Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Science Education
Materials Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

קלורימטריה סריקה דיפרנציאלית
 
Click here for the English version

קלורימטריה סריקה דיפרנציאלית

Overview

מקור: דניאל נ. ביטי וטיילור ד. ספארקס, המחלקה למדע והנדסה של חומרים, אוניברסיטת יוטה, סולט לייק סיטי, UT

קלורימטריה סריקה דיפרנציאלית (DSC) היא מדידה חשובה לאפיון תכונות תרמיות של חומרים. DSC משמש בעיקר כדי לחשב את כמות החום המאוחסן בחומר כפי שהוא מתחמם (קיבולת חום) כמו גם את החום נספג או שוחרר במהלך תגובות כימיות או שינויים פאזה. עם זאת, מדידת חום זה יכולה גם להוביל לחישוב תכונות חשובות אחרות כגון טמפרטורת מעבר מזוגגת, גבישיות פולימרית ועוד.

בשל האופי הארוך, דמוי השרשרת של פולימרים זה לא נדיר עבור גדילי פולימר להיות הסתבך והפרעה. כתוצאה מכך, רוב הפולימרים הם גבישיים חלקית בלבד כאשר שאר הפולימר הוא אמורפי. בניסוי זה נשתמש DSC כדי לקבוע גבישיות פולימר.

Principles

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

כפי שהשם מרמז, קלורימטריה סריקה דיפרנציאלית מסתמכת על דיפרנציאל בזרימת חום בין מדגם עניין לדגימת ייחוס עם תכונות תרמיות ידועות. למעשה, מדידת חום מדויקת עם מד חום קשה מאוד. המדידה מסובכת עוד יותר על ידי העובדה כי המדגם ממוקם בתוך מחבת אשר גם סופג חום המדידה מתרחשת בדרך כלל בתוך תנור גדול יותר. מדידה מדויקת יותר תהיה כרוכה בניטור הטמפרטורה של מדגם וחישוב זרימת החום שהייתה חייבת להיות נוכחת על מנת לייצר את שינוי הטמפרטורה.

לכן, DSC כרוך במדידה סימולטנית או רציפה של טמפרטורות של מדגם והפניה. כדי למדוד במדויק חום פנימה והחוצה של המדגם תוך התחשבות תרומות תרמיות והפסדים למחבת והסביבה, המדידה של מדגם והפניה צריך להתרחש בדיוק באותה סביבה ותנאי חום. ההכנות למחבת צריך להיות עקבי גם בין התייחסות מדגם. אלה כוללים לחיצה כדי לאטום את המחבת ודוקר חור במכסה, כדי לאפשר שיווי משקל עם האטמוספירה אינרטית בכבשן ולהימנע לחץ במחבת כמו שינויי פאזה להתרחש במדגם.

תרשים של הגדרת דגימת DSC ותא החום מוצגים באיור 1. עבור כל סריקה, ה- DSC מכיל מחבת הפניה ריקה ומחבת לדוגמה. ה- DSC קורא את ההבדל בצריכת החשמל הנדרש כדי לשמור על תבנית הייחוס והמחבת לדוגמה בטמפרטורה שנקבעה (שהוגדרה לפני המדידה על-ידי המשתמש). המחבת לדוגמה תדרוש יותר כוח לחום כאשר המדגם סופג חום (בתגובה אנדותרמית) וכוח רב יותר להתקרר כאשר המדגם פולט חום (בתגובה אקסותרמית).

Figure 1
איור 1: הגדרת דגימת DSC ושרטוט תא חום.

תבנית ריקה ממוקמת במיקום הייחוס עבור כל מדידות DSC. עבור כל טכניקות האפיון התרמי, מדידה בסיסית מבוצעת תחילה עם מחבת ריקה בתוך הכבשן במצב המדגם. מדידה זו מהווה שינויים אטמוספריים ומופחתת באופן אוטומטי ממדידת המדגם הבאה. למדידת גבישה, כמות מדודה במדויק של חומר מדגם ממוקמת במחבת נפרדת (הממוקמת במיקום המדגם בכבשן) ומופעלת באמצעות אותה תוכנית מדידה כמו קו הבסיס. אחוז גבישיות מחושב באמצעות ערכים המתקבלים ממדידה לדוגמה. המשוואה בה נעשה שימוש היא:

% גבישיות = Equation 1 (משוואה 1)

