熱分析?熱量分析のポイントをマスターしたい？

熱分析および熱量測(cè)定分析

熱分析は機(jī)器分析の重要な分野であり、物質(zhì)の特性評(píng)価にかけがえのない役割を果たす。何世紀(jì)もの長(zhǎng)い年月を経て、熱は鉱物と金屬の熱分析から引き起こされました。ここ數(shù)十年、高分子科學(xué)と薬物分析は活力に満ちています。

熱重量分析（TGまたはTGA）は、特定の溫度プログラム（上昇/下降/一定溫度）の制御下で、サンプルの質(zhì)量を溫度または時(shí)間で制御して、重量減少率と重量減少溫度を取得するために使用されます。開(kāi)始點(diǎn)、ピーク値、終了點(diǎn)…)、および分解殘量などの関連情報(bào)。

TGメソッドは、プラスチック、ゴム、コーティング、醫(yī)薬品、觸媒、無(wú)機(jī)材料、金屬材料、複合材料の研究開(kāi)発、プロセス最適化、品質(zhì)監(jiān)視で広く使用されています。異なる雰囲気下での材料の熱安定性と酸化安定性を測(cè)定できます。分解、吸著、脫著、酸化、還元などの物理的および化學(xué)的プロセスを分析できます。これには、TGテスト結(jié)果を使用して、さらに明白な反応速度を分析することもできます。材料を定量的に計(jì)算して、水分、揮発性成分、およびさまざまな添加剤とフィラーを決定できます。

熱重量分析計(jì)の基本原理は次のとおりです。

上の図は、トップローディング熱重量分析計(jì)の構(gòu)造を示しています。爐體は加熱體であり、特定の溫度プログラムの下で動(dòng)作します。爐は、さまざまな動(dòng)的雰囲気（N2、Ar、Heなどの保護(hù)雰囲気、O2、空気などの酸化雰囲気およびその他の特別な雰囲気など）に曝される可能性があります。または、テストは真空または靜的雰囲気下で行われました。試験中、サンプルホルダーの下部に接続された高精度天びんは、いつでもサンプルの現(xiàn)在の重量を感知し、データをコンピューターに送信します。コンピューターは、サンプル重量対溫度/時(shí)間曲線（TG曲線）を描畫(huà)します。サンプルの重量変化（理由には、分解、酸化、還元、吸著および脫著など）が含まれる場(chǎng)合、TGカーブで重量損失（または重量増加）ステップとして表示されるため、損失/重量増加プロセスを知ることができます。発生した溫度ゾーンと損失/重量比を定量化します。 TG曲線を微分計(jì)算して熱重量微分曲線（DTG曲線）を求めると、重量の変化率など、より多くの情報(bào)を得ることができます。

典型的な熱重量分析曲線を以下に示します。

マップは、溫度と時(shí)間の両方の座標(biāo)で変換できます。

赤い曲線：熱重量分析（TG）曲線は、プログラム溫度中の溫度/時(shí)間の関數(shù)としてサンプルの重量を特徴付けます。縦軸は重量パーセントです。これは、現(xiàn)在の溫度/時(shí)間におけるサンプルの重量と初期重量の比率です。

緑の曲線：熱重量微分（DTG）曲線（つまり、dm / dt曲線、TG曲線上の各點(diǎn)の曲線と時(shí)間座標(biāo)）は、溫度/時(shí)間による重量の変化率とそのピークを特徴付けます。ポイントが特徴です。各損失/體重増加ステップの體重変化率が最も速い溫度/時(shí)點(diǎn)。

損失/成長(zhǎng)ステップでは、次の特徴點(diǎn)がより一般的に使用されます。

TG曲線の外挿開(kāi)始點(diǎn)：TGステップの前のレベルの接線と曲線の変曲點(diǎn)の接點(diǎn)の交點(diǎn)を、損失/重量増加プロセスの基準(zhǔn)溫度點(diǎn)として使用できます。開(kāi)始し、主に材料の熱安定性を特徴付けるために使用されます。

TG曲線外挿終了點(diǎn)：TGステップ後のレベルでの接線と曲線変曲點(diǎn)での接點(diǎn)の交點(diǎn)は、損失/重量増加プロセスの最後の參照溫度點(diǎn)として使用できます。

