[發明專利]一種測定半結晶高分子材料各相態組分含量的熱分析方法

在審

• 申請號: 201710040404.7
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN106770427A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 王昉;于海洋;顧正桂
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01N25/04
• 分類號: G01N25/04;G01N25/12;G01N25/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 徐瑩

技術領域

本發明涉及一種半結晶高分子材料，具體涉及一種測定半結晶高分子材料各相態組分含量的方法。

背景技術

根據分子空間排布的規整性，高分子材料可分為結晶高分子和無定型高分子。一般來說，大多數結晶高分子材料由于分子鏈堆砌成晶體時，鏈的末端以及纏結點等部分會被排斥在晶區外，所以整個分子鏈只能部分結晶，所形成的晶體不夠完善，即形成半結晶性高分子。玻璃化轉變是半結晶高分子常見的一種現象，是非晶分子在溫度場中，力學狀態在玻璃態和高彈態之間的轉變，它能夠反映高分子材料鏈段運動狀態及其它結構。

熱分析是在程序控制溫度下，測量物質的物理性質與溫度關系的一類技術。它是研究高分子相變一種非常有效的分析手段。差示掃描量熱法(Differential Scanning Calorimetry，DSC)是一種熱分析技術，它是在程序控制溫度下，測量試樣和參比物的熱流差或功率差與溫度或時間的關系。而步進掃描差示掃描量熱(StepScan Differential Scanning Calorimetry，SSDSC)技術是在傳統DSC的線性程序升溫速率上疊加一個步進形式的震蕩波，實現對溫度的調制，最終可將SSDSC曲線解析為可逆(主要是玻璃化轉變、熔融等)與不可逆(主要是固化、焓松弛和結晶等)兩部分，從而可以獲得更加準確的比熱容和玻璃化轉變溫度。在半結晶高分子材料的研究測試中，SSDSC技術被人們用來研究材料的可逆與不可逆變化，沒有進一步進行材料的相態組分含量(結晶態和無定型態等)的研究。為此，在本發明中我們將運用SSDSC這一熱分析技術測定半結晶高分子材料的可逆比熱并以此進行相態組分含量的計算。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種測定半結晶高分子材料各相態組分含量的熱分析方法，方便快捷的獲得半結晶高分子材料的總熱流、可逆比熱容和玻璃化轉變溫度，并以此計算三種相態組分(結晶態，流動無定型態和硬無定型態)含量。

技術方案：本發明提供了一種測定半結晶高分子材料各相態組分含量的熱分析方法，包括以下步驟：

(1)用標準物質藍寶石對DSC儀器的準確性和重復性進行評價；

(2)選用2～50mg半結晶高分子材料作為待測試樣，分別采用常規式和步進式升溫對樣品進行加熱，分別獲得一條DSC曲線和一條StepScan DSC曲線；

(3)將StepScan DSC曲線解析為一條可逆比熱容曲線和一條不可逆熱流曲線，通過可逆比熱容曲線上比熱容的不連續突變來確定玻璃化轉變位置，再根據玻璃化轉變時的比熱容增量ΔC_p和DSC曲線上的熔融焓ΔH_m，確定半結晶高分子不同相態組分的含量。

進一步，步驟(1)取40mg藍寶石作為標準樣品進行步進式升溫，實驗結束即可獲得一條StepScan DSC曲線，然后由StepScan C_p程序計算獲得藍寶石的比熱容；重復上述實驗，對比兩組實驗結果，曲線中獲得的比熱容值與標準值之間的誤差小于2％即可。

進一步，步驟(1)(2)在惰性氣氛中進行實驗，流量為15ml/min，樣品的用量為2～50mg。

進一步，步驟(2)常規升溫程序是在25～300℃內連續升溫，升溫速率10℃/min。

進一步，步驟(2)步進式升溫程序是在25～300℃內進行升溫，升溫速率2～10℃/min，每升高1～5℃等溫1～10min。

進一步，當試樣加熱的最終溫度高于135℃時，所述步進式升溫在始末溫度處分別等溫1～20min。

進一步，步驟(3)包括以下計算過程：

①通過StepScan C_p程序將StepScan DSC曲線解析為一條可逆比熱容曲線和不可逆熱流曲線；

②樣品從開始熔融t₁與到熔融結束t₂，對DSC曲線的整個熔融過程進行積分，所積分的面積即為半結晶高分子的熔融焓ΔH_m：

式中，Q_s為樣品的熱量，Q₀為基線的熱量；

③根據ΔH_m和100％結晶高分子的熔融焓ΔH_f值便可得到結晶態X_C的組分含量：

④通過對可逆比熱容曲線上不連續突變區域進行計算，可獲得樣品發生玻璃化轉變時的比熱容增量ΔC_p；