עקומת תוצאות DSC טיפוסית מוצגת באיור 2. חום ההיתוך (ΔHm) מתקבל על ידי לקיחת האזור תחת הפסגה האנדותרמית (נוכח בשלב החימום של המדידה) ואת החום של התגבשות קרה (ΔHc) מתקבל על ידי לקיחת האזור תחת הפסגה האקסותרמית (נוכח במהלך שלב הקירור של המדידה); התוכנה הנלווית משמשת לחישוב ערכים אלה ממדידה לדוגמה. החום הידוע של המסה של צורה גבישית 100% של המדגם (ΔHm° ) הוא מאפיין חומר שיש גם לדעת כדי לחשב גבישיות אחוז פולימר.

Figure 2
איור 2: שרטוט של עקומת תוצאות DSC. פסגות אקסותרמיות ואנדותרמיות מסומנות.

בעת ביצוע מדידת קיבולת חום, נוסף צעד נוסף: לפני הפעלת מדידת המדגם, מתבצעת מדידה זהה לקו הבסיס עם כמות מדידה מדויקת של חומר סטנדרטי. החומר הסטנדרטי צריך להיות תרכובת עם קיבולת חום מאופיינת היטב, כגון ספיר. לאחר מכן, החומר לדוגמה מופעל באמצעות אותה תוכנית מדידה כמו תוכנית הבסיס והסטנדרט. קיבולת החום וזרימת החום פנימה/החוצה של המדגם מחושבים גם על ידי המשתמש בתוכנה הנלווית. המדידה הבסיסית מופחתת וקיבולת החום של החומר הסטנדרטי משמשת כדי לעבור מטמפרטורה לזרימת חום.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Procedure