DTG曲線のピーク：質(zhì)量変化率が最大になる溫度/時(shí)點(diǎn)。TG曲線の変曲點(diǎn)に対応します。

質(zhì)量変化：TGカーブの任意の2點(diǎn)間の質(zhì)量差を分析して、減量（または増量）ステップによって引き起こされたサンプルの質(zhì)量変化を表します。

殘留質(zhì)量：測(cè)定終了時(shí)にサンプルに殘っている質(zhì)量。

さらに、ソフトウェアでは、TG曲線の変曲點(diǎn)（DTGピーク溫度に相當(dāng)）、DTG曲線外挿開(kāi)始點(diǎn)（真の反応開(kāi)始溫度に近い）、およびDTG曲線外挿終了點(diǎn)（特性に近い）本當(dāng)の意味での反応終了溫度などのパラメータがマークされています。

熱量測(cè)定は、さまざまなプロセスに伴う熱の変化を測(cè)定する方法を研究する分野です。正確な熱特性データは、原理的には熱量計(jì)によって行われる熱量測(cè)定実験によって取得できます。

示差熱分析（DTA）は、プログラムされた溫度でサンプルとリファレンス間の溫度差を測(cè)定する熱分析方法です。示差走査熱量測(cè)定（DSC）は、プログラムされた溫度條件下で、サンプルとリファレンスへの電力差と溫度入力の関係を測(cè)定する熱分析法です。 2つの方法の物理的な意味は異なります。 DTAは、相転移溫度などの溫度特性點(diǎn)のみをテストできます。 DSCは、相変化溫度ポイントを測(cè)定できるだけでなく、相変化中の熱変化も測(cè)定できます。 DTA曲線の発熱ピークと吸熱ピークには明確な物理的意味はありませんが、DSC曲線の発熱ピークと吸熱ピークはそれぞれ放熱と熱吸収を表します。したがって、DSCを例として、熱量分析を分析します。

示差走査熱量測(cè)定 (DSC) は、特定の溫度プログラム (上昇/下降/一定溫度) の制御下で、溫度または時(shí)間に対するサンプル端と參照端の間の熱流量差の変化を観察することです。このようにして、吸熱、発熱、比熱変化など、溫度プログラム中のサンプルの熱効果情報(bào)が計(jì)算され、熱吸収 (熱エンタルピー) と特性溫度 (開(kāi)始點(diǎn)、ピーク値、熱効果の終點(diǎn)…）が計(jì)算されます。

DSC法は、プラスチック、ゴム、繊維、コーティング、接著剤、醫(yī)薬品、食品、生物、無(wú)機(jī)材料、金屬材料、複合材料など、さまざまな分野で広く使用されています。材料の溶融および結(jié)晶化プロセス、ガラス転移、相転移、液晶転移、固化、酸化安定性、反応溫度および反応エンタルピー、物質(zhì)の比熱および純度が測(cè)定され、物質(zhì)の各成分の適合性を研究できます混合物が研究され、結(jié)晶化度と反応速度パラメータが計(jì)算されます。

熱流示差走査熱量計(jì)の基本原理は次のとおりです。

上の図に示すように、サンプルはサンプルと一緒に梱包され、參照用るつぼ（通常は空）と一緒にセンサーディスクに配置されます。 2つは熱対稱に保たれ、特定の溫度プログラム（線形加熱）、冷卻、一定溫度、およびそれらの組み合わせに従って均一な爐內(nèi)でテストされ、一対の熱電対（參照熱電対、サンプル熱電対）を使用して連続的に測(cè)定されました2つの間の溫度差。爐體からサンプル/參照加熱プロセスはフーリエ熱伝導(dǎo)方程式を満たすため、両端の加熱熱流差は溫度差信號(hào)に比例するため、元の溫度差信號(hào)を熱によって熱流差信號(hào)に変換できます。流量補(bǔ)正、および時(shí)間/溫度は、DSCマップを取得するための連続マッピングです。

