Modulasi Suhu Cepat dengan Menggunakan DSC 214 Polyma untuk Informasi Lebih Lanjut tanpa Kehilangan Waktu

Pendahuluan

Modulasi suhu adalah metode di mana ramp suhu linier ditumpangkan dengan sinyal suhu sinusoidal, seperti yang digambarkan dalam gambar 1:

T(t) = T0 + ßt + A - sin(ωt)

_T0 suhu awal
β laju pemanasan yang mendasari
A amplitudo osilasi suhu
ω frekuensi radial

Akibatnya, sinyal DSC juga berbentuk sinusoidal:

DSC (t) = _DSC0 +_ADSC - sin (ωt + φ)

_DSC0 yang mendasari sinyal DSC
Amplitudo_ADSC dari osilasi DSC
φ pergeseran fasa antara suhu dan DSC

Pengukuran semacam itu memungkinkan pemisahan efek yang berosilasi dengan suhu (sinyal pembalikan), seperti Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca, dari proses yang bergantung pada waktu (sinyal nonpembalikan), seperti pengeringan atau PenguapanPenguapan suatu unsur atau senyawa adalah transisi fase dari fase cair ke uap. Ada dua jenis penguapan: penguapan dan pendidihan.penguapan.

Tiga parameter laju pemanasan, amplitudo dan frekuensi (atau periode) ditetapkan oleh pengguna. Untuk pemisahan matematis dari sinyal pembalikan dan non-pembalikan, laju pemanasan dan frekuensi harus dipilih sedemikian rupa sehingga efek yang akan dipisahkan mengandung setidaknya 5 osilasi. Ini berarti, periode harus turun jika laju pemanasan dinaikkan.

Tetapi ada beberapa keterbatasan dari sudut pandang fisik, misalnya, Inersia termalInersia termal setara dengan faktor PHI. Keduanya menggambarkan rasio massa dan kapasitas panas spesifik dari sampel atau campuran sampel dibandingkan dengan bejana atau wadah sampel.inersia termal tungku instrumen atau Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal sampel yang cukup small untuk polimer. Karena DSC fluks panas selalu mengalami kesulitan mengikuti osilasi cepat, laju pemanasan untuk pengukuran termodulasi suhu terbatas pada beberapa K / menit ... yaitu, sampai peluncuran DSC 214 Polyma.

Salah satu fitur pembeda instrumen ini adalah Arena^®, tungku dengan massa termal rendah yang memungkinkan pengukuran termodulasi suhu dengan laju pemanasan 10 K/menit - yaitu secepat pengukuran DSC konvensional.

Kondisi Pengujian

Pengeringan resin epoksi dua komponen diukur dengan DSC 214 Polyma. Polimer dipanaskan empat kali pada 10 K/menit: pertama pada suhu 100°C, kedua pada suhu 120°C, kemudian pada suhu 140°C, dan terakhir pada suhu 160°C. Osilasi dengan periode 20 detik dan amplitudo 0,5 K digunakan sebagai parameter modulasi. Di antara proses pemanasan, sampel didinginkan hingga 0°C secepat mungkin.

Hasil Tes

Hasil pemanasan pertama diberikan pada gambar 2. Garis merah menunjukkan aliran panas total; yaitu sinyal yang akan terdeteksi selama pengukuran DSC konvensional (tidak termodulasi). Efek EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik yang dimulai pada suhu 21°C (suhu awal) tidak dapat dinilai dengan benar karena sebagian ditumpangkan oleh puncak pengeringan EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik.

Evaluasi yang benar dari kedua efek hanya dapat dilakukan dengan memisahkan sinyal ke dalam bagian pembalikan dan nonpembalikan. Seperti yang diharapkan, Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca terjadi pada aliran panas pembalikan (pada suhu 29°C), sedangkan puncak curing terdeteksi pada kurva non-reversing. Pada akhir pemanasan^pertama ini, proses curing belum selesai, karena aliran panas non-reversing belum kembali ke garis dasar.

Hasil pemanasan^ke-2 hingga 120°C setelah pendinginan cepat ditampilkan dalam gambar 3. Di sini, pentingnya pengukuran termodulasi bahkan lebih besar daripada pemanasan^pertama: puncak EksotermikTransisi sampel atau reaksi dikatakan eksotermik jika dihasilkan panas.eksotermik yang dimulai pada 79°C (suhu awal) adalah semua yang dapat ditemukan dalam sinyal aliran panas total. Namun, analisis aliran panas yang berbalik dan tidak berbalik dengan jelas menunjukkan bahwa efek ini sebenarnya adalah jumlah dari Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca pada 80°C dan reaksi Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan yang dimulai dengan jelas pada 74°C, 5°C lebih cepat dari pada evaluasi sinyal aliran panas total. Integrasi area parsial antara awal puncak dan 79°C memberikan nilai 4%, yang akan hilang dengan pengukuran non-modulasi.

Selama pemanasan ke-3 hingga 140°C (gambar 4), resin epoksi mengering lebih lanjut, seperti yang dapat dilihat pada puncak eksotermis yang terdeteksi dalam aliran panas yang tidak membalik. Puncak EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik yang ditemukan disebabkan oleh RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi tekanan mekanis pada sampel sebagai akibat dari pendinginan yang cepat. Transisi kaca ditentukan pada suhu 102°C.

Pemanasan ke-4 (gambar 5) hingga 160°C menunjukkan sifat resin yang benar-benar mengering: puncak Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan tidak lagi terdeteksi. Transisi kaca yang ditemukan pada suhu 110°C tumpang tindih dengan puncak RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi.

Kesimpulan

Perilaku Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan dalam DSC terkadang sulit ditentukan, karena efek yang tumpang-tindih, seperti RelaksasiKetika regangan konstan diterapkan pada senyawa karet, gaya yang diperlukan untuk mempertahankan regangan tersebut tidak konstan tetapi berkurang seiring waktu; perilaku ini dikenal sebagai relaksasi tegangan. Proses yang bertanggung jawab atas relaksasi tegangan dapat bersifat fisik atau kimiawi, dan dalam kondisi normal, keduanya akan terjadi pada waktu yang sama. relaksasi, Suhu Transisi KacaTransisi gelas adalah salah satu sifat terpenting dari bahan amorf dan semi-kristal, misalnya, gelas anorganik, logam amorf, polimer, obat-obatan dan bahan makanan, dll., dan menggambarkan wilayah suhu di mana sifat mekanis bahan berubah dari keras dan rapuh menjadi lebih lunak, dapat diubah bentuknya atau kenyal.transisi kaca, Pengawetan (Reaksi Pengikatan Silang)Secara harfiah diterjemahkan, istilah "crosslinking" berarti "jaringan silang". Dalam konteks kimia, istilah ini digunakan untuk reaksi di mana molekul dihubungkan bersama dengan memperkenalkan ikatan kovalen dan membentuk jaringan tiga dimensi. pengawetan, dll.

Untuk mendapatkan wawasan yang mendetail mengenai perilaku pengawetan, maka perlu untuk memisahkan efek yang ditumpangkan. Hal ini dapat dilakukan dengan menggunakan DSC yang dimodulasi suhu. Hingga saat ini, metode TM-DSC sangat memakan waktu, tetapi dengan DSC 214 Polyma, pengukuran TM-DSC secepat tes DSC standar dapat dicapai.