O que é Calorimetria de Análise Diferencial?
ZL-3047A Calorimetria de varredura diferencial (DSC) É uma técnica analítica utilizada para medir o calor liberado ou absorvido por uma amostra durante o aquecimento ou o arrefecimento numa faixa de temperatura específica.Para além da caracterização das propriedades térmicas dos materiais, DSC também é empregado para determinar as temperaturas em que ocorrem transições de fase específicas, incluindo a temperatura de transição de vidro, derretimento e eventos de cristalização.
Para realizar um experimento de calorimetria de varredura diferencial,É necessário um instrumento capaz de fornecer a gama de temperaturas necessária para o ensaio e monitorizar com precisão as alterações de temperatura e de fluxo de calor..
Ainstrumento DSC de fluxo térmicoConsiste num forno onde são colocadas a amostra e o material de referência. A amostra é encapsulada numa panela de metal (normalmente de alumínio), enquanto a panela de referência é normalmente uma panela vazia.O forno é aquecido ou resfriado, e as características do fluxo de calor são observadas à medida que variam com a temperatura.A informação quantitativa sobre o fluxo de calor pode ser determinada a partir da diferença de temperatura medida entre a amostra e a referência.
Após toda esta conversa técnica, você ainda pode estar se perguntando o que exatamente é DSC?
Em outras palavras, o instrumento DSC contém duas partes no interior:
•Um segura a amostra
•Enquanto o outro detém um"Material de referência"(normalmente um cadinho inerte e vazio que não sofre alterações térmicas).
Eis o porquê:
Imaginem que estão a cozinhar e querem detectar se algo na panela estáMudançaTens:
Pan A: Contém a sua amostra (por exemplo, um bife)
Pan B: Vazio (apenas a panela)
Aquece as duas panelas.idênticosem fogões separados, mas idênticos.
Se só monitorizar Pan A:
Você vê a sua temperatura aumentar, mas vocêNão sei dizer.:
A frigideira absorve calor?
O bife está a cozinhar (reação endotérmica)?
Ou é só uma flutuação da energia do fogão?
→Não aprendemos nada sobre o comportamento do bife sozinho!
Mas se comparar Pan A contra Pan B:
Quando Pan A aquecermais lento(porque o bife absorve calor para cozinhar) enquanto Pan B aquece normalmente → Você percebe:
"Aha! Algo em Pan A está absorvendo calor e está passando por uma mudança física (como fusão ou transição de vidro)!"
Este é o princípio "diferencial":
Não está a medir.Calor absoluto em Pan AEstás a rastrear odiferença de fluxo de calorentre o Pan A e o Pan B.
Tipo de material | Aplicações DSC primárias | Parâmetros comuns |
Fibras (por exemplo, fibras de poliéster, nylon) |
- Analisar o comportamento de cristalização (cristalinidade) - Avaliação da adequação dos processos de tratamento térmico/pós-fixação - Verificar a consistência de lote para lote |
Tg, Tm, pico de cristalização a frio, cristalinidade |
Filmes (por exemplo, películas BOPP, PET) |
- Estudar as diferenças de comportamento térmico antes/depois do alongamento biaxial - Analisar a distribuição do ponto de fusão (detetar fases polimórficas) - Investigar a relação entre a vedação térmica e a cristalinidade |
Tg, Tm, cristalinidade, largura do pico de fusão |
Plásticos gerais (por exemplo, PP, PE, ABS) |
- Determinar a relação cristalina/amorfa - Identificar os tipos de matérias-primas (Tg/Tm como "impressões digitais") - Avaliação dos efeitos de mistura/modificação |
Tg, Tm, ΔH (derretimento), ΔH (cristalização) |
Adesivos (por exemplo, epoxi, PUR) |
- Avaliação da reação/ grau de cura - Analise a densidade da ligação cruzada. - Distinguir os tipos termoplásticos dos reativos - Medir Tg para prever a gama de temperaturas de serviço |
Tg, pico exotérmico, calor residual de reação |
Fabrico a partir de fibras sintéticas (por exemplo, EPDM, SBR, silicone) |
- Correlação entre Tg e desempenho dinâmico - Avaliação das alterações da densidade de ligação cruzada |
Tg, desvio de Tg, efeitos da história térmica |
A figura a seguir é uma curva DSC típica que mostra quatro tipos de transições:
O coeficiente de temperatura é →
Ⅰ Para uma transição secundária, trata-se de uma alteração da linha de base horizontal
ⅡPara o pico de absorção de calor, é causado pela fusão ou transição de fusão da amostra de ensaio.