サンプルの熱効果により、參照とサンプルの間の熱流の不均衡が生じます。熱抵抗が存在するため、基準(zhǔn)とサンプルの間の溫度差 () は、熱流の差に比例します。熱を得るために時(shí)間が統(tǒng)合されます: (溫度、熱抵抗、材料特性…)

2つのエンタルピーの熱対稱性により、サンプルに熱影響がない場(chǎng)合、參照端とサンプル端の間の信號(hào)差はゼロに近くなります。 「ベースライン」と呼ばれるおおよその水平線がマップ上で取得されます。もちろん、実際の機(jī)器が完全な熱対稱性を達(dá)成することは不可能です。また、サンプル端とリファレンス端の熱容量の差は通常完全に水平ではなく、一定のうねりがあります。この電圧は通常「ベースラインドリフト」と呼ばれます。

サンプルに熱影響がある場(chǎng)合、サンプル端と基準(zhǔn)端の間に一定の溫度差/熱流信號(hào)差が発生します。信號(hào)の差異と時(shí)間/溫度の関係を継続的にプロットすることにより、次のようなマップを取得できます。

DIN規(guī)格および熱力學(xué)的規(guī)制によれば、図に示されている上向き（正の値）はサンプルの吸熱ピーク（典型的な吸熱効果は融解、分解、脫著など）であり、下向き（負(fù)の値）は発熱ピーク（典型的な発熱効果は結(jié)晶化、酸化、固化などであり、比熱の変化はベースラインの高さの変化、つまり曲線の階段狀の変曲に反映されます（典型的な比熱の変化効果はガラス転移、強(qiáng)磁性転移などです）））。

マップは、溫度と時(shí)間の両方の座標(biāo)で変換できます。

吸収/発熱ピークについては、開(kāi)始點(diǎn)、ピーク値、終了點(diǎn)、ピーク面積をより一般的に分析できます。いくつかの：

開(kāi)始點(diǎn)：ピークの前のベースラインがピークの左側(cè)の変曲點(diǎn)の接線に接する點(diǎn)。熱効果（物理的または化學(xué)反応）が始まる溫度（時(shí)間）を特徴付けるためによく使用されます。発生する。

ピーク：吸収/発熱効果が最大になる溫度（時(shí)間）ポイント。

終了點(diǎn)：ピーク後のベースラインがピークの右側(cè)の接線に接する點(diǎn)。これは開(kāi)始點(diǎn)に対応し、熱効果（物理的または化學(xué)的）の溫度（時(shí)間）を特徴付けるためによく使用されます反応）終了します。

面積：物理/化學(xué)プロセス中にサンプルの単位重量によって吸収/放出される熱量を特徴付けるために、J / gで吸収/発熱ピークを積分することによって得られる面積。

さらに、吸収/発熱ピークの高さ、幅、面積積分曲線などの特性パラメーターをソフトウェアで示すことができます。比熱変化プロセスでは、始點(diǎn)、中點(diǎn)、終點(diǎn)、変曲點(diǎn)、比熱変化値などのパラメータを分析できます。

現(xiàn)代のTG裝置は複雑な構(gòu)造をしています?；镜膜始訜釥tと高精度の天びんに加えて、電子制御部品、ソフトウェア、一連の補(bǔ)助機(jī)器があります。 Netzsch TG209F3の構(gòu)造を以下の図に示します。

保護(hù)ガスとパージガスが図に示されています。保護(hù)ガスは通常、N2に対して不活性です。計(jì)量室とジョイント接続部を通って爐內(nèi)に投入され、天びんを設(shè)置できます。濕気、熱風(fēng)の対流、汚染物質(zhì)のサンプル分解によるバランスへの影響を防ぐ、安定した乾燥した作業(yè)環(huán)境。この機(jī)器では、2つの異なる種類(lèi)のパージガス（purge1、purge2）を同時(shí)に接続し、必要に応じて測(cè)定中に自動(dòng)的に切り替えまたは混合することができます。一般的な接続は、N2が従來(lái)のアプリケーションの不活性パージ雰囲気として接続されている接続です。もう1つは、酸化雰囲気として空気に接続されています。ガス制御アクセサリーに関しては、従來(lái)の回転計(jì)、電磁弁、または質(zhì)量流量計(jì)（MFC）を搭載して、より高い精度と自動(dòng)化を?qū)g現(xiàn)できます。

