Inledning
Modulerade DSC-mätningar används för att separera överlappande effekter. Provet utsätts inte bara för linjär uppvärmningshastighet utan också för sinusformade temperaturvariationer. Denna metod leder till att man kan separera den så kallade omvända och icke omvända delen av värmeflödet. De reverserande effekterna är en funktion av temperaturen och svänger med temperaturvariationerna. De icke-reverserande processerna är en funktion av tiden och beräknas som skillnaden mellan det totala värmeflödet och det reverserande värmeflödet.
En modulerad mätning innehåller tre parametrar som ska väljas av användaren:
- den underliggande uppvärmningshastigheten
- amplituden (i K)
- svängningsperioden (i s)
En lämplig uppvärmningshastighet och en tillräcklig frekvens är nödvändig för att säkerställa att de effekter som ska separeras innehåller tillräckligt med svängningar för en förbättrad separation av effekterna. Detta är ett nödvändigt villkor för att uppnå god separation av de reverserande och icke-reverserande processerna. Eftersom det är svårt för en värmeflödes-DSC att följa snabba uppvärmningshastigheter tillsammans med korta oscillationer, utförs modulerade mätningar vanligtvis vid uppvärmningshastigheter som är mindre än eller lika med 5 K/min.
Tack vare ugnens låga termiska massa kan värmeflödes-DSC 214 Polyma modulera vid uppvärmningshastigheter på 10 K/min i kombination med korta perioder och höga amplituder för resultat som är både snabba och exakta.
Testförhållanden
Ett polystyrenprov förbereddes i en Concavus® panna och mättes med DSC 214 Polyma. Polymeren upphettades till 150°C med 10 K/min. Oscillationer med en period på 20 s och en amplitud på 1 K användes som moduleringsparametrar. Endast en small mängd av polymeren (2,36 mg) användes för att säkerställa en homogen temperaturfördelning i provet trots de snabba svängningarna och den höga amplituden.
Testresultat
Det totala uppmätta värmeflödet (som överensstämmer med en konventionell DSC-kurva) visas i figur 1. Det endoterma steg som detekteras vid 102°C (mittpunkten) beror på polystyrenets glasövergång. Det överlappas av en relaxationstopp vid 108°C som beror på att den mekaniska spänningen i provet släpper. De två effekterna kan endast utvärderas om de separeras. Detta kan åstadkommas med hjälp av temperaturmodulering.
Figur 2 visar att temperaturen kontrolleras perfekt under den modulerade mätningen: den underliggande uppvärmningshastigheten på 10 K/min samt amplituden på 1 K bibehålls båda utan problem.
Uppdelningen av det totala värmeflödet i reverserande och icke-reverserande signaler visas i figur 3. Glasövergången sker i den reverserande delen av värmeflödet medan den irreversibla relaxationstoppen är en typisk icke-reverserande effekt. Båda effekterna kan nu utvärderas korrekt: glasövergången detekterades vid 105,1°C (mittpunkt) och relaxationstoppen vid 105,6°C (topptemperatur) med en entalpi på 1,2 J/g.
Slutsats
Tack vare moduleringen krävs det bara några minuter för att noggrant utvärdera glasövergången hos polystyren. DSC 214 Polyma kombinerar robustheten hos en värmeflödes-DSC med fördelarna hos en snabb, välkontrollerad ugn som även möjliggör temperaturmodulerade DSC-mätningar vid höga uppvärmningshastigheter.