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here
  1. הפעל את המכונה ואפשר לה להתחמם במשך כשעה.
  2. בדוק כדי להבטיח את מיכל חנקן דחוס ומיכל חנקן נוזלי שניהם מלאים ואת השסתום המחבר אותם פתוח. זרימת לחץ החנקן הדחוס מוגדרת על 10 פסאיי על ידי ידיות ההתאמה על הווסת.
  3. הכינו שתי מחבתות ריקות. יש לנקב חור קטן במכסה של כל אחד מהם ולאטום באמצעות העיתונות המתקתקת. מוציאים את שלושת מכסי הכבשן ומניחים את המחבתות על שני החיישנים המעגליים בתוך הכבשן. החלף את כל שלושת המכסים.
  4. לחץ על הסמל שכותרתו DSC 3500 סיריוס כדי להפעיל את התוכנה של המכונה.
  5. בחר קובץ → חדש. החלון הגדרת מדידה ייפתח; ארבע כרטיסיות כלולות המבקשות קלט מידע. הכרטיסיה הראשונה היא הכרטיסיה התקנה. הוא מכיל מידע אודות המכשיר ואין צורך לשנותו להפעלת מדידה באמצעות הליך רגיל.
  6. לחץ על הכרטיסייה השניה, שכותרתו כותרת עליונה. בחר תיקון תחת סוג מדידה. פעולה זו תשמור את המדידה הבסיסית כקובץ תיקון, אשר מאוחר יותר יופחת ממדידת המדגם על-ידי התוכנה.
  7. קלט תוכנית בסיסית עם התאריך הזהות והשם לדוגמה תחת המקטע דוגמה.
  8. תחת כיול טמפרטורה, לחץ על בחר. פעולה זו תפתח חלון נפרד; מצא את קובץ כיול הטמפרטורה האחרון שנשמר במחשב ובחר אותו.
  9. לקבלת מדידת גבישה באחוזים, לחץ על בחר תחת כיול רגישות ובחר את קובץ כיול הרגישות העדכני ביותר שנשמר במחשב.
  10. בחר את הכרטיסיה השלישית, הנקראת תוכנית טמפרטורה.
  11. סמן את תיבות הטיהור 2 ומגן המפורטות בתנאי שלב. זה מדליק את גז טיהור החנקן לכל מדרגות הטמפרטורה.
  12. בחר התחל התחלתי תחת קטגוריית שלב והזן 20 °C (70 °F) כניסת התחלה.
  13. בחר דינמי תחת קטגוריית שלב והזן טמפרטורה לטמפרטורת הסיום. טמפרטורת קצה זו צריכה להיות כ 30 °C (50 °F) גבוה יותר מאשר טמפרטורת ההיתוך המדווחת של מדגם הפולימר. הטמפרטורה המקסימלית המותרת על ידי מחבתות האלומיניום היא 600 מעלות צלזיוס; כאמצעי זהירות לא ללכת גבוה יותר מ 550 °C (550 °F). הזן 10 K /min כתעריף החימום.
  14. בחר דינמי תחת קטגוריית שלב והזן 20 °C (70 °F) עבור טמפרטורת הסיום.
  15. בחלק העליון של המסך, לחץ על החץ הנפתח תחת LN2 לשלב הקירור השני, המחזיר את התנור לטמפרטורת החדר. בחר אוטומטי. זה אומר לתוכנית הטמפרטורה להפעיל באופן אוטומטי את החנקן הנוזלי כדי לקרר את הכבשן לאחר סיום שלב החימום.
  16. בחר סופי תחת קטגוריית שלב. הזן 20 °C (5°F) קלטת כטמפרטורה הסופית.
  17. התוכנית תבקש טמפרטורת איפוס חירום. הזן טמפרטורה 10 °C (50 °F) גבוה יותר מאשר הטמפרטורה הגבוהה ביותר שנקבעה בתוכנית הטמפרטורה. זוהי הגדרה מגן, אשר עוצר את המכונה מחימום גבוה יותר מאשר טמפרטורה קבועה במקרה של תקלה במכונה. זה מגן על הכבשן מפני חימום לטמפרטורה שיכולה לאדות את המדגם ולפגוע במכונה.
  18. לאחר מכן התוכנית תבקש מידע סופי המתנה. מידע זה יחזיק את התנור בטמפרטורה הסופית עד שעתיים כדי לשמור על שיווי משקל אך אין לו השפעה על הנתונים שנאספו. קלט 20 °C (70 °F) לטמפרטורת המתנה, 40 K/min כקצב החימום, וזמן המתנה מרבי של שעתיים.
  19. בחר את הכרטיסיה הרביעית, המסומנת בתווית פריטים אחרונים.
  20. מימין לשם הקובץ לחץ על בחר. בחר מיקום במחשב כדי לשמור את הסריקה ותן לה שם בסיסי עם התאריך (שם זהה לזה המופיע תחת הכרטיסיה כותרת עליונה).
  21. לחץ על קדימה בפינה השמאלית התחתונה של חלון הגדרת המדידה. יופיע חלון חדש וקטן יותר, המפרט את הטמפרטורה הראשונית כהגדרתה בתוכנית הטמפרטורה וטמפרטורת התנור הנוכחית. כדי להתחיל את התוכנית, טמפרטורת התנור הנוכחית חייבת להיות בטווח של 5 מעלות מהטמפרטורה הראשונית.
  22. אם טמפרטורת הכבשן נמצאת בטווח של 5 מעלות מטמפרטורת התוכנית הראשונית, לחץ על התחל והמדידה תתחיל. אם טמפרטורת התנור נמוכה מדי, לחץ על התחל והמכונה תעשה שלב חימום ושיווי משקל לפני תחילת המדידה. אם הכבשן חם מדי, בחר אבחון → גזים ומתגים. סמן את התיבה עבור LN2 ואפשר לחנקן הנוזלי לזרום עד שהטמפרטורה תגיע למרחק של 5 מעלות מהראשית. לאחר מכן בטל את הסימון בתיבה LN2 והקש התחל כדי להתחיל את המדידה.
  23. לאחר הפעלת הסריקה 'בסיסית', הסירו את המחבת הבסיסית הריקה והחליפו אותה במחבת המכילה את הדוגמה. המחבתות בקוטר של כ -6 מ"מ עם נפח של 25 מיקרוליטרים, ולכן דורשות כמות קטנה מאוד של מדגם. חותכים את הדגימה לחתיכות קטנות שמתאימות למחבת. כדי להבטיח זרימת חום אחידה וקריאות DSC מדויקות, שכבה דקה של חלקי המדגם ממוקמת כך שכל החלק התחתון של המחבת מכוסה.
  24. בחר קובץ → פתח. לחץ על אישור כאשר התוכנית מבקשת למחוק את התצורה הנוכחית ולמצוא ולפתוח את הסריקה הבסיסית.
  25. חלון הגדרת המדידה ייפתח לדף הגדרה מהירה. בחר תיקון בתוספת דגימה תחת סוג מדידה.
  26. תחת המקטע דוגמה, הזן את שם המדגם תחת זהות ושם והזן את המסה לדוגמה במיליגרם.
  27. בתחתית החלון, לחץ על בחר. בחר מקום לתת לו שם ולשמור את הסריקה.
  28. בחר קדימה. הקש התחל כאשר החלון הקטן יותר מופיע.
  29. לאחר שהמדידה הסתיימה, סגור את התוכנית, כבה את מיכל החנקן הדחוס וכבה את המכונה.
  30. מצא את המדידה השמורה עבור הסריקה לדוגמה ולחץ עליה פעמיים. פעולה זו תפתח את הסריקה בתוכנת ניתוח Proteus.
  31. השתמש בתוכנה כדי למצוא את האזור תחת עקומות ההיתוך וההמסה. ערכים אלה הם חום ההיתוך והחום של התגבשות קרה של דגימת הפולימר בג'אול לגרם.
  32. ניתן לחשב את אחוז הגבישות באמצעות המשוואה המפורטת לעיל:
    גבישיות = Equation 2