ガス出口は機(jī)器の上部にあり、キャリアガスとガス?fàn)钛u品を大気に排出するために使用できます。また、加熱トランスファーラインを使用してFTIR、QMS、GC-MS、その他のシステムに接続し、これらの機(jī)器に製品ガスを供給することもできます。コンポーネントの検出。機(jī)器の上部ローディング構(gòu)造と自然な滑らかなガス経路の設(shè)計(jì)により、キャリアガスの流量が小さくなり、生成ガスの濃度が高くなり、信號(hào)のヒステリシスが小さくなります。これは、これらのシステムと組み合わせて、発生したガス成分。

裝置には、爐を天びんの2つの部分から隔離するサーモスタット制御が裝備されています。これにより、爐が高溫のときに熱が天びんモジュールに伝達(dá)されるのを効果的に防ぐことができます。さらに、シールドガスのボトムアップ連続パージにより、熱風(fēng)の対流による熱伝達(dá)が防止され、サンプルホルダーの周?chē)欷屋椛浈珐`ルドが高溫環(huán)境の熱輻射要因を分離します。これらの対策により、高精度天びんが安定した溫度環(huán)境にあり、高溫ゾーンに干渉されず、熱重量測(cè)定信號(hào)の安定性が確保されます。

最新のDSC機(jī)器は、基本的な加熱爐とセンサー、電子制御部品、ソフトウェア、さまざまな補(bǔ)助機(jī)器に加えて、構(gòu)造がより複雑です。次の図は、Netzsch DSC204F1の構(gòu)造を示しています。

保護(hù)ガスとパージガスが図に示されています。保護(hù)ガスは通常、不活性N2を使用して爐の周?chē)欷蛲ㄟ^(guò)します。これにより、加熱體を保護(hù)し、耐用年數(shù)を延ばし、爐體を防ぐことができます。低溫での周辺へのつや消しの影響。この機(jī)器では、2つの異なる種類(lèi)のパージガスを同時(shí)に接続し、必要に応じて測(cè)定中に自動(dòng)的に切り替えまたは混合することができます。従來(lái)の接続は、N2が従來(lái)のアプリケーションの不活性パージ雰囲気として接続される接続です。もう1つは、酸化雰囲気として使用するために空気またはO2に接続されています。ガス制御アクセサリーに関しては、従來(lái)の回転計(jì)、電磁弁、または質(zhì)量流量計(jì)（MFC）を搭載して、より高い精度と自動(dòng)化を?qū)g現(xiàn)できます。

裝置は、3つの異なるタイプの冷卻裝置に接続できます。 1つは液體窒素システムLN2 / GN2冷卻）、1つは循環(huán)冷卻またはイントラクーラー、もう1つは冷卻空気です。これらの3つの冷卻方法には、それぞれ異なる特性と適切な用途があります。圧縮空気は比較的単純で、最低冷卻溫度は常溫であり、低溫用途を必要としない場(chǎng)合（プラスチック、熱硬化性樹(shù)脂産業(yè)など）に適し、測(cè)定終了後の自動(dòng)冷卻としてよく使用されます。爐體が常溫に冷卻されるように、次のサンプルを簡(jiǎn)単に追加。液體窒素システムには、機(jī)械式冷凍よりも冷卻が速く、低溫（-180°C）に低下するという利點(diǎn)があります。欠點(diǎn)は、液體窒素自體が消耗品であることです。追加する必要がある、消耗品のコストの要因があります。機(jī)械式冷凍は液體窒素よりも冷卻速度と限界溫度が劣りますが、以下の基本的な消耗要素は常に使用できません。これはその利點(diǎn)です。

溫度上昇率は、熱分析実験の結(jié)果に大きな影響を與えます。一般的には以下のようにまとめることができます。

（1）TG、DSC曲線で表されるサンプルの特定の反応では、溫度上昇率の増加は通常、反応の初期溫度Ti、ピーク溫度Tp、および終了溫度Tfが増加するようなものです。急激な溫度上昇により、反応がまだ進(jìn)行できなくなっているため、より高い溫度になり、アセンブリ反応が遅れます（上図）。

