Johdanto
Päällekkäisten vaikutusten erottamiseksi käytetään moduloituja DSC-mittauksia. Näytteeseen kohdistetaan lineaarisen lämmitysnopeuden lisäksi myös sinimuotoisia lämpötilavaihteluita. Tällä menetelmällä erotetaan toisistaan lämpövirran niin sanottu käänteinen ja ei-käänteinen osa. Käänteiset vaikutukset ovat lämpötilan funktio ja värähtelevät lämpötilavaihteluiden mukana. Ei-käänteiset prosessit ovat ajan funktio, ja ne lasketaan kokonaislämpövirran ja käänteisen lämpövirran erotuksena.
Moduloitu mittaus sisältää kolme käyttäjän valitsemaa parametria:
- peruslämmitysnopeus
- amplitudi (K:ssa)
- värähtelyjakso (sekunteina)
Sopiva lämmitysnopeus ja riittävä taajuus ovat välttämättömiä sen varmistamiseksi, että erotettavat vaikutukset sisältävät riittävästi värähtelyjä vaikutusten paremman erottelun mahdollistamiseksi. Tämä on edellytys sille, että käänteiset ja ei-käänteiset prosessit voidaan erottaa hyvin toisistaan. Koska lämpövirtaus-DSC:n on vaikea seurata nopeita lämmitysnopeuksia ja lyhyitä värähtelyjä, moduloidut mittaukset tehdään yleensä lämmitysnopeuksilla, jotka ovat enintään 5 K/min.
Uunin pienen lämpömassan ansiosta heat-flow DSC 214 Polyma pystyy moduloimaan lämmitysnopeudella 10 K/min yhdistettynä lyhyisiin jaksoihin ja suuriin amplitudeihin, jolloin tulokset saadaan nopeasti ja tarkasti.
Testiolosuhteet
Polystyreeninäyte valmistettiin Concavus® pannulla ja mitattiin DSC 214 Polyma-laitteella. Polymeeriä kuumennettiin 150 °C:seen nopeudella 10 K/min. Modulaatioparametreina käytettiin värähtelyjä, joiden jakso oli 20 s ja amplitudi 1 K. Polymeeriä käytettiin vain small määrä (2,36 mg), jotta varmistettiin homogeeninen lämpötilajakauma näytteessä nopeista värähtelyistä ja suuresta amplitudista huolimatta.
Testitulokset
Mitattu kokonaislämpövirta (joka vastaa tavanomaista DSC-käyrää) esitetään kuvassa 1. EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.Endoterminen vaihe, joka havaitaan 102 °C:ssa (keskikohta), johtuu polystyreenin lasittumisesta. Se on päällekkäinen 108 °C:n relaksaatiohuipun kanssa, joka johtuu näytteen mekaanisen jännityksen vapautumisesta. Näitä kahta vaikutusta voidaan arvioida vain, jos ne erotetaan toisistaan. Tämä voidaan saavuttaa lämpötilamodulaation avulla.
Kuvasta 2 käy ilmi, että lämpötilaa hallitaan täydellisesti moduloidun mittauksen aikana: peruslämmitysnopeus 10 K/min ja amplitudi 1 K säilyvät molemmat vaikeuksitta.
Kokonaislämpövirran jakaminen kääntyviin ja kääntymättömiin signaaleihin esitetään kuvassa 3. Lasimuutos tapahtuu lämpövirran kääntyvässä osassa, kun taas palautumaton relaksaatiohuippu on tyypillinen ei-kääntyvä vaikutus. Molemmat vaikutukset voidaan nyt arvioida oikein: lasisiirtymä havaittiin 105,1 °C:ssa (keskipiste) ja relaksaatiohuippu 105,6 °C:ssa (huippulämpötila), ja sen entalpia oli 1,2 J/g.
Päätelmä
Modulaation ansiosta polystyreenin lasisiirtymän tarkka arviointi kestää vain muutaman minuutin. DSC 214 Polyma yhdistää lämpövirtaus-DSC:n kestävyyden ja nopean, hyvin hallitun uunin edut, jotka mahdollistavat jopa lämpötilamoduloidut DSC-mittaukset suurilla lämmitysnopeuksilla.