קלורימטריה סריקה דיפרנציאלית או DSC היא טכניקת מדידה חשובה המשמשת לאפיון המאפיינים התרמיים של חומרים במיוחד פולימרים. הגדרת מדידת DSC מורכבת ממחבתות דוגמה ועיון נפרדות, כל אחת עם חיישני טמפרטורה זהים. הטמפרטורה של המחבת לדוגמה המכילה את המדגם של עניין ואת מחבת הייחוס אשר בדרך כלל נשאר ריק נשלטים באופן עצמאי באמצעות תנורי חימום נפרדים אך זהים. הטמפרטורה של שתי המחבתות עולה באופן ליניארי. ההבדל בכמות האנרגיה או זרימת החום הנדרשת לשמירה על שתי המחבתות באותה טמפרטורה נרשם כפונקציה של טמפרטורה. לדוגמה, אם המחבת לדוגמה מכילה חומר סופג אנרגיה כאשר הוא עובר שינוי פאזה או תגובה התנור מתחת למחבת המדגם חייב לעבוד קשה יותר כדי להגדיל את טמפרטורת המחבת מאשר התנור מתחת למחבת הייחוס הריקה. וידאו זה מדגים כיצד להשתמש DSC כדי לקבוע מעברי שלב פולימר ולחשב את אחוז הגבישיות של פולימר.

בשל המבנה ארוך דמוי שרשרת של פולימרים הגדילים יכולים להפגין סדר ארוך טווח והם נקראים גבישיים או ניתן לארגן באופן אקראי, המכונה אמורפי. פולימרים גבישיים עוברים מעבר פאזה ממוצק לנוזל דרך המסה. בעוד פולימרים אמורפיים עוברים ממצבם הנוקשה, הנקרא זכוכית, למצב הגומי שלהם באמצעות מעבר זכוכית. ניתן למדוד אירועים אלה באמצעות DSC. עם זאת, רוב הפולימרים הגבישיים הם גבישיים חלקית בלבד כאשר שאר השרשראות אמורפיות. אלה נקראים פולימרים גבישיים למחצה. בחומרים אלה החלקים האמורפיים של הפולימר עוברים מעבר זכוכית במהלך החימום בזמן שחלקי הגביש עוברים התכה.

אירועים אלה מוצגים בעקומת DSC של זרימת חום לעומת טמפרטורה. שינויים אקסותרמיים, כלומר אלה הנושרים חום, מוצגים כפסגות בעלילה. בעוד אירועים אנדותרמיים, אלה סופגים חום, מופיעים כעמקים. פסגות ועמקים אלה הם ספציפיים לשינויי הפאזה המסוימים בפולימר. חום ההיתוך, דלתא Hm, הוא כמות האנרגיה הנדרשת כדי לגרום להמסה בפולימר גבישי כאשר הטמפרטורה עולה. אנחנו יכולים לחשב את חום ההיתוך על ידי לקיחת האזור תחת הפסגה האנדותרפית במהלך שלב החימום של המדידה.

החום של התגבשות קרה, דלתא Hc, הוא כמות האנרגיה המשתחררת כמו המדגם מתקרר ומתגבש מחדש. דלתא Hc מחושב באמצעות האזור מתחת לפסגה האקסותרמית במהלך שלב הקירור של המדידה. אז אם נחמם את המדגם מעבר להמסה ואז נתקרר בחזרה לטמפרטורת החדר, נוכל לקבוע גם את דלתא Hm וגם את דלתא Hc. אז באמצעות מערכת יחסים זו, אנו יכולים לקבוע את אחוז הגבישות. כעת, לאחר שראית כיצד לזהות שינויי פאזה בעלילת DSC, בואו נבחן כיצד להפעיל את המדידה ולנתח את התוצאות.