（2）急速な溫度上昇は、高溫領(lǐng)域で反応をより高速に押し上げることです。つまり、DSC曲線のピーク溫度Tpが増加するだけでなく、ピーク振幅も狹くなり、ピークに達(dá)します（上図）。

少量のサンプルは、ガス生成物の拡散とサンプルの內(nèi)部溫度に有益であり、溫度勾配を減らし、サンプル溫度と環(huán)境の線形溫度上昇からの偏差を減らします。サンプルの放熱効果。実験により、ピーク面積は依然としてサンプルの粒子サイズに関連していることがわかっています。粒子が小さいほど、DSC曲線の発熱ピークの領(lǐng)域が大きくなります。また、ばらばらになった試料粒子間には隙間があり、試料が熱劣化し、粒子が小さいほど、より多くの粒子を重ねることができ、熱伝導(dǎo)が良い。サンプルの粒子サイズに関係なく、ペンギン密度は繰り返すのが簡(jiǎn)単ではなく、TG曲線のトポグラフィーにも影響します。

ガス?fàn)钌晌铯蛐纬嗓工毪郡幛畏磸辘韦郡幛恕ⅴ範(fàn)钌晌铯瑫r(shí)間內(nèi)に除去されない場(chǎng)合、または大気中のガス?fàn)钌晌铯畏謭Rが他の手段によって増加される場(chǎng)合、反応は高溫に移される。雰囲気の熱伝導(dǎo)率は良好です。これは、システムにより多くの熱を供給し、分解反応の速度を上げるのに役立ちます。アルゴン、窒素、ヘリウムの3つの不活性ガスの熱伝導(dǎo)率と溫度の関係は、順次増加しています。

下図はドロマイトの分解試験です。分解プロセスは、次の2つのステップで構(gòu)成されています。

MgCO3→MgO + CO2↑

CaCO3→CaO + CO2↑

従來(lái)のN2パージの條件下では、2つの分解ステップの溫度は類(lèi)似しており、分離効果は良好ではありません。 MgCO3 と CaCO3 の 2 つの成分の含有量を正確に計(jì)算することは困難です。したがって、この例では CO2 をパージ雰囲気として使用しました。どちらの減量ステップでも CO2 が発生するため、CO2 をパージ雰囲気として使用すると、化學(xué)バランスに影響を與え、反応が「遅延」します (減量率には影響しません)。二段分解の「遅れの程度」は同じではないので、二段目の減量（CaCO3分解）の遅れの方が大きい。このようにして、ステップ分離の効果が効果的に達(dá)成され、サンプル中の MgCO3 の質(zhì)量比は 44.0% (MgCO3/CO2=1.91) と正確に計(jì)算でき、CaCO3 の質(zhì)量比は 55.3% (CaCO3/ CO2=2.27)。

サンプルホルダー內(nèi)の媒體空間の気相密度は、溫度の上昇に伴って減少するため、浮力が減少し、見(jiàn)かけの重量増加として表されます。サンプルコンテナの場(chǎng)合、上向きに流れる空気によって見(jiàn)かけ上の重量損失が発生し、2つの亂気流によって重量が増加します。これは、サンプルコンテナの上の空気出口を使用して調(diào)整できるるつぼのサイズと形狀に関連します。 TGカーブが作成されます。全溫度範(fàn)囲にわたって見(jiàn)かけの質(zhì)量変化がないことは困難です。

るつぼに裝填されたサンプルの気密性の程度は、熱分解ガス生成物の周?chē)欷蚊襟w空気への拡散およびサンプルと大気との接觸に影響を與えます。たとえば、シュウ酸カルシウム一水和物CaC2O4?H2Oの2番目のステップは、一酸化炭素COの反応を失います：CaC2O4?H2O→CaCO3 + CO↑

媒體が空気の場(chǎng)合、サンプルが緩んでおり、十分な酸化雰囲気がある場(chǎng)合、DSC曲線は発熱効果（ピーク溫度511°C）を持ちます。これは、COの酸化である2CO + O2→2CO2です（サンプルが比較的コンパクト、それは不在にあります酸素狀態(tài)では、DSC曲線は吸熱効果を持っています。下記參照。

