Differenciális pásztázó kalorimetria

Nos, hogyan tanulunk, mi történik egy polimer hevítve? Nyilvánvaló, hogy az első dolog, melegítsük fel. És kezdődik ez a módszer a differenciál kalorimetriás rövidítve DSC.

Mi a hő a polimert egy eszköz, amely így néz ki:

Tény, hogy minden nagyon egyszerű. Van két tégely (vagy egyszerűen serpenyők). Az egyik bankban, akkor tegye a polimer mintát. Tovább tégely használjuk az összehasonlításhoz. Akkor hagyja üresen. A tégelyek kerül a fűtés. Akkor mondd meg az intelligens számítógépes - kapcsolja be a fűtőtestek. És a számítógép egyaránt tartalmaz egy fűtő, és megparancsolta nekik, hogy meleg a tégelyeket egy bizonyos sebesség, általában valahol 10 o C percenként. A számítógép-monitorok, így a fűtési sebesség maradt teljesen azonos a kísérlet során.

De még ennél is fontosabb, ő gondoskodik arról, hogy két különböző tégelyt az illető két melegítők bemelegítés pontosan ugyanazzal a sebességgel.

Nos? És miért nem melegszenek fel ugyanazzal a sebességgel? Az ok egyszerű: azért, mert a két tégelyeket különbözik egymástól: az egyik egy polimert, a másik - nem. A jelenléte egyik olvasztótégelyek a polimer minta azt jelenti, hogy a tégelyt egyébként hasonló a többi, van egy kicsit több anyagot. És a jelen adalék anyag azt jelenti, hogy több hő van szükség annak érdekében, hogy a modell tégely hőmérséklet emelésével pontosan ugyanolyan sebességgel, mint a referencia tégelyben.

Ezért a fűtés mellett a tégelyt és a minta kell keményebben dolgozik, mint a fűtés alatt a referencia tégelyben. Meg kell több hőt. És ez sokkal több hőt kell kiosztani, mérjük a DSK - kísérlet.

Konkrétan ezt: építünk egy grafikont a hőt, mint a hőmérséklet emelkedik. X-tengely azt ábrázoljuk a hőmérséklet, és az y tengelyen azt ábrázoljuk a különbség a hőmennyiség által generált két fűtőberendezések egy adott hőmérsékleten.

hőkapacitás

Ebből gráf akkor kap egy csomó információt. Képzeljük el, hogy mi a hő a polimer. Amikor elkezdjük melegíteni a két tégelyeket, a számítógép, hogy építsünk a különbség a hőáramlás gráf két melegítők a hőmérséklet függvényében. Ez azt jelenti, hogy építünk egy grafikon a hő a polimer által elnyelt, a hőmérséklet. Először is, a grafikon fog kinézni.

A hőáramlás egy adott hőmérsékleten beszélhetünk valamit. A hőáramlás jelenik szempontjából hő, q. továbbított egységnyi idő, t. A fűtési sebesség - ez növekmény T hőmérséklet egységnyi idő, t. Világos?

Most vozmem, és felosztják a hőhatás Q / t fűtési sebességgel T / t. Ennek eredményeként, akkor kap át a hőt osztva hőmérséklet-emelkedés.

Ahogy emlékszem, egy oldalt szentelt vitrifikációt ha át semmit bizonyos mennyiségű hőt, a hőmérséklet a téma kissé emelkedett. A hőmennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy egy előre megadott hőmérséklet növekmény nevezzük hő. vagy Cp. Kapunk hőkapacitása elosztjuk az átadott hőmennyiség a kapott hőmérséklet-változás. És pontosan ez az, amit mi csak most a fenti egyenletben. Mi már kiszámoltuk a hőkapacitása DSC ütemtervet.

Az üvegesedési hőmérséklet

Természetesen a DSC, akkor kap sokkal több információt a polimer, mint a fajhője. Lássuk, mi történik, amikor a hő a polimer egy kicsit. Miután egy bizonyos hőmérséklet, a menetrend tolódik felfelé hirtelen, mint ez:

