DTA和DSC在研究高聚物中的应用

1、华东理工大学20142015学年第 2 学期材料研究方法课程论文 2005.4班级_高材124_ 学号_ 10123228_ 姓名_丁风英_ 开课学院 材料科学与工程学院 任课教师 成绩_论文题目：DTA和DSC在研究高聚物中的应用论文要求：教师评语：教师签字： 年 月 日DTA和DSC在研究高聚物中的应用丁风英 高材124 10123228摘要：本文综述DTA和DSC的方法和应用领域，并对DTA和DSC在实际引用的优缺点进行对比。着重介绍DTA和DSC在高分子材料的性能研究与确定参数的应用。分别有玻璃化转变温度地测定、熔融一结晶温度的测定、用DSC直接计算热量和测定结晶度、结晶高聚物共混的研

2、究、高聚物中单体含量对Tg的影响、共聚物结构的研究。关键字：DTA,DSC,高聚物，应用热分析技术是一种在温度程序控制下研究材料的各种转变和反应如脱水、结晶、熔融、蒸发、相变等以及各种材料热分解过程和反应动力学问题的分析测试方法。由于它能够对各种物质提供极其丰富的信息，如熔点、玻璃化温度、沸点、熔化热、汽化热、结晶热、比热、固相反应、聚合反应和化学反应动力学过程等，热分析应用较广范。差热分析和差示扫描量热法作为热分析的四大支柱之二，在高分子材料测试的领域有着广泛的应用1。1、 DTA和DSC简介DTA是差热分析法(Differential Thermal Analysis)的简称，是在程序控制

3、温度下，测定物质和参比物之间的温度差和温度的一种关系。可分为热流型和功率补偿型。其中热流型的特点是在相同的功率下，测定样品和参比品两端的温度差。功率补偿型的特点是保持相同温度的条件下，测定为满足此条件样品和参比品两端所需的能量差。常用来测定物质的熔化、金属与合金的相变、高聚物玻璃转化的温度，也可以对物相进行定性分析。 差示扫描量热仪 (Differential Scanning Calorimeter)是在程序控制温度下，测量输入到试样和参比物的能量差随温度或时间变化的一种技术。它测量的是与材料内部热转变相关的温度、热流的关系，应用范围非常广，特别是材料的研发、性能检测与质量控制。如玻璃化转变

4、温度、冷结晶、相转变、熔融、结晶、产品稳定性、固化/交联、氧化诱导期等，都是差示扫描量热仪的研究领域。在高聚物的研究中DSC比DTA应用更占优势。它们的主要区别分析如下：（1）DTA：定性测定Tg，Tm等，测定热稳定性，耐热性，检测氧化反应，聚合反应等其它。（2）DSC：定量测定：热化学测量Hm，He，比热，动力学，分解，结晶H聚合反应。（3）一般高温炉可达到1500以上，对超高温DTA，最高T可达到2400，因此对高温矿物，冶金等领域应用可采用DTA。而对温度要求不高，而灵敏度要求较高的有机物，高分子及生物化学领域，DSC则是一种很有用的技术，正因为如此，DSC发展非常迅速2。(4)DSC的

5、主要优点是热量定量方便、分辨率高，灵敏度好。其缺点是使用温度低（以温度补偿型DSC为例）最高温度只能达7252。二、DTA和DSC在研究高聚物中的应用DTA、DSC在高分子材料方面的应用特别广泛。主要用于研究聚合物的相转变，测定结晶度，测试熔点 ，结晶度，等温结晶动力学参数，玻璃化转变温度以及研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，并测定反应温度或反应温度区、反应热及一系列反应动力学参数。下面仅就材料的玻璃化转变温度、熔融一结晶温度、结晶度、结晶高聚物共混的研究、高聚物中单体含量对Tg的影响、共聚物结构的研究等方面作简要介绍。1） 测定聚合物的玻璃化转变 根据玻璃化转变时聚合物热容发

6、生变化进行测量。DTA测量基本原理是样品和惰性基准物在等速升温条件下同时加热，连续测量聚合物试样与惰性基准物之间温度差t，惰性基准物在所测量的温度范围内热力学性质无变化，在温差t对试样温度的关系曲线或差热曲线上出现一台阶，台阶所处对应的温度玻璃化温度3。用DTA测定聚苯乙烯的玻璃化转变举例说明。由图可见，Tg=82。2 )熔融一结晶温度( Tm一Tc )的测定 结晶型聚合物的熔点和结晶点是与聚合物的组分、性能有极大的关系,利用各种聚合物不同的熔点能区分各种聚物,如在聚乙丙烯中,根据不同的熔融峰,很容易区分。乙烯和丙 烯的含最(图4 )。在聚四氟乙烯制品的烧结过程中也能很好 地判别烧结程度的好坏

7、(图5），高聚物从熔融态逐渐冷却,在 DSC扫描中能观察到结晶点的出现。43）用DSC直接计算热量和测定结晶度 DSC是根据结晶聚合物在熔融过程中吸收的热量来测定其结晶度的方法，是目前测定聚合物结晶度最方便、最常用的手段。方法是测量一系列已知结晶度聚合物试样的熔融焓，然后外推至结晶度为100%所对应的熔融焓作为H。因此聚合物的结晶度由下列公式计算而得3。X= Hf /H其中 熔融热Hf，完全结晶熔融热H DSC谱图具有热力学函数意义，(dH/dt)/(dT/dt)=dH/dT=Cp(比热容)dH/dt为DSC谱的纵坐标， dT/dt为升、降温速率（在DSC实验中一般为定值），故纵坐标的高低表明

8、了此时样品比热的相对大小5。4） 结晶高聚物共混的研究 聚烯烃共混体系的研究是近年塑料工业中热门课题一，如聚丙烯聚乙烯。LDPEHDP等，判断它们之间是否生成共晶的最简便而有效的方法便是热分析，例如LDPEHDPE的DSC研究结果已证明：尽管它们都是聚乙烯，但它们仍然是晶相分离的，而这点是应用X 射线衍射分析无法判断的，见下图，它们均基本保持了各自的熔点5。 PBTPET共混体系的DSC谱的变化，可为PBT与PET之问有无进行酯交换反应提供验证2。5）研究高聚物中单体含量对Tg的影响 聚甲基丙烯酸甲酯的差热曲线，可以明显看出，PMMA的MMA含量不同则曲线形状不同，玻璃化温度随MMA含量的增加而降低2 。6）共聚物结构的研究 用分析手段测定共聚物的热转变，可借以阐明无规，嵌段共聚物的形态结构。在差热曲线出现两个峰，表明是嵌段乙丙共聚物，一个峰表示聚乙烯的熔点，另一个峰表示聚丙烯的熔点。只有一个峰的是无规共聚物。（a）嵌段共聚物（49%丙烯）；A乙烯B丙烯（b）无规共聚物（15%丙烯）2。以上只是扼要地介绍了DTA和DSC方法在高聚物研究中的一些应用 ，用 DTA和DSC 还 可作一些物理参数测定表征，研究聚合反应，高聚物热分解、低分子物的吸附与蒸发，与溶剂作用等 。参考文献：1热分析在高分子材料研究中的应用与发展EB/OL.2DTA、DSC、TG、D