicht stabil genug. Im industriellen Bereich und bei Anl?ssen zur Qualit?tskontrolle werden mehr als 1%, 2%, 5% des Gewichtsverlusts verwendet, um die thermische Stabilit?t des Produkts zu charakterisieren, und das Berechnungsergebnis ist genauer und zuverl?ssiger.

Die obige Abbildung zeigt ein Testspektrum von 5% TD (5% Gewichtsverlust) einer Laminatprobe als PCB-Material. Die Probe wurde insgesamt dreimal getestet und die Reproduzierbarkeit war gut, und der 5% TD lag im Bereich von 337,5 ± 1,5 ° C.

Die obige Abbildung zeigt den Test des thermischen Abbauprozesses von Polytetrafluorethylen-PTFE. Die N2-Atmosph?re wurde vor 700 ° C verwendet und nach 700 ° C auf Luft umgestellt. PTFE ist ein hochtemperaturbest?ndiges Material, die anf?ngliche Zersetzungstemperatur betr?gt bis zu 500 ° C oder mehr (der TG-Au?enschnitt-Startpunkt betr?gt in der Abbildung 569,5 ° C) und der maximale Gewichtsverlustratenpunkt (DTG-Spitzentemperatur) betr?gt 612,1 ° C. Die Probe war 100% vollst?ndig Gewichtsverlust unter einer inerten Atmosph?re und es wurde kein Kohlenstoffrückstand gebildet. Dies kann durch Umschalten von der Grafik auf Luft ohne weiteren Gewichtsverlust überprüft werden. Die c-DTA-Kurve ergibt zus?tzlich einen Schmelzpeak von PTFE bei einer Temperatur von 330,6 ° C.

Unter Verwendung eines thermogravimetrischen Analysators kann das interne Komponentenverh?ltnis vieler Materialien basierend auf den Ergebnissen der mehrstufigen Gewichtsverlustmessung berechnet werden, indem eine geeignete Heizrate und Messatmosph?re verwendet werden und das Umschalten zwischen verschiedenen Atmosph?ren rational angeordnet wird.

Die obige Abbildung zeigt die Analyse des Gewichtsverlustprozesses von glasfaserverst?rktem PA66. Verwenden Sie N2 vor 850 ° C und wechseln Sie nach 850 ° C zu Luft. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Gewichtsverlust in die folgenden Stufen unterteilt ist:

1. Eine kleine Menge Gewichtsverlust vor 1.300 ° C: Gewichtsverlust 0.6%. Kann die im Material adsorbierte Feuchtigkeit und einige organische flüchtige Stoffe sein.

2. 300 ~ 850 ° C: Der Hauptschritt des Gewichtsverlusts, der Gewichtsverlust, betr?gt 63,41 TP1T. Zersetzung von PA66.

3. Nach dem Umschalten auf Luft bei 850 ° C betr?gt der Gewichtsverlust 1,51 TP1T, was dem W?rmeverlust von Kohlenstoff (PA66-Zersetzungsprodukt) entspricht.

Restqualit?t: 34.5%. Es sollte eine Glasfaserkomponente sein, die sich nicht zersetzt oder oxidiert.

Aus der obigen Analyse kann das Verh?ltnis von PA66 in der Probe zu 64,91 TP1T (63,4 + 1,5) berechnet werden. Der Anteil an Glasfasern betr?gt 34,5%. Die verbleibende Feuchtigkeits- / flüchtige Fraktion betrug 0,61 TP1T.

Mit einem thermogravimetrischen Analyseger?t kann der Verflüchtigungsprozess einer Probengeneration (z. B. Schmier?l) getestet und seine Stabilit?t charakterisiert werden.

Die obige Abbildung zeigt den Verflüchtigungsprozess-Test von Perfluorpolyether-Schmiermitteln. Das Temperaturprogramm wurde von Raumtemperatur auf 130 ° C erh?ht und auf einer konstanten Temperatur gehalten. Die Abbildung zeigt den Massenprozentsatz bei 10, 15, 20, 25, 30 Minuten und den schnellsten Fokusverlust bei 13,9 Minuten sowie die entsprechende DTG-Gewichtsverlustrate. In ?hnlicher Weise kann TG auch den Verflüchtigungsprozess (Sublimationsprozess) bestimmter fester Proben wie Kampfer messen, um deren Lagerstabilit?t zu charakterisieren.

