热分析方法是利用热学原理对物质的物理性能或成分进行分析的方法的总称[5],它是一种表征物质的经典的方法。热分析历经百年岁月,从矿物、金属的热分析兴起,近几十年在高分子科学和药物分析等方面焕发生机。论文网
差示扫描量热法是热分析的四大支柱之一,此外还包括差热分析、热重分析和热机械分析,它们被用于研究物质的物理和化学现象,能够快速地提供被研究物质的热稳定性、热变化过程的焓变、玻璃化温度各种类型的相变点等,是研究相平衡和化学动力学过程的常用手段。1955年,荷兰Boersma发明了热流式差示扫描量热仪(DSC);1964年,美国Watson等功率补偿式DSC。
差示扫描量热法(DSC)[6]是在程序控制温度和一定气氛下,测量流入流出试样和参比物的热流或输给试样和参比物的加热功率随温度或时间变化的一种热分析技术。所谓“程序控制温度”是指用固定的速度加热或冷却。参比物是指在一定温度下不发生任何变化的物质,是指在热分析过程中可以与被测物质相比较的标准物质。
差示扫描量热法按测量方式的不同可分为热流式和功率补偿式两种。热流式差示扫描量热法的原理是通过测量在加热过程中试样吸收或放出热量的流量来达到DSC分析的目的。本课题采用功率补偿式差示扫描量热法。与热流式DSC采用单独炉体不同,功率补偿式DSC采用零点平衡的原理,有两个独立炉体,分别对试样和参比物进行加热,并各有独立的传感装置。炉体材料一般为铂铱合金,温度传感器为铂热电偶,本研究采用的是美国珀金埃尔默DSC8000量热仪。由于采用两个小炉体,与热流式DSC相比可以达到更高的升降温速率。
在DSC曲线中,纵坐标是试样与参比物的功率差即热流(HeatFlow),横坐标是时间(t)或温度(T)。很多经典的结晶动力学方程都用差示扫描量热法(DSC)或差热分析法(DTA)来验证,例如:描述非等温结晶过程的Ozawa方程;先是用于描述化学反应过程,后来转用于聚酯结晶过程的Kissinger方程[7]。
1。2。1结晶动力学的定义
结晶动力学是指考虑温度、时间、压力、应力和分子结构等变量的影响,用于描述某种材料的结晶速率的理论。这些因素以及其它任何的添加剂、填料或杂志均可改变聚酯结晶结束时的结晶度。
1。2。2相对结晶度
相对结晶度[6]是指在某一特定时间t或某一特定温度T的结晶度与结晶结束的结晶度之比。公式如下:
式中,和为等温条件下给定时间时的相对结晶转化度和试样转变的
热焓;和为非等温条件下给定温度下的相对结晶转化度和试样转变的热焓;为结晶总热量。
对于DSC来说,可由DSC的结晶峰在每个时间或每个温度的部分面积与峰的总面积之比来确定相对结晶度,即相对结晶度是指以总热量为基准在每个时间或每个温度所释放热量的分数。
1。3聚酯结晶动力学的研究概况
1。3。1等温结晶动力学研究现状
1。3。2非等温结晶动力学研究现状
1。4聚酯结晶过程研究领域存在的基本问题
通过初期对大量的介绍聚酯结晶动力学的文献资料的阅读进行总结得知,该研究领域还存在许多需要进一步解决的基本问题,以下对一些问题进行阐述:
(1)针对聚酯等温结晶的后期过程,广大研究者己经提出了许多模型。经过一系列的实验证实,这些模型都能在一定程度上较好的与实验结果吻合,但还不能确定到底哪些模型能够比较有普适性,能够较真实地反映结晶过程的实质。这主要是由于聚酯结晶的复杂性,以及难以获得已知结晶机理的聚酯标样,再加上在实际结晶过程比理想状态复杂得多,各种影响结晶过程的因素交织在一起难以分开,比如温度、时间、分子链的柔性和诱导剂等,这些因素更增加了验证理论模型的难度。