Ez azt jelenti, hogy most már egyre több hőt áramlását. És ez azt jelenti, hogy mi is fog növekedését hőkapacitása polimer. Ez azért van, mert a polimer nemrég történt üvegesedhettek folyamatot. És akkor kiderült, elolvassa az oldal kimondottan vitrifikációt a polimerek nagyobb a hővezető képessége feletti hőmérsékleten az üveg átmeneti hőmérséklet, mint alacsonyabb hőmérsékleten. Következésképpen, a hővezető változást, amely akkor jelentkezik, amikor az üveg átmeneti hőmérséklete a polimer, akkor használhatja a DSC mérési módszerét az üveg átmeneti hőmérséklete a polimer. Talán észrevetted, hogy a változás nem történik meg azonnal, hanem van nyújtva egy bizonyos hőmérséklet tartományban. Ez teszi a választást egy bizonyos értéke T g nehezebb, de általában úgy vélik, hogy a hajlítás, a középső és a T g.

kristályosodás

De várjunk csak, ez még nem minden, nem minden. Feletti hőmérsékleteken az üvegesedési hőmérséklet a polimerek rendkívül mobil. Úgy hajlik, és hajtsa, és soha nem marad sokáig egy helyen. Ezek némileg hasonlít az utasok, akik mind próbálják, hogy kényelmes a repülőgépen helyet, és ők semmilyen módon nem ez nem lehetséges, mivel ezek még feljebb. Amikor a kívánt hőmérséklet elérésekor a polimereket egyre elég energiát, hogy mozog egy nagyon rendezett struktúra, ami természetesen hívunk kristályok formájában.

Amikor a polimerek tartoznak, például a kristályos struktúrák, adnak le hőt. Ha ez a hőleadása, a mi kis számítógéppel vezérelt melegítő válik igazán boldog. Ő boldog, mert nem kell, hogy ki sok hőt, hogy a hőmérsékletet a minta növekedés. Láthatjuk ezt a csökkenést hőáramlás, mint egy nagy csobbanással a cselekmény a hőáramlás a hőmérséklet:

Ez a hiba nekünk sokat. A hőmérséklet a legalacsonyabb meghibásodási pont általában úgy polimer kristályosodási hőmérséklete, vagy Tc. Azt is mérni a területen provala- látens hője a polimer kristályosodása. De a legfontosabb, hogy ez a hiba azt mondja, hogy a polimer valóban kikristályosodni. Ha kutatott 100% amorf polimer, például ataktikus polisztirol. ha nem kap egy hiba, mert ezek az anyagok nem kristályosodnak.

És mivel a polimer hőt ad le, amikor kristalllizatsii hívjuk kristályosodást exoterm átmenetet.

Hő segítheti a kristályok képződését a polimer, de túl sok fűtési képes elpusztítani az összes. Ha a hő a polimer feletti Tc. elérjük a végét még egy fázisátalakulás, az úgynevezett fúziós. Amikor elérjük az olvadási hőmérséklet, vagy Tm. azon polimer kristályok kezdenek szétesni, hogy megolvasztjuk. A makromolekulák elhagyják helyüket rendezett szerkezetű, és kezdjük, hogy szabadon mozogjanak. És ha érdekel, akkor jelölje meg a diagramon DSC.

Emlékszel, hogy a polimer adott meleget a kristályosodás során? És amikor elérjük a Tm. itt az ideje, hogy visszatérjen adósságait. Van egy látens fúziós hője, mivel van egy látens hője a kristályosodást. Ha a polimer kristályok megolvasztjuk, ezek elnyelik a hőt erre a célra. Ahogy emlékszem, az olvadás - elsőrendű átmenet. Ez azt jelenti, hogy amikor eléri olvadáspontja a polimer, a hőmérséklet nem emelkedik, amíg az összes kristály megolvad. Ez azt jelenti, hogy egy kis melegítő a tégelyt a minta lesz egy nagy számú polimer hőt olvadni a kristályokat, és hogy az azonos hőmérséklet-növelési sebesség, mint a mintában tégelyben. Ez az extra hőáramlás olvadása során úgy néz ki, mint egy nagy csúcs a DSC-görbén, mint ez:

Meg tudjuk mérni a látens hő olvadás mérésével alatti terület ez a csúcs. Természetesen úgy gondoljuk, hogy a hőmérsékletet a csúcs a polimer Tm olvadási. Mivel van továbbítja az energiát polimer olvad meg, hívjuk olvadó endoterm átmenetet.