Die obige Abbildung zeigt den Dehydratisierungs- und Wasserabsorptionsprozess des auf dem STA-Instrument getesteten Tons unter verschiedenen Feuchtigkeitsatmosph?ren. Der Test wurde bei einer konstanten Temperatur von etwa 30 ° C unter Verwendung eines Feuchtigkeitsgenerators durchgeführt, um eine Spülatmosph?re mit einer spezifischen Feuchtigkeit zu erzeugen. Es ist ersichtlich, dass die Probe unter einer trockeneren Spülatmosph?re von 5% relativer Luftfeuchtigkeit einen Dehydratisierungsprozess mit einem Gewichtsverlust von 0,81% zeigte. Wenn die Atmosph?re auf 25% relative Luftfeuchtigkeit umgeschaltet wurde, zeigte die Probe eine Wasserabsorption mit einer Gewichtszunahme von 1,66%. Nach der relativen Luftfeuchtigkeit von 50% und 75% absorbierten die Proben alle Wasser, und die Gewichtszunahme betrug 1,38% bzw. 2,82%. Gleichzeitig kann auf der blauen DSC-Kurve der exotherme Effekt und die Enthalpie des Wasserabsorptionsprozesses beobachtet werden.

Die obige Figur vergleicht die Ergebnisse, die durch einen weiteren zweiten Temperaturanstieg erhalten wurden, nachdem eine andere PET-Probe unter Verwendung einer anderen Abkühlgeschwindigkeit aus dem geschmolzenen Zustand auf eine normale Temperatur abgekühlt wurde. Es ist ersichtlich, dass die Kristallinit?t umso geringer ist, je schneller die Abkühlgeschwindigkeit ist, je geringer die Kristallisation der Probe ist und je gr??er die durch das zweite Erhitzen erhaltene Peakfl?che der kalten Kristallisation ist.

Eine unterschiedliche Kristallinit?t beeinflusst die mechanischen Eigenschaften des Materials (Flexibilit?t, Duktilit?t, Schlagfestigkeit usw.), die optischen Eigenschaften, die L?sungsmittelbest?ndigkeit und die Verarbeitbarkeit. Daher ist die Kristallinit?t im Produktionsprozess von Thermoplasten auch ein wichtiger Indikator zur Erkennung und Kontrolle.

Die Oxidationsstabilit?t des Materials kann mit DSC getestet werden. Spezifische Testmethoden umfassen die OIT-Methode und die dynamische Temperaturoxidationsmethode.

Die Oxidationsinduktionsperiode (OIT) ist eine Standardtestmethode für die Kunststoffindustrie. Die konstante Temperatur betr?gt im Allgemeinen 200 ° C, aber die entsprechende Auf- / Ab-Einstellung kann entsprechend der L?nge der Oxidationszeit vorgenommen werden. Entsprechend dem Unterschied der Oxidationsinduktionszeit (OIT) verschiedener Probenchargen kann der Unterschied der Antioxidationsleistung von Materialien und der Antioxidationswirkung verschiedener Antioxidationsadditive verglichen und indirekt zur Identifizierung der verwendet werden Unterschied der Anti-Aging-Eigenschaften von Materialien. Relevante Messnormen: DIN EN 728, ISO / TR 10837, ASTM D 3895.

Das obige Bild zeigt den OIT-Test für Polyethylen-Kunststoffpartikel gem?? der nationalen Standardmethode. Die Probe wurde auf etwa 15 mg gewogen, in einen offenen Al-Tiegel gegeben und unter 50 ml / min N 2 -Schutz auf 200 ° C erw?rmt und nach 5 min auf O 2 umgeschaltet. Die gemessene Oxidationsinduktionsperiode (die Zeitdifferenz vom anf?nglichen Umschalten auf O 2 bis zum Extrapolationsinitiationspunkt des oxidativen exothermen Peaks) betrug 40,1 min.

DSC kann den Aush?rtungsprozess von duroplastischen Harzen (wie Epoxidharzen, Phenolharzen usw.) sowie Beschichtungen, Klebstoffen und dergleichen messen.

Die folgende Abbildung zeigt den Temperaturanstiegsh?rtungstest von Prepreg aus glasfaserverst?rktem Epoxidharz (GFEP). Das ungeh?rtete Prepreg hat eine niedrige Glasübergangstemperatur (101,5 ° C) und verfestigt sich w?hrend des Erhitzungsprozesses. Es zeigt einen gro?en exothermen Peak auf der DSC-Kurve (136,4, 158,9 ° C Doppelpeak in der Figur, H?rtungsenthalpie 43,10) J / g); Nach dem Abkühlen für einen zweiten Temperaturanstieg wird die Glasübergangstemperatur auf 142,4 ° C erh?ht, da sich das Harz verfestigt hat, und der aush?rtende exotherme Peak tritt nicht mehr auf.

