O que é calorimetria diferencial de varredura?
ZL-3047A Calorimetria de varredura diferencial (DSC) é uma técnica analítica usada para medir o calor liberado ou absorvido por uma amostra durante o aquecimento ou resfriamento em uma faixa de temperatura específica. Além de caracterizar as propriedades térmicas dos materiais, o DSC também é empregado para determinar as temperaturas nas quais ocorrem transições de fase específicas, incluindo os eventos de temperatura de transição vítrea, fusão e cristalização.
Para realizar um experimento de calorimetria de varredura diferencial, é necessário um instrumento que possa fornecer a faixa de temperatura necessária para testar e monitorar com precisão as mudanças de temperatura e fluxo de calor.
UMInstrumento DSC de fluxo de calorconsiste em um forno onde a amostra e o material de referência são colocados. A amostra é encapsulada em uma panela de metal (normalmente em alumínio), enquanto a referência geralmente é uma panela vazia. O forno é aquecido ou resfriado e as características do fluxo de calor são observadas, pois variam com a temperatura. As informações quantitativas do fluxo de calor podem ser determinadas a partir da diferença de temperatura medida entre a amostra e a referência.
Depois de toda essa conversa técnica, você ainda pode estar se perguntando - o que exatamente é o DSC? Hoje, vamos dividi -lo em linguagem simples para entender seu princípio central.
Em outras palavras, o instrumento DSC contém duas panelas dentro:
• Um segura sua amostra
• Enquanto o outro mantém um"Material de referência"(normalmente um cadinho inerte e vazio que não sofre alterações térmicas).
Aqui está o porquê:
Imagine que você está cozinhando e deseja detectar se algo na panela émudando(como sear de um bife). Você tem:
Pan a: Contém sua amostra (por exemplo, um bife)
Pan b: Vazio (apenas a panela)
Você aquece as duas panelasidênticoem fogões separados, mas idênticos.
Se você monitorar apenas a panela a:
Você vê o aumento da temperatura, mas vocêNão posso dizer:
A própria panela está absorvendo o calor?
O cozimento do bife é (reação endotérmica)?
Ou é apenas flutuação de energia do fogão?
→Você não aprende nada sobre o comportamento do bife sozinho!
Mas se você comparar Pan A vs. Pan B:
Quando pan a aqueceMais devagar(Porque o bife absorve o calor para cozinhar) enquanto o Pan B aquece normalmente → você percebe:
"Aha! Algo na panela A está absorvendo o calor - está passando por uma mudança física (como derretimento ou transição vítrea)!"
Este é o princípio "diferencial":
Você não está medindocalor absoluto em pan a- Você está rastreando odiferença de fluxo de calorentre Pan A e Pan B.
Tipo de material | Aplicações DSC primárias | Parâmetros comuns |
Fibras (por exemplo, poliéster, fibras de nylon) |
- Analise o comportamento de cristalização (cristalinidade) - Avalie a adequação dos processos de tratamento térmico/pós-giro -Verifique a consistência do lote a lote |
TG, TM, pico de cristalização fria, cristalinidade |
Filmes (por exemplo, Bopp, filmes para animais de estimação) |
- Estude diferenças de comportamento térmico antes/depois do alongamento biaxial - Analise a distribuição do ponto de fusão (detecte as fases polimórficas) - Investigar a relação entre sedabilidade térmica e cristalinidade |
TG, TM, cristalinidade, largura do pico de fusão |
Plastics gerais (por exemplo, PP, PE, ABS) |
- determinar proporção cristalina/amorfa - Identifique os tipos de matéria -prima (TG/TM como "impressões digitais") - Avalie os efeitos de mistura/modificação |
TG, TM, ΔH (fusão), ΔH (cristalização) |
Adesivos (por exemplo, epóxi, pur) |
- Avalie o grau de reação/cura - Analise a densidade de reticulação - Distinguir tipos termoplásticos vs. reativos - Meça TG para prever a faixa de temperatura de serviço |
TG, pico exotérmico, calor de reação residual |
Borrilhas (por exemplo, EPDM, SBR, silicone) |
- correlacionar o TG com o desempenho dinâmico - Avalie as alterações de densidade de reticulação |
TG, TG Shift, Efeitos da História Térmica |
A figura a seguir é uma curva DSC típica mostrando quatro tipos de transições:
O coeficiente de temperatura é →
Ⅰ Para uma transição secundária, é uma mudança na linha de base horizontal
ⅡPara o pico de absorção de calor, é causado pela transição de derretimento ou derretimento da amostra de teste
ⅢPara o pico de absorção de calor, é causado pela decomposição ou reação de clivagem da amostra de teste
Ⅳ é o pico exotérmico, que é o resultado da transição da fase cristalina da amostra
Interpretação de eixos de gráficos DSC
Eixo x (eixo horizontal)
Representa: Temperatura
Unidade: Graus Celsius (° C)
Explicação: Direto - mostra a rampa de temperatura durante o aquecimento/resfriamento.
