Inleiding
Gemoduleerde DSC-metingen worden gebruikt om overlappende effecten te scheiden. Het monster wordt niet alleen onderworpen aan een lineaire verwarmingssnelheid, maar ook aan sinusvormige temperatuurvariaties. Deze methode leidt tot het scheiden van het zogenaamde omkerende en niet-omkerende deel van de warmtestroom. De omkeringseffecten zijn een functie van de temperatuur en oscilleren met temperatuurvariaties. De niet-omkerende processen zijn een functie van de tijd en worden berekend als het verschil tussen de totale warmtestroom en de omkerende warmtestroom.
Een gemoduleerde meting bevat drie parameters die door de gebruiker kunnen worden gekozen:
- de onderliggende verwarmingssnelheid
- de amplitude (in K)
- de oscillatieperiode (in s)
Een geschikte verwarmingssnelheid en voldoende frequentie zijn nodig om ervoor te zorgen dat de te scheiden effecten voldoende oscillaties bevatten voor een betere scheiding van de effecten. Dit is een vereiste voor het bereiken van een goede scheiding van de omkerende en niet-omkerende processen. Omdat het voor een heat-flow DSC moeilijk is om snelle verwarmingssnelheden samen met korte oscillaties te volgen, worden gemoduleerde metingen meestal uitgevoerd bij verwarmingssnelheden van minder dan of gelijk aan 5 K/min.
Dankzij de lage thermische massa van de oven is de heat-flow DSC 214 Polyma in staat om te moduleren bij verwarmingssnelheden van 10 K/min in combinatie met korte perioden en hoge amplitudes voor resultaten die zowel snel worden bereikt als nauwkeurig zijn.
Testomstandigheden
Een polystyreenmonster werd bereid in een pan Concavus® en gemeten met de DSC 214 Polyma. Dit polymeer werd verwarmd tot 150 °C bij 10 K/min. Oscillaties met een periode van 20 s en een amplitude van 1 K werden gebruikt als modulatieparameters. Er werd slechts een small hoeveelheid polymeer (2,36 mg) gebruikt om te zorgen voor een homogene temperatuurverdeling binnen het monster ondanks de snelle oscillaties en hoge amplitude.
Testresultaten
De totale gemeten warmtestroom (die overeenkomt met een conventionele DSC-curve) wordt weergegeven in figuur 1. De endotherme stap gedetecteerd bij 102°C (middelpunt) is te wijten aan de glasovergang van polystyreen. Deze wordt overlapt door een relaxatiepiek bij 108°C die ontstaat door het vrijkomen van mechanische spanning in het monster. De twee effecten kunnen alleen geëvalueerd worden als ze gescheiden worden. Dit kan worden bereikt met temperatuurmodulatie.
Figuur 2 laat zien dat de temperatuur perfect onder controle is tijdens de gemoduleerde meting: de onderliggende verwarmingssnelheid van 10 K/min en de amplitude van 1 K worden beide zonder problemen gehandhaafd.
De scheiding van de totale warmtestroom in omkerende en niet-omkerende signalen wordt getoond in figuur 3. De glasovergang treedt op in het omkeerbare deel van de warmtestroom, terwijl de onomkeerbare relaxatiepiek een typisch niet-omkeerbaar effect is. Beide effecten kunnen nu correct worden geëvalueerd: de glasovergang werd gedetecteerd bij 105,1°C (middelpunt) en de relaxatiepiek bij 105,6°C (piektemperatuur) met een enthalpie van 1,2 J/g.
Conclusie
Dankzij modulatie zijn slechts enkele minuten nodig om de glasovergang van polystyreen nauwkeurig te bepalen. De DSC 214 Polyma combineert de robuustheid van een heat-flow DSC met de voordelen van een snelle, goed geregelde oven, waardoor zelfs Temperatuurgemoduleerde DSCTemperatuurgemoduleerde DSC (TM-DSC) wordt gebruikt om meerdere thermische effecten te scheiden die in hetzelfde temperatuurbereik voorkomen en elkaar overlappen in de DSC-curve.temperatuurgemoduleerde DSC-metingen bij hoge verwarmingssnelheden mogelijk zijn.