소개
변조된 DSC 측정은 중복되는 효과를 분리하는 데 사용됩니다. 샘플은 선형 가열 속도뿐만 아니라 정현파 온도 변화에도 노출됩니다. 이 방법을 통해 열 흐름의 소위 반전 부분과 비반전 부분을 분리할 수 있습니다. 반전 효과는 온도에 따른 함수이며 온도 변화에 따라 진동합니다. 역전되지 않는 과정은 시간의 함수이며 총 열 흐름과 역전되는 열 흐름의 차이로 계산됩니다.
변조된 측정에는 사용자가 선택할 수 있는 세 가지 매개변수가 포함됩니다:
- 기본 가열 속도(K/min 단위)
- 진폭(K 단위)
- 진동 주기(초)
분리할 효과에 효과 분리를 개선할 수 있는 충분한 진동이 포함되도록 하려면 적절한 가열 속도와 충분한 주파수가 필요합니다. 이는 반전 및 비반전 프로세스를 잘 분리하기 위한 필수 조건입니다. 열 흐름 DSC는 짧은 진동과 함께 빠른 가열 속도를 따라가기 어렵기 때문에 일반적으로 5K/min 이하의 가열 속도에서 변조 측정을 수행합니다.
높은 가열 속도로 온도 조절
P-Module 퍼니스의 낮은 열 질량 덕분에 열 흐름 DSC 300 Caliris® 은 짧은 시간 및 높은 진폭과 함께 10 K/min의 가열 속도로 변조되어 신속하고 정확한 결과를 얻을 수 있습니다.
다음에서는 폴리스티렌 시료에 대해 온도 변조 DSC 측정을 수행합니다. 표 1에는 테스트 조건이 요약되어 있습니다.
표 1: 측정 조건
| 장치 | DSC 300 Caliris®, P-모듈 포함 |
|---|---|
| 도가니 | Concavus® (알루미늄, 피어싱 뚜껑으로 닫힘) |
| 시료 질량 | 5.25 mg |
| 온도 범위 | -20°C ~ 150°C |
| 가열 속도 | 10 K/min |
| 기간 | 20 s |
| 진폭 | 1 K |
측정 결과
측정된 총 열 흐름(기존 DSC 곡선과 일치)은 그림 1에 표시되어 있습니다. 84.5°C(중간점)에서 감지된 흡열 단계는 폴리스티렌의 유리 전이로 인한 것입니다. 이는 시료 내 기계적 장력의 방출로 인한 89.7°C의 이완 피크와 겹쳐집니다. 이 두 가지 효과는 분리된 경우에만 평가할 수 있습니다. 이는 온도 변조를 사용하여 달성할 수 있습니다.
그림 2는 변조 측정 중에 온도가 완벽하게 제어되는 것을 보여줍니다: 10 K/min의 기본 가열 속도와 1 K의 진폭이 모두 어려움 없이 유지됩니다.
전체 열 흐름을 반전 신호와 비반전 신호로 분리하면 그림 3에 나와 있습니다. 유리 전이는 열 흐름의 역전 부분에서 발생하는 반면 비가역적 이완 피크는 전형적인 비역전 효과입니다. 이제 두 효과를 모두 정확하게 평가할 수 있습니다: 유리 전이는 89.1°C(중간점)에서, 이완 피크는 88.6°C(최고 온도)에서 2.3J/g의 엔탈피로 감지되었습니다.
결론
평소보다 높은 가열 속도에서의 변조 덕분에 폴리스티렌의 유리 전이를 빠르고 정확하게 평가할 수 있습니다. P-Module이 장착된 DSC 300 Caliris® 은 열 흐름 DSC의 견고함과 빠르고 잘 제어되는 퍼니스의 장점을 결합하여 높은 가열 속도에서도 온도 변조 DSC 측정이 가능합니다.