Eixo y (eixo vertical)
Representa:Fluxo de calor(também chamadoPoder de calor)
Unidade: Milliwatts (MW)
Explicação chave:
O eixo y faznãomostrar temperatura ou energia total.
Ele mede odiferença de fluxo de calorentre a amostra e a panela de referência para manter a mesma taxa de aquecimento.
Exemplo:
Se o DSC lerFluxo de calor = 8 mw, significa:
A amostra éabsorvendo calor(Endotérmico).
O instrumento está fornecendo0,008 J/S extraà amostra (vs. referência) para manter ambos o aquecimento na mesma taxa.
Inclinação (taxa de mudança de fluxo de calor)
Definição: Qual a rapidez com que o fluxo de calor muda por unidade de temperatura/tempo.
Interpretação:
Inclinação mais íngreme→ A absorção de calor está se acelerando (por exemplo, fusão repentina).
Inclinação mais plana→ O fluxo de calor muda gradualmente.
Inclinação mais íngreme para baixo→ A liberação de calor está aumentando (por exemplo, reação exotérmica inicia).
Observação:A direção "positiva" ou "negativa" dos picos em uma curva DSC não é absoluta - depende do instrumentoConfiguração da direção do fluxo de calor.
Alguns dos padrões internacionais com os quais o DSC cumpre são os seguintes.
Número padrão | Escopo de aplicação | Conteúdo chave |
ISO 11357 | Teste DSC de plásticos | Transição vidro (TG), fusão (TM), cristalização, estabilidade oxidativa |
ASTM E967 | Calibração de temperatura DSC | Calibração de temperatura usando materiais de referência (por exemplo, índio, zinco) |
ASTM E968 | Calibração do fluxo de calor DSC | Calibração do sinal de fluxo de calor por meio de entalpia de fusão |
Jis K 7121 | Padrão industrial japonês (equivalente à ISO 11357) | Métodos básicos para análise térmica de plásticos |
Padrões específicos do material
Polímeros
ISO 11357-3: Medição de cristalinidade
ASTM D3418: Temperaturas e entalpia de derretimento/cristalização
ASTM D7426: Análise de borracha TG
Farmacêuticos
USP <891>: Validação de análise térmica
Ich q6a: Detecção de polimorfos (DSC é o método primário)
Metais
ASTM E794: Determinação do ponto de fusão de metal
ISO 17851: Comportamento de oxidação
Métodos especializados
Padrão | Tipo de teste | Exemplo de aplicação |
---|---|---|
ISO 11357-6 | Tempo de indução de oxidação (OIT) | Estabilidade do tubo de polietileno |
ASTM D3895 | Teste de poliolefina OIT | Eficácia aditiva |
ISO 11357-4 | Medição da capacidade de calor | Materiais compostos |
Calibração e validação
ISO 11357-1: Calibração básica do DSC
ASTM E2716: Procedimentos de validação de dados
NIST SRM 720: Padrão de capacidade de calor de safira
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