ⅢPara o pico de absorção de calor, é causado pela reacção de decomposição ou clivagem da amostra de ensaio.
Ⅳ é o pico exotérmico, que é o resultado da transição de fase cristalina da amostra
Interpretação dos eixos do gráfico DSC
Eixo X (Eixo Horizontal)
Representa: Temperatura
Unidade: Graus Celsius (°C)
Explicação: O símbolo indica a rampa de temperatura durante o aquecimento/refrigeração.
Eixo Y (Eixo Vertical)
Representa:Fluxo de calor(também chamadoPotência térmica)
Unidade: Miliwatts (mW)
Explicação fundamental:
O eixo Y fazNão, não.mostrar a temperatura ou a energia total.
É uma medida dodiferença 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 éabsorção de calor(endotérmica).
O instrumento fornece00,008 J/s extraà amostra (contra referência) para manter ambos os aquecimentos na mesma taxa.
Inclinação (taxa de variação do fluxo de calor)
Definição: Quão rapidamente o fluxo de calor muda por unidade de temperatura/tempo.
Interpretação:
Ponta mais íngreme→ A absorção de calor está a acelerar (por exemplo, derretimento súbito).
Ponta mais plana→ O fluxo de calor muda gradualmente.
Ponta mais íngreme para baixo→ A liberação de calor está aumentando (por exemplo, a reação exotérmica começa).
Nota:A direcção "positiva" ou "negativa" dos picos numa curva DSC não é absoluta, mas depende daAjuste da direção do fluxo de calor.
Algumas das normas internacionais que a DSC cumpre são as seguintes.
Não. | Área de aplicação | Conteúdo essencial |
A norma ISO 11357 | Ensaios DSC de plásticos | Transição de vidro (Tg), fusão (Tm), cristalização, estabilidade oxidativa |
ASTM E967 | Calibração de temperatura DSC | Calibração de temperatura utilizando materiais de referência (por exemplo, ínio, zinco) |
A norma ASTM E968 | Calibração do fluxo de calor DSC | Calibração do sinal de fluxo de calor através da entalpia de fusão |
JIS K 7121 | Padrão industrial japonês (equivalente à ISO 11357) | Métodos básicos de análise térmica de plásticos |
Normas específicas para os materiais
Polímeros
A norma ISO 11357-3: Medição da cristalinidade
ASTM D3418: Temperaturas de fusão/cristalização e entalpia
ASTM D7426: Análise de Tg da borracha
Produtos farmacêuticos
USP < 891>: Validação da análise térmica
ICH Q6A: Detecção de polimorfos (DSC é o método primário)
Metálicos
A norma ASTM E794: Determinação do ponto de fusão dos metais
A norma ISO 17851: comportamento de oxidação
Métodos especializados
Padrão | Tipo de ensaio | Exemplo de aplicação |
---|---|---|
A norma ISO 11357-6 | Tempo de indução da oxidação (OIT) | Estabilidade dos tubos de polietileno |
ASTM D3895 | Ensaios OIT de poliolefina | Eficácia aditiva |
A norma ISO 11357-4 | Medição da capacidade térmica | Materiais compostos |
Calibração e validação
ISO 11357-1: Calibração básica do DSC
ASTM E2716: Procedimentos de validação dos dados
NIST SRM 720: Padrão de capacidade térmica de safira
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