כדי להתחיל את מדידת DSC להפעיל את המכשיר ולאפשר לו להתחמם במשך כשעה. בדוק כי מיכל חנקן דחוס ומיכל חנקן נוזלי שניהם מלאים וכי השסתום המחבר אותם פתוחים. עכשיו תכין את שתי המחבתות. בחר מחבת כי הוא אדיש כימית ויציב בטווח הטמפרטורה הרצוי. לתקוע חור קטן במכסים. מניחים את המכסים על כל מחבת, ולאחר מכן לאטום אותם באמצעות לחיצה לחיצה. לאחר מכן להסיר את שלושת כיסויי תנור ומניחים את שתי המחבתות הריקות על החיישנים המעגליים בתוך התנור. ואז להחליף את כיסויי הכבשן. הפעל את תוכנת DSC במחשב וצור קובץ חדש.

החלון הגדרת מדידה ייפתח באמצעות כרטיסיות להגדרת פרמטרי מדידה. בחר כותרת עליונה ולאחר מכן תיקון תחת סוג מדידה. פעולה זו תשמור את המדידה הבסיסית כקובץ תיקון אשר יופחת ממדידת המדגם על-ידי התוכנה. תחת המקטע דוגמה תווית המידה הבסיסית ותאריך. לאחר מכן, תחת כיול טמפרטורה, בחר את קובץ כיול הטמפרטורה העדכני ביותר. למדידת גבישיות אחוז תחת כיול רגישות, בחר את קובץ כיול הרגישות העדכני ביותר. לאחר מכן, תחת הכרטיסיה תוכנית טמפרטורה, סמן את התיבות Purge2 ו- מגן תחת תנאי השלב. זה מדליק את גז טיהור החנקן לכל מדרגות הטמפרטורה.

בחר ראשי תיבות תחת קטגוריית השלב והזן 20 מעלות צלזיוס קלטת קלטת ההתחלה. לאחר מכן בחר דינמי והזן בטמפרטורת סיום. זה צריך להיות בערך 30 מעלות גבוה יותר מאשר טמפרטורת ההיתוך המדווחת של מדגם הפולימר. במקרה זה נשתמש 260 מעלות צלזיוס. לאחר מכן לחץ על החץ הנפתח מתחת לסמל החנקן הנוזלי כדי להגדיר את שלב הקירור. בחר אוטומטי כדי להפעיל באופן אוטומטי את החנקן הנוזלי כדי לקרר את הכבשן לאחר סיום שלב החימום. בחר סופי תחת קטגוריית השלב והזן 20 מעלות קלט קלטת קלטת בסוף. לאחר מכן הגדר את טמפרטורת איפוס החירום 10 מעלות גבוה יותר מהטמפרטורה הגבוהה ביותר בתוכנית שלך אשר מכבה את המכשיר במקרה של תקלה במכונה והתחממות יתר. עכשיו עם כל הפרמטרים שנקבעו, בדוק את הטמפרטורה הראשונית שהגדרת ואת טמפרטורת התנור הנוכחית. כדי להתחיל את התוכנית, הכבשן חייב להיות בתוך חמש מעלות מהטמפרטורה הראשונית. לחץ על התחל כדי להתחיל בחימום והתוכנית תתחיל באופן אוטומטי.

לאחר הפעלת הסריקה הבסיסית, הסירו את המחבת הבסיסית הריקה מהכבשן. להשיג מחבת חדשה מכסה ולנקב חור במכסה. שוקלים את המחבת והמכסה הריקים. לאחר מכן חותכים את דגימת הפולימר לחתיכות קטנות שיתאימו למחבת. כדי להבטיח זרימת חום אחידה מניחים שכבה דקה של חתיכות הדגימה במחבת כך שכל החלק התחתון של המחבת מכוסה. ואז מניחים את המכסה על המחבת וקורעים אותו סגור. עכשיו לשקול את המחבת מדגם מלא להחסיר את המשקל של המחבת הריקה כדי לקבוע את המשקל של המדגם.

