丙三醇中玻璃化转变温度检测方案(动态热机械)

要获取全球办事处的完整列表，请访问http：//www.perkinelmer.com.cn/AboutUs/ContactUs/ContactUs007771B_CHN_21 摘要 粘性流体的玻璃化转变温度(Tg)测试试直是动态热机械分析测试 (DMA)的难点之一。常规方法采用剪切形变模式，但是这类夹具对于室温易于流动的样品显得有些力不从心。本文给出了一种高效的替代方法，采用PE公司专利设计的试料夹夹具夹持丙三醇样品，得到的Tg结果不仅和差示扫描量热仪(DSC) 试测试结果具有非常好的对应性，而且转变信号非常清晰，易于辨识。 前言 DMA是剖析材料松弛过程的最佳测试手段。针对室温下处于粘性流动状态的样品，剪切形变夹具是常用的测试选项。但是这类样品由于自身的流动性较大以及低温区间刚度呈数量级增加等问题往往会引起剪切模式信号异常。如果能有一种刚度较大的夹具夹持住粘性流体样品的话，则可以采用更合理地弯曲形变模式来研究这类样品的松弛行为。PerkinElmer公司专利设计的试料夹技术正是这样一类新型夹具，可以高效测试粘性流体样品，由于夹具极刚性的结构，本身不存在任何损耗模量信号贡献，因此任何损耗模量信号均来源于样品本身的松弛过程。 DMA技术通过施加正弦交变应力作用于样品，实时测试样品的应变信号。利用这一原理，样品的刚度、松弛信号可以通过计算得到的模量和损耗角正切值(Tan 8)加以表征。Tan 8是损耗模量与储能模量的比值。通过测试样品应变相位角的滞后大小可以表征样品的阻尼性能好坏。常规方法是绘制Tan 8和温度的关系曲线，当损耗角正切信号出现峰值信号时代表样品进入玻璃化转变区间，因为样品在这一温度区域由于分子结构的逐步“解冻"内耗加大，表现为Tan 8出现峰值。 本文选取丙三醇为目标样品用于演示PE公司网纹状试料夹技术在粘性流体样品测试方面的典型应用。该类试料夹以不锈钢作为基材，表面带有网纹状微结构(目数尺寸约为1mm)。丙三醇样品由于自身的表面张力会在试料夹表面形成自支撑结构便于单悬臂模式的开展。此外，本文还比较了DMA与DSC两种方法针对丙三醇样品测试结果的重现性和对应性。 实验部分 1、DMA测试方法 丙三醇样品滴加在不锈钢网纹试料夹表面，静置数分钟以利于样品的充分渗透扩散。然后将试料夹夹持在DMA 8000的单悬臂夹具上，降温至-150度开始测试。 2、DSC测试方法 丙三醇样品置于铝制气密性样品盘当中，升温速率采用10°C/min。 结果与讨论 图1为样品损耗模量和温度的测试曲线。随着温度逐渐升高，丙三醇分子进入玻璃化转变区域，同时损耗模量出现了明显的峰值信号，且峰温数值依赖于测定的频率大小(松弛过程的典型特点)。测试得到的损耗模量绝对值是样品和试料夹的叠加信号，但是峰温值仅来源于样品本身，因为不锈钢试料夹在测试温度范围不存在任何转变信号。从结果中可以清晰的发现丙三醇样品的峰温介于-60~-70℃。 通过对比DSC测试结果，两种方法的结果虽然不是精确对应的，但是两者的起始转变温度基本是一致的。这主要是源于两种测试手段的原理差异性，以及玻璃化转变温度的频率依赖性和升温速率依赖性等因素造成的。一般而言，DMA方法定义的Tg温度要高于DSC方法所定义的Tg温度值。 本文通过实例清晰析示了粘性流体样品(诸如丙三醇)可以采用试料夹结合单悬臂形变模式进行高效测试。该方法和传统剪切形变模式相比更加简洁高效，且测试数据更加准确可靠。 图1.损耗模量与温度关系曲线 图2.热流信号和温度关系曲线 ( 版权所有 ◎2014， PerkinElmer， Inc. 保留所有权利。PerkinElmer@ 是PerkinElmer， Inc. 的注册商标。其它所有商标均为其各自持有者或所有者的财产。 )