從一段DSC的降溫程序中我們能發(fā)現(xiàn)什么？

對(duì)于大部分DSC用戶來說，在研究材料的熱物性時(shí)，我們通常更關(guān)注升溫曲線段。其實(shí)在有些情況下，升溫曲線段的信息是十分有限的，不能夠滿足我們對(duì)于一個(gè)樣品的熱效應(yīng)的特性進(jìn)行更進(jìn)一步地分析和解釋。此時(shí)，我們可以通過設(shè)計(jì)降溫段程序來進(jìn)一步通過DSC獲取有價(jià)值的信息。

案例分享

以下案例基于配置了機(jī)械制冷的DSC3設(shè)備所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。我們一起通過以下案例來一窺降溫段的“神奇之處”。

Case1:降溫段程序區(qū)分回收PP和未使用PP

何為PP回收料？PP再生料也就是聚丙烯再生料。再生也指回收，是相對(duì)是新原料來說的第二次熱塑處理以后的通稱。一般的塑料使用一次以后，經(jīng)過回收機(jī)的熱化擠出制粒，可以再次當(dāng)作原料來使用，把經(jīng)過回收擠出的聚丙烯料都叫做PP再生料。回收廢舊塑料由于帶有一定的雜質(zhì)，而且原料在加工和使用中還存在著降解和老化。因此在使用前需要進(jìn)行區(qū)分和鑒別。

該案例的方法為10K/min的升降溫速率從40—180℃的循環(huán)，兩個(gè)樣品質(zhì)量均為5-6mg。可以看到兩個(gè)樣品的一二次升溫曲線幾乎沒有任何區(qū)別，但是降溫段兩者的結(jié)晶行為則有較大的差別，回收PP的開始結(jié)晶溫度更高，結(jié)晶峰更寬。這是因?yàn)樵诮Y(jié)晶過程中，經(jīng)過使用回收后的PP其結(jié)晶核中非熱結(jié)晶核（使用過程中的雜質(zhì)起到成核劑作用）的含量相對(duì)更高。

Case2:液晶材料的相轉(zhuǎn)變過程研究

液晶（LC）和液晶高分子（LCP）通常是指在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)介于固相和液相之間的中間相的有機(jī)化合物。在這中間相，它既具有液體又具有晶體的特性；其顏色和透明度可隨外界條件（如溫度，電場(chǎng)，磁場(chǎng)，吸附氣體等）變化而變化。由于液晶具有復(fù)雜的中間相，并且有些相變過程的熱效應(yīng)也很小，屬于微弱的一級(jí)相變，因此對(duì)DSC的靈敏度和量熱的準(zhǔn)確性提出了很高的要求。否則有些相變過程就會(huì)因測(cè)量不到而被忽略。

為了節(jié)省測(cè)試時(shí)間以滿足大量的未知樣品的信息讀取，通常顯示面板企業(yè)會(huì)將升溫速率設(shè)置為不低于10K/min,在這個(gè)升溫速率下，對(duì)于液晶材料來說，其固液轉(zhuǎn)變的熔融峰可能會(huì)與液液相轉(zhuǎn)變相重疊，而忽略掉該相轉(zhuǎn)變。

下圖中的案例為肉豆蔻酸膽固醇酯在10K/min的升降溫速率下的相轉(zhuǎn)變過程，在升溫段83℃處的肩峰為非各向同性到各向同性的相轉(zhuǎn)變過程，具體可理解為，在A點(diǎn)熔化后樣品存在近晶型（液體結(jié)晶）狀態(tài)，隨后在B處過渡到膽甾醇相，在C處液體結(jié)晶被破壞，形成各向同性液體。顯然升溫段中，相轉(zhuǎn)變過程以肩峰形式出現(xiàn)難于判斷和計(jì)算其相轉(zhuǎn)變熱量大小。但是在降溫段中，我們可以看到兩個(gè)分離良好的小峰出現(xiàn)在約 80 ℃和 72℃。這些對(duì)應(yīng)于峰C和肩部B，此類轉(zhuǎn)變的過冷度是遠(yuǎn)小于實(shí)際結(jié)晶過程的，因此可以將其與液體結(jié)晶較好地區(qū)分開。