ゆるい（1）より満杯（2）

アモルファス固體の場(chǎng)合、加熱中にアモルファス固體から流動(dòng)ダイナミクスへのガラス転移が発生します（高分子材料では非常に弾性があります）。この過(guò)程では、比熱の変化とともに、吸熱方向へのステップとしてDSC曲線に反映されます。

屈折。この分析から、材料のガラス転移溫度を取得できます。

上の図は、エポキシ樹(shù)脂サンプルのガラス転移試験を示しています。國(guó)際基準(zhǔn)によれば、ガラス転移は一般に129.5°Cの中間點(diǎn)になります。特定の熱変化は、遷移の重大度を大まかに特徴付けます。

結(jié)晶の融解は、融解過(guò)程での吸熱効果を伴う一次相転移です。 DSCを使用すると、吸熱効果を測(cè)定して、融點(diǎn)、融解エンタルピーなどの情報(bào)を取得できます。

上の図は、金屬I(mǎi)nの溶融を示しています。融點(diǎn)は156.7°C（理論値156.6°C）、エンタルピーは28.58 J / g（理論値28.6 J / g）です。

上の図は、加熱中のアモルファス合金のガラス転移、冷結(jié)晶化、溶融試験を示しています。アモルファス合金は、室溫での結(jié)晶化が不十分であるため、アモルファス相が多く、加熱中にガラス転移が顕著になります。次に、冷結(jié)晶化ピークが表示され、最終溶融ピークには、室溫での結(jié)晶の同時(shí)溶融と、冷結(jié)晶化プロセスで追加された結(jié)晶部分が含まれます。

熱重量分析裝置を使用すると、分解過(guò)程の初期段階を分析することにより、材料の熱安定性を理解し、使用溫度の上限に関する情報(bào)を簡(jiǎn)単に取得できます。

熱安定性を表すことができる溫度の注釈には、従來(lái)の外部開(kāi)始點(diǎn)法を使用できます（TGステップまたはDTGピークを外部開(kāi)始點(diǎn)として使用できます）が、溫度は分析境界條件の影響を受けます（接線の範(fàn)囲をとります）影響、十分に安定しない場(chǎng)合があります。工業(yè)分野および品質(zhì)管理の機(jī)會(huì)では、1%、2%、5%以上の重量損失が製品の熱安定性を特徴付けるために使用され、計(jì)算結(jié)果はより正確で信頼性が高くなります。

上の図は、PCB材料としてのラミネートサンプルの5% TD（5%重量損失）のテストスペクトルを示しています。サンプルは合計(jì)3回テストされ、再現(xiàn)性は良好で、5% TDは337.5±1.5°Cの範(fàn)囲でした。

上の図は、ポリテトラフルオロエチレンPTFEの熱分解プロセステストを示しています。 N2雰囲気は700°Cの前に使用され、700°Cの後で空気に切り替えられました。 PTFEは耐高溫性材料であり、初期分解溫度は500°C以上（図ではTGの外側(cè)の切斷開(kāi)始點(diǎn)は569.5°C）であり、最大重量損失率ポイント（DTGピーク溫度）は612.1°C。サンプルは100%で、不活性雰囲気下で完全に重量が減少し、殘留炭素は形成されませんでした。これは、グラフから空気に切り替えることで、さらに重量を失うことなく確認(rèn)できます。さらに、c-DTA曲線は、330.6°Cの溫度でPTFEの融解ピークを示します。

熱重量分析計(jì)を使用して、適切な加熱速度と測(cè)定雰囲気を使用し、異なる雰囲気の切り替えを合理的に配置することにより、多段階の減量測(cè)定結(jié)果に基づいて、多くの材料の內(nèi)部成分比を計(jì)算できます。

上の図は、ガラス繊維強(qiáng)化PA66の重量損失プロセス分析を示しています。 850°Cの前にN2を使用し、850°Cの後で空気に切り替えます。この図から、減量は次の段階に分かれていることがわかります。