Próbáljuk összefoglalni az egészet

Most nézzük általánossá: láttunk egy szünetet a gráfban, ha a polimert melegítjük az üvegesedési hőmérséklet telt. Akkor láttuk nagy dip, amikor a polimer hőmérséklete elérte a kristályosodás. És akkor végül, láttuk a nagy makismum ha a polimer elérte olvadáspontját. Összegezve mindezt, azt mondhatjuk, hogy általában a grafikon fog kinézni:

Persze nem mindig az elemeket, hogy látod, itt is minden DSC görbén. Failure megfelelő kristályosodási hőmérséklet és a maximális hőmérséklet megfelelő olvadási csak akkor fordul elő olyan polimerekre, amelyek alkothatnak kristályok. Egy tisztán amorf polimer akkor a táblázatban nem látható sem a kristályosítás, sem olvadáspontú. De polimerek, amelyekben a jelen és a kristályos és amorf régiókat, lesz jellemző mindazok jellemzői, hogy mi a fent leírt.

Ha megnézzük a grafikon DSC, látni fogja, jelentős különbségek az üveg átmenet és a másik két fázis átmenetek, kristályosodási és olvadási. Amikor az üveg átmenet nem tapasztaltak semmilyen hiba vagy túlfeszültség. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az üvegátmeneti polimer nem adását vagy látens hő. Egy olvadási és kristályosodási kapcsolódnak hatással vagy hő felszívódását. Az egyetlen dolog, hogy látjuk a poharat átmenet, a változás a hőkapacitása polimer.

Mivel az üveg átmeneti változás a hőkapacitása, de nincs látens hőt nevezzük üvegesedési másodrendű átmenet. Az ilyen átmenetek olvadási és kristályosodási, amelyben van egy átadása a látens hőt nevezett fázisátalakulások az első fajta.

Milyen mértékben kristályos?

DSC is mondani, mely része a polimer kristályos és amorf. Ha olvassa az oldalt szentelt a polimer kristályos. akkor tudja, hogy sok polimer tartalmaz kristályos és amorf része az anyag. De hogyan ezek a részek? DSC segíthet megválaszolni ezt a kérdést. Ha tudja, hogy a látens hő fúziós, D Hm. tudjuk kitalálni a választ.

Az első dolog, amit meg kell tennie, hogy az intézkedés a terület egy nagy csúcs, amely megfelel az olvadó polimer. A grafikon mutatja hőáramot a hőmérséklet függvényében alapján egy gramm anyag. hőáram - az átadott hőmennyiség egy másodperc, úgy, hogy a görbe alatti terület közelében a csúcs egységekben mérjük hő x hőmérséklet x idő x tömeg -1 -1. Mi általában kifejezni azt egységekben Joule x Kelvin x (másodperc) -1 x (gramm) -1. Világos? Ne aggódj. Ez még könnyebbé válik. Mi általában felosztják a görbe alatti terület, fűtési sebesség ebben a kísérletben. A fűtési sebesség mérése Kelvin fokokban másodpercenként. Így ez a kifejezés egyszerűbb lesz: Most van néhány joule grammonként. De mint tudjuk, a minta tömege, tudjuk tovább egyszerűsíteni: Mi csak szaporodnak ezt a számot a minta súlya: Itt kiszámítja a teljes átadott hő egy polimer ömledék. Cool, nem? Most, ha mi ugyanezt a számítást a hiba a DSC diagram megfelelő kristályosodás, megkapjuk a teljes elnyelt hőmennyiség olvadáskor. Jelöljük a teljes hőmennyiséget által átadott olvadási, Hm, összesen. és a teljes elnyelt hőmennyiség a kristályosítás során, Hc, összesen.

És most kell kivonni egymásból: Miért mindannyian csinálni? És az mit jelent szám H”. H „- a hőmennyiség kap a része a polimert, amely már kristályos állapotban, mielőtt melegítjük a polimer hőmérséklete a fenti Tc. Szeretnénk tudni, hogy melyik része a polimer kristályos állapotban, mielőtt még kénytelen lesz a többi kristályos. Akkor minden lépést tartani ezzel az érveléssel?

Most a mi bűvös szám H „tudjuk számítani a százalékos kristályos rész a teljes. Azt ossza ezt a számot a fajhője olvadás, Hc *. És mi van a fajhője olvadó? Ez a hőmennyiség mivel egy bizonyos számú (tipikusan egy gramm) a polimer. H „mérik joule, és a fúziós hőt szokás megadni, joule per gramm, hogy mi kap választ grammban és hívja meg mc. Ez a teljes polimer mennyiségét (gramm), amely kristályos alatti hőmérsékleten Tc. Most, ha elosztjuk ezt a számot a súlya a minta mtotal. akkor kap egy részét a minta, ami kristályos, majd természetesen a százalékos kristályosodási: Itt van, hogyan használjuk DSC százalékos érték meghatározására kristályos.