Hinweis: Bei Epoxidharzen liegt die Glasübergangstemperatur nahe an der Linearit?t des Aush?rtungsgrades. Je h?her der Aush?rtungsgrad ist, desto vollst?ndiger ist die innere Vernetzung des Materials, desto geringer ist die Beweglichkeit des Segments und desto h?her ist die Glasübergangstemperatur.

Die obige Abbildung zeigt den Phasenwechseltest von Eisen w?hrend des Erw?rmungsprozesses. Der endotherme Peak bei 771,5 °C ist der Curie-Punkt-übergang und das Material wird von ferromagnetisch zu paramagnetisch umgewandelt. Der endotherme Peak bei 918,6 °C und 1404,1 °C ist der übergang zwischen den beiden Gitterstrukturen (bcc K?rpermitte – fcc Fl?chenmitte). Das Netzsch SC404/STA449 verfügt über eine hermetische Hochvakuumstruktur und ein vollautomatisches Vakuumsystem mit einem einzigartigen OTS-Sauerstoffadsorptionssystem, um sicherzustellen, dass Proben in einer reinen Inertatmosph?re gemessen werden, um Oxidation bei erh?hten Temperaturen zu vermeiden.

Polymorphismus bezieht sich auf das Ph?nomen, dass eine Substanz in zwei oder mehr verschiedenen Kristallstrukturen existieren kann. Verschiedene Kristallformen haben unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften und k?nnen unter bestimmten Bedingungen ineinander umgewandelt werden.

Die obige Abbildung zeigt die DSC-Messung des Arzneimittels Sulfathiazol. Der endotherme Peak bei 173,7 ° C in der Figur ist das Schmelzen von Form III, das dann in Form I umgewandelt wird. Der kleine endotherme Peak bei 196,2 ° C ist das Schmelzen von Form II und der endotherme Peak bei 201,4 ° C ist das Schmelzen von Form I.

Testprinzip

Gem?? der Definition der thermischen Physik ist die spezifische W?rmekapazit?t c (die konstante thermische spezifische W?rmekapazit?t Cp, die an der allgemeinen thermischen Analyse beteiligt ist) die Energie, die erforderlich ist, um die Einheitstemperatur pro Masseneinheit der Probe bei einer bestimmten Temperatur zu erh?hen. N?mlich: Cp = Q / (m * △ T), Einheit J / g * K.

?ndern Sie diese Gleichung leicht:

Q = Cp * m * △ T.

Dann differenziere die Zeit, nimm die endotherme Leistung der Probe w?hrend des Erw?rmungsprozesses q = dQ / dt, die Aufheizrate HR = dT / dt, dh: q = Cp * m * HR

Unter Verwendung des W?rmestromtyps DSC werden die endotherme Leistung q der unbekannten spezifischen W?rmeprobe sam und der bekannten spezifischen W?rmestandardprobe std bei einer bestimmten Temperatur jeweils mit der gleichen Heizrate in einer dynamischen Heizrate gemessen, und es wird erhalten:

Qsam = KT * ( DSCsam – DSCbsl ) = Cpsam * msam * HR

Qstd = KT * ( DSCstd – DSCbsl ) = Cpstd * mstd * HR

KT ist der Empfindlichkeitskoeffizient des W?rmeflusssensors, durch den das DSC-Originalsignal (Einheit uV) bei einer bestimmten Temperatur in ein W?rmeflusssignal (Einheit mW) umgewandelt werden kann. DSCbsl ist eine Basislinie, die mit einem Paar Leerzeichen gemessen und bei der Messung des W?rmeflusses der Probe und des Standards abgezogen wird.

Teilen Sie die obigen zwei Gleichungen, und KT und HR werden voneinander geteilt, um Folgendes zu erhalten:

(DSCsam – DSCbsl) / (DSCstd – DSCbsl) =

(Cpsam * msam) / (Cpstd * mstd)

Eine geringfügige ?nderung, dh die konstante druckspezifische W?rmekapazit?t der Probe bei einer bestimmten Temperatur:

Cpsam = Cpstd × [(DSCsam – DSCbsl) / msam] / [(DSCstd – DSCbsl) / mstd] = Cpstd × DSCsam,rel,sub/ DSCstd,rel,sub

Wobei DSCxxx, rel, sub das DSC-Signal darstellt, nachdem die Basislinie oder Referenz in relativen Koordinaten in μV / mg von der Basislinie subtrahiert wurde.

Die obige Abbildung zeigt den spezifischen W?rmewert (grüne Kurve) einer reinen Kupferprobe, gemessen bei Hochtemperatur-DSC im Bereich von RT ~ 1000 ° C, und den Vergleich mit dem Literaturwert (blaue Kurve).