1. 1.300°Cより前の少量の體重減少：體重減少0.6%。材料に吸著した水分と一部の有機(jī)揮発物である可能性があります。

2. 300?850°C：主要な減量ステップ、減量は63.4%です。 PA66の分解。

3. 850°Cで空気に切り替えた後：重量損失は1.5%であり、これは炭素の熱損失（PA66分解生成物）に相當(dāng)します。

殘留品質(zhì)：34.5%。それは分解または酸化しないガラス繊維成分でなければなりません。

上記の分析から、サンプル中のPA66の比率は64.9%（63.4 + 1.5）と計(jì)算できます。ガラス繊維の割合は34.5%です。殘りの水分/揮発性フラクションは0.6%でした。

熱重量分析器を使用して、サンプル（潤(rùn)滑油など）の揮発プロセスをテストし、その安定性を特徴付けることができます。

上の図は、パーフルオロポリエーテル潤(rùn)滑剤の揮発プロセステストを示しています。溫度プログラムは、室溫から130°Cに上昇させ、一定の溫度に保ちました。この図は、10、15、20、25、30分の質(zhì)量パーセンテージ、13.9分の焦點(diǎn)の最も早い喪失、および対応するDTG體重減少率を示しています。同様に、TGは、カンファーなどの特定の固體サンプルの揮発（昇華）プロセスを測(cè)定して、それらの貯蔵安定性を特徴付けることもできます。

上の図は、さまざまな濕度雰囲気下でSTA機(jī)器で試験した粘土の脫水および吸水プロセスを示しています。テストは、濕度発生器を使用して約30°Cの一定溫度で実行され、特定の濕度のパージ雰囲気を作成しました。相対濕度5%の乾燥パージ雰囲気下では、サンプルは0.81%の重量損失を伴う脫水プロセスを示したことがわかります。雰囲気を25%相対濕度に切り替えたとき、サンプルは1.66%の重量増加で吸水を示しました。 50%および75%相対濕度に続いて、サンプルはすべて水を吸収し、重量増加はそれぞれ1.38%および2.82%でした。同時(shí)に、青いDSC曲線では、吸水プロセスの発熱効果とエンタルピーを確認(rèn)できます。

上の図は、別のPETサンプルが別の冷卻速度を使用して溶融狀態(tài)から常溫に冷卻された後の別の2回目の溫度上昇によって得られた結(jié)果を比較しています。冷卻速度が速いほど、サンプルの結(jié)晶化が少なくなり、2回目の加熱で得られる冷結(jié)晶化ピーク面積が大きくなるほど、結(jié)晶化度が低下することがわかります。

異なる結(jié)晶化度は、材料の機(jī)械的特性 (柔軟性、延性、耐衝撃性など)、光學(xué)特性、耐溶剤性、および加工性に影響を與えます。したがって、熱可塑性樹(shù)脂の製造プロセスでは、結(jié)晶化度も検出と制御の重要な指標(biāo)となります。

材料の酸化安定性は、DSCを使用してテストできます。具體的な試験方法としては、OIT法、動(dòng)的溫度酸化法などがあります。

酸化誘導(dǎo)期間（OIT）は、プラスチック業(yè)界の標(biāo)準(zhǔn)的な試験方法です。恒溫は通常200℃ですが、酸化時(shí)間の長(zhǎng)さに応じて適切な上下調(diào)整ができます。サンプルの異なるバッチの酸化誘導(dǎo)時(shí)間（OIT）の違いにより、材料の抗酸化性能の違いと異なる抗酸化添加剤の抗酸化効果を比較することができ、間接的に使用して、材料の老化防止特性の違い。関連する測(cè)定規(guī)格：DIN EN 728、ISO / TR 10837、ASTM D 3895。

上の寫(xiě)真は、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法によるポリエチレンプラスチック粒子のOITテストを示しています。サンプルの重さは約15 mgで、開(kāi)放型のAlるつぼに入れ、50 ml / minのN 2保護(hù)下で200°Cまで溫め、5分後にO 2に切り替えました。測(cè)定された酸化誘導(dǎo)期間（最初のO2への切り替えから酸化発熱ピークの外挿開(kāi)始點(diǎn)までの時(shí)間差）は40.1分でした。