לאחר מכן מניחים את המחבת בכבשן וסוגר את הכיסוי. בתוכנת DSC, בחר קובץ ולאחר מכן פתח. לחץ על אישור כאשר התוכנית מבקשת לפתוח את הסריקה הבסיסית. בחלון הגדרת המדידה בחר תיקון + דגימה תחת סוג המדידה. לאחר מכן, תחת המקטע לדוגמה, הזן את השם והמסה לדוגמה. בחר קדימה והקש התחל כאשר תתבקש להתחיל בסריקה. לאחר שהמדידה תסיים לסגור את התוכנית, כבה את מיכל החנקן הדחוס ולאחר מכן כבה את המכשיר.

נתוני DSC של פוליבוטילן טרפתלט מדגם הפולימר מוצגים כעלילה של זרימת חום לעומת זמן. העקבות האדומים מראים את עליית הטמפרטורה ל-260 מעלות, ואז הקירור חוזר לטמפרטורת החדר. כאן העקומה מציגה שתי פסגות נפרדות. השיא הראשון התרחש במהלך החימום והוא פסגה אנדותרמית המתאימה לחום ההיתוך. חום ההיתוך מחושב באמצעות השטח שמתחת לעקומה המשווה למינוס 61 ג'אול לגרם. הפסגה השנייה היא פסגה אקסותרמית שהתרחשה במהלך שלב הקירור ומתכתבת עם חום ההתגבשות הקרה. חום ההתגבשות מחושב על ידי לקיחת השטח מתחת לעקומה שהוא כ -50 ג'אול לגרם. עם שני ערכים אלה, יחד עם החום הידוע של המסה עבור מדגם גבישי 100% של פוליבוטילן טרפתלט, אנו יכולים לחשב את אחוז הגבישיות של המדגם שהוא 78.6%.

DSC יכול לשמש כדי ללמוד אירועים תרמודינמיים בדגימות וחומרים אחרים גם כן. לדוגמה, DSC יכול לשמש כדי לנתח מעברי פאזה בדגימות ביולוגיות. בניסוי זה נותח מעבר הפאזה של השעיית תא על מנת להבין את תכונות ייבוש ההקפאה שלו. ייבוש הקפאה או ליופיליזציה משמש בדרך כלל לאחסון לטווח ארוך של ביולוגים. כאן השעיות התא הוכנו והוקפאו בתנאים שונים במכשיר DSC. המתלים הקפואים היו מחוממים אז ומעבר הזכוכית נמדד. מאוחר יותר, התאים נותחו באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים כדי לקבוע איזה מצב הקפאה קידם הישרדות תאים. הבנה של תהליך ייבוש ההקפאה באמצעות טמפרטורות מעבר פאזה מסייעת להתאים את התהליך על מנת לשפר את אחסון התאים.

שינוי האנטלפיה המתרחש במהלך תגובה כימית הוא מדד לכמות החום הנספגת במקרה של תגובה אנדותרמית או משוחררת במקרה של תגובה אקסותרמית. שינוי האנטלפיה במהלך תגובה ניתן למדוד באמצעות DSC על ידי ביצוע התגובה הכימית בתוך המחבת מדגם ומדידת זרימת החום. בדוגמה זו, האנטלפיה של פירוק סידן פחמתי ליצירת תחמוצת סידן או quicklime נמדדה על ידי DSC. הפירוק של סידן פחמתי מתרחשת אנדותרמית כפי שמעיד השיא החיובי ב 853 מעלות צלזיוס. האנטלפיה של פירוק סידן פחמתי מחושבת מהאזור שמתחת לפסגה והיא כ -160 קילוג'אול למול.

יש לך רק צפה המבוא של JoVE לחקר מעברי שלב פולימר באמצעות קלורימטריה סריקה דיפרנציאלית. עכשיו אתה צריך להבין את מעברי הפאזה השונים עבור פולימר גבישי אמורפי, וכיצד לזהות את האירועים, ולחשב גבישיות באמצעות DSC. תודה שצפיתם.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

איור 3 מראה את התוצאה של סריקת דגימת גבישיות באחוזי DSC על דגימת פוליבוטילן טרפתלט (PBT). התוצאה מוצגת כקריאת כוח DSC (במילי-וואט למיליגרם של מדגם) זמן פסוקים. קריאת העוצמה, העקבות הכחולים באיור 3, מציינת כמה כוח נוסף נדרש כדי לשנות את הטמפרטורה של המחבת לדוגמה בהשוואה למחבת הייחוס הריקה. תוכנית הטמפרטורה מוצגת גם כקו האדום המקווקו באיור 3. הפסגה הראשונה בעקבות הכחולים היא פסגה אנדותרמית; האזור שלה נותן ערך לחום ההיתוך של דגימת הפולימר. הפסגה השנייה היא פסגה אקסותרמית שאזורה נותן ערך לחום ההתגבשות של דגימת הפולימר.

