应用实例：混合物和共聚物的定量检测
Sample: PP:PE=4.00:6.65 Size: 10.6500 mg
DSC
File: J:...\Thermo data\标样\DSC\DSC-PP PE.001 Operator: Jenner Run Date: 21-Dec-2009 18:03 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72
-0.7
1.0
-0.8
-0.9
0.5 70
Exo Up
-1.0 90 110
Temperature (°C)
Universal V3.8A TA Instruments
[ ––––– · ] Heat Flow (mW)
Heat Capacity (J/g/°C)
测量、报道玻璃化转变
• • 玻璃化转变永远是一个温度范围。 与玻璃化转变相关的分子运动是有温度依赖性的。因此，Tg随着 加热速率或者测试频率（MDSC, DMA等）的增加而提高。 • 当需要报道玻璃化温度时候，一定要说明测试方法（DSC、DMA
等等）、实验条件（加热速率、样品尺寸等等）以及Tg是如何确
定的(1/2Cp的中点，或者是拐点，或者是求导后的峰值)。
玻璃化转变分析
聚苯乙烯 9.67mg 10°C/min
玻璃化转变分析
聚苯乙烯 9.67mg 10°C/min
玻璃化转变是可逆的
玻璃化转变温度测定的推荐程序
• 样品用量10~15毫克 • 以20℃/min加热至Tg以上30或50℃ • 以最快速度或20℃/min将温度降到Tg以下30或50℃
DSC的基础公式
假设: 1, 传感器绝对对称，Tfs = Tfr， Rs = Rr = R 2, 样品和参比端的热容相等Cpr=Cps 3, 样品和参比的加热速率永远相同 4, 样品盘及参比盘的质量（热容）相等 5, 样品盘、参比盘与传感器之间没有热阻或者热阻相等
q--------热流， ΔT------样品参比温差，R-------热阻
温度下，通过量热法测定材料出现氧化放热的时间。表征稳定化材料耐氧化 分解的一种相对度量。
Sample: GZMR-DSC-00641-OIT Size: 8.5800 mg DSC Method: Oxygen induction time Comment: Nitrogen purging gas:50ml/min;Type of sample pan:Al 1 File: J:...\00641-OIT\DSC-00641-OIT-1' Operator: IR Run Date: 11-Jan-2012 19:00 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72
2
Heat Flow (W/g)
0
-2
-4 160
Exo Up
180
200
220
240
260
280
300
Universal V4.3A TA Instruments
Temperature (°C)
决定 物质的性 质
峰的形状 峰的数目
定性 定量
峰的位置 峰的面积
DSC测定熔点推荐程序
• 样品用量5~10mg • 以10℃/min加热至熔融外推终止温度Tefm以上30或50℃，以消除材 料热历史 • 以10℃/min将温度降到预期的结晶温度Tefc以下30或50℃ • 再以10℃/min加热至熔融外推终止温度Tefm以上30或50℃测定Tm
应用实例：一般物质的鉴定
根据熔点，可以对结晶高分子进行定性鉴别
0.0
-0.5
○
Heat Flow (W/g)
-1.0
PA 6
220.13°C
-1.5
PA 66
-2.0 0
Exo Up
262.84°C
50
100
150
200
250
300
Universal V4.3A TA Instruments
Temperature (°C)
• 再以20℃/min加热测定Tg
• 对比测定前后样品的重量，如发现有失重则重复以上过程 • 常用测试标准：ASTM D3418-12ε1、ISO 11357-2-2013、GB/T 19466.2-2004
DSC应用：氧化诱导时间
• 氧化诱导时间(oxidation induction time)：指常压、氧气或空气气氛及在规定
0
156.70°C 28.54J/g
Heat Flow (W/g)
-2
-4
157.77°C
-6 80
Exo Up
100
120
140
160
180
Universal V4.3A TA Instruments
Temperature (°C)
高分子聚合物熔融温度范围较为宽广，在整个熔融过程中可能伴有复杂 的熔融/重结晶/晶型调整过程，高分子的熔点通常取峰值温度
实际测试过程
• 炉体把热量传到样品端和参比端，假设传到样品端的热阻 Rs小于传到参比端的热阻Rf,一定导致传到样品端的热多 于参比端的热从而导致一个Δ T的产生。或者相同热量传 到样品端和参比端，假设样品端热容Cs小于参比端热容Cf,
一定导致样品端温度高于参比端而产生一个Δ T，这些Δ T
都是由于系统引起，不是样品热反应引起，我们称之为热 阻热容的不平衡
OIT=185.45min-13.00min=172.4min
0
13.00min 185.45min
Heat Flow (W/g)
-1
OrgMethod OrgMethod OrgMethod OrgMethod OrgMethod OrgMethod OrgMethod
1: 2: 3: 4: 5: 6: 7:
2.0
-0.4
-0.5
1.5
Heat Capacity
Glass Transition is Detectable by DSC Because of a Step-Change in Heat Capacity
-0.6
Heat Flow Temperature Below Tg - lower Cp - lower Volume - lower CTE - higher stiffness - higher viscosity - more brittle - lower enthalpy
4
2
Heat Flow (W/g)
0
120.59°C 95.00J/g
157.61°C 27.03J/g
166.11°C
-2
130.88°C
-4 20
Exo Up
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Temperature (°C)
Universal V4.3A TA Instruments
• 测化学反应热焓、研究固化反应及反应动力学
• 表征聚合物相容性
DSC典型综合图谱
氧化 或分解
热流 -> 放热
熔化 玻璃化转 变
结晶 交联 (固化)
温度
DSC曲线
热焓变化率， 热流率(heat flowing)， 单位为毫瓦（mW）
吸收热量，样品热容增加， 基线发生位移 结晶，放出热量，放热峰； 晶体熔融，吸热，吸热峰
Equilibrate at 50.00 °C Ramp 20.00 °C/min to 210.00 °C Isothermal for 5.00 min Select air Mark end of cycle 0 Abort next seg if mW > 2.00 Isothermal for 1000.00 min
应用实例：混合物和共聚物的定性检测
1
1
0
2
PE
Heat Flow (W/g)
PP
3
-1
-2
PP+PE
-3 20
Exo Up
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Temperature (°C)
Universal V4.3A TA Instruments
在聚丙烯与聚乙烯共混物中它们各自保持了自身的熔 融特性，因此呈现出PP与PE的熔点
FDA对于食品接触类聚烯烃材料的熔点有着明确的规范要求！
应用：监控产品质量
M&M巧克力，不溶在手，只溶在口
DSC应用：玻璃化转变
是否所有物质都存在玻璃化转变？
什么是玻璃化转变？
玻璃化转变(Tg)
• 玻璃化转变：无定形或半结晶聚合物，从黏流态
或高弹态向玻璃态的转变温度
• 无定形高聚物或结晶高聚物无定形部分在升温达 到它们的玻璃化转变，被冻结的分子微布朗运动 开始，因而热容变大，DSC基线向吸热一侧偏移
熔融与结晶
表征熔融的四个参数： 1.吸热峰峰值 2.初始熔融温度 3.吸热峰面积 4.熔融结束温度
表征结晶的两个参数： 1.放热峰峰值 2.放热峰面积
Sample: GZMR-PA66 Size: 9.5000 mg Method: ASTM E794-06 4
DSC
File: J:...\Thermo data\标样\DSC\DSC-PA66.002 Operator: Jenner Run Date: 09-Jul-2010 09:31 Instrument: DSC Q200 V23.5 Build 72
应用：监控产品质量
0.0
-0.5