DSCは、熱硬化性樹(shù)脂（エポキシ樹(shù)脂、フェノール樹(shù)脂など）、およびコーティング、接著剤などの硬化プロセスを測(cè)定できます。

次の図は、ガラス繊維強(qiáng)化エポキシ樹(shù)脂（GFEP）プリプレグの溫度上昇硬化試験を示しています。未硬化プリプレグはガラス転移溫度が低く（101.5°C）、加熱プロセス中に固化します。これは、DSC曲線に大きな発熱ピークを示します（図の136.4、158.9°Cの二重ピーク、硬化エンタルピー43.10）J / g）; 2回目の溫度上昇で冷卻した後、樹(shù)脂が固化したため、ガラス転移溫度が142.4°Cに上昇し、硬化発熱ピークが現(xiàn)れなくなりました。

注：エポキシ樹(shù)脂の場(chǎng)合、ガラス転移溫度は硬化度の直線性に近くなります。硬化の程度が高いほど、材料の內(nèi)部架橋がより完全になり、セグメントの移動(dòng)度が低くなり、ガラス転移溫度が高くなります。

上の図は、加熱プロセス中の鉄の相変化テストを示しています。 771.5 °C での吸熱ピークはキュリー點(diǎn)遷移であり、材料は強(qiáng)磁性體から常磁性體に変換されます。 918.6 ° C と 1404.1 ° C の吸熱ピークは、2 つの格子構(gòu)造 (bcc 體の中心 - fcc の面の中心) 間の遷移です。 Netzsch SC404/STA449 は、高真空気密構(gòu)造と獨(dú)自の OTS 酸素吸著システムを備えた完全自動(dòng)真空システムを特徴としており、高溫での酸化を回避するために純粋な不活性雰囲気でサンプルを測(cè)定します。

多形とは、物質(zhì)が2つ以上の異なる結(jié)晶構(gòu)造で存在できる現(xiàn)象を指します。さまざまな結(jié)晶形は物理的および化學(xué)的性質(zhì)が異なり、特定の條件下で互いに変換することができます。

上の図は、薬物SulfathiazoleのDSC測(cè)定を示しています。図の173.7°Cの吸熱ピークは、フォームIIIの融解であり、次にフォームIに変換されます。196.2°Cの小さな吸熱ピークはフォームIIの融解であり、201.4°Cの吸熱ピークはI型の融解。

試験原理

熱物理學(xué)の定義によれば、比熱容量c（一般的な熱分析に含まれる一定の熱比熱容量Cp）は、特定の溫度でサンプルの単位質(zhì)量あたりの単位溫度を上げるために必要なエネルギーです。つまり、Cp = Q /（m *△T）、単位J / g * K

この方程式を少し変更します。

Q = Cp * m *△T

次に、時(shí)間を區(qū)別して、加熱プロセス中のサンプルの吸熱力q = dQ / dt、加熱率HR = dT / dt、つまり、q = Cp * m * HR

ヒートフロータイプのDSCを使用して、特定の溫度における未知の比熱サンプルsamと既知の比熱標(biāo)準(zhǔn)サンプルstdの吸熱力qを、それぞれ動(dòng)的加熱速度で同じ加熱速度で測(cè)定し、それを取得します。

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

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

KTは熱流センサーの感度係數(shù)であり、特定の溫度でのDSC元の信號(hào)（単位uV）を熱流信號(hào)（単位mW）に変換できます。 DSCbslは、一対のブランクを使用して測(cè)定されるベースラインであり、サンプルと標(biāo)準(zhǔn)の熱流を測(cè)定するときに差し引かれます。

上記の2つの方程式を割り、KTとHRを互いに割り算して、

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

（Cpsam * msam）/（Cpstd * mstd）

わずかな変化、つまり、特定の溫度でのサンプルの定圧比熱容量：

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

ここで、DSCxxx、rel、subは、ベースラインまたはリファレンスが相対座標(biāo)でベースラインから差し引かれた後のDSC信號(hào)をμV/ mgで表します。

上の図は、高溫DSCでRT?1000°Cの範(fàn)囲で測(cè)定された純銅サンプルの比熱値（緑の曲線）と、文獻(xiàn)値（青の曲線）との比較を示しています。