איור 4 מציג תצוגות מוגדלות של הפסגות האנדוקדמיות והאקסותתרמיות מסריקת ה-PBT(איור 3). השטח של כל פסגה מוצג (מחושב באמצעות תוכנת ניתוח Proteus). מתוך ערכים מחושבים אלה, אחוז הגבישות של דגימת פולימר PBT זו מחושב באמצעות משוואה 1 וערך מדווח של 142 J/g עבור ΔHm°:

% גבישיות = Equation 2 = 78.6% גבישי 

Figure 3
איור 3: קריאת DSC לעומת זמן לדגימת פוליבוטילן טרפתלט פולימר, לרוץ באמצעות DSC 3500. תוכנית הטמפרטורה המשמשת מוצגת גם כעקומה המקווקות האדומה. 

Figure 4
איור 4: תצוגה מוגדלת של הפסגה האנדוקדמית (A) והפסגה האקסותרמית (B) של סריקת DSC פולימר PBT. אזורים מתחת לכל עקומה מחושבים; אלה תואמים את חום ההיתוך והחום של התגבשות קרה של מדגם הפולימר PBT, בהתאמה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Applications and Summary

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

קלורימטריה סריקה דיפרנציאלית היא טכניקה המשמשת לקביעת תכונות תרמיות רבות של חומרים, כגון חום ההיתוך, חום ההתגבשות, קיבולת החום ושינויי פאזה. מדידות DSC יכול לשמש גם כדי לחשב תכונות חומר נוספות כולל טמפרטורת מעבר מזוגגת גבישיות אחוז פולימר. ה- DSC דורש דוגמאות קטנות מאוד שחייבות להתאים לגודל ולצורה של המחבתות המשמשות במכונה ומבוססת על השוואת חום דיפרנציאלית בין הפניה ריקה לדגימה. חישובי גבישיות אחוז פולימר הם פשוטים יחסית אם חום ההיתוך של צורה גבישית 100% של הפולימר הנבדק ידוע. שיטות אפיון אחרות שיכולות לקבוע אחוז גבישיות כוללות מדידות צפיפות, אשר דורשות גם 100% גבישי וגרסה אמורפית של 100% של הפולימר, עקיפה של קרני רנטגן, הדורשת מדגם שניתן לערבב ביסודיות עם חומר סטנדרטי כגון סיליקון.

אחוז גבישיות הוא פרמטר חשוב התורם באופן משמעותי רבים של חומרים פולימריים המשמשים מדי יום. אחוז גבישיות ממלא תפקיד עד כמה שביר (גבישיות גבוהה) או כמה רך ודביק (גבישיות נמוכה) הוא פולימר. פוליאתילן הוא אחד החומרים הפולימריים הנפוצים ביותר והוא דוגמה טובה לחשיבות הגבישיות למאפיינים חומריים. HDPE (פוליאתילן בצפיפות גבוהה) היא צורה גבישית יותר ולכן הוא פלסטיק קשה יותר, שביר יותר המשמש פחי אשפה וקרש חיתוך, ואילו LDPE (פוליאתילן בצפיפות נמוכה) יש גבישיות נמוכה יותר ולכן הוא פלסטיק רקיע המשמש בשקיות קניות פלסטיק חד פעמיות. גבישיות פולימר יכולה להשפיע גם על שקיפות וצבע; פולימרים עם גבישיות גבוהה יותר קשה יותר לצביעה ולעתים קרובות אטומים יותר. אחוז גבישיות ממלא תפקיד גדול באופן שבו אנו יוצרים ומשתמשים פלסטיק שונה וצורות שונות של אותו פלסטיק מדי יום, מפולימרים המשמשים בדים, לאלה המשמשים אפודי מגן. מאפיינים פולימריים אחרים שיכולים להשפיע על תכונות אלה, ויכולים לתרום לאחוז מערכי הגבישות, כוללים טיפולי חום קודמים ומידת הצלבה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter