使用差示掃瞄量熱法 （DSC） 分析材料時，通常只進行溫公升測量。 然而，在許多情況下，僅靠溫公升測量不足以理解和表徵樣品的性質和行為。 在這種情況下，冷卻測量是獲得有價值的附加資訊的簡單方法。
如果你想要 1區分具有不同熱歷史的材料，例如新材料和材料;2.檢查分子結構或組成是否存在差異;3.快速分析具有介晶結構的材料（如液晶）的相行為4.分離幾個重疊的熱效應。 然後，冷卻實驗的資料將非常有用。 本文是一系列實驗，說明了冷卻測量的優點。 這些實驗是使用帶有內建冷卻器和自動樣品填充的差示掃瞄量熱儀進行的。
區分新聚丙烯和再生聚丙烯
區分新材料和回收材料是產品開發和質量保證的乙個重要方面。 在許多情況下，回收材料和新材料之間的結晶行為存在明顯差異。
圖 1 顯示了以 10 km 速率測量的新型和再生聚丙烯 （PP） 的加熱和冷卻曲線。 可以看出，兩個樣品的加熱曲線幾乎相同。 然而，新PP和再生PP的冷卻曲線在結晶行為上表現出顯著差異。 再生PP開始結晶的溫度略高。 此外，再生料的結晶峰較寬，不如新型PP高。 然而，結晶焓（峰面積）基本相同，並且與PP的型別無關。
這些結果表明，兩種PP樣品之間的主要區別在於結晶行為。 其原因是回收材料具有較高的無定形晶核含量。
以相同方法製備的幾種重量相似的樣品的冷卻曲線具有很強的可重複性。 這意味著結晶行為可以作為區分新型和回收PP樣品的標準。
不同聚丙烯樣品的表徵
聚合物通常通過結構改性或新增劑與聚合物混合來改性，以優化特定應用中的關鍵效能。 以下差示掃瞄量熱法 （DSC） 測量（見圖 2）顯示了三種不同聚丙烯 （PP） 樣品的二次加熱和冷卻曲線：標準 PP 薄膜、有核 PP 和樹脂改性 PP。
除了樹脂改性PP曲線在123°C處出現小熔點外，加熱曲線沒有顯著差異。 顯然，僅憑這種方式是無法區分這三種材料的。 相比之下，冷卻曲線顯示出更大的差異。 正如預期的那樣，與標準PP相比，有核PP在更高的溫度和更快的溫度下結晶。 最高溫度為1169°C，比標準PP高約3K。 但是，成核不影響PP的結晶焓。 樹脂改性PP樣品的冷卻曲線表明，該材料在較低溫度下結晶，表明樹脂干擾和阻礙了結晶過程。 此外，其結晶焓（889 J g）比其他兩個樣品少約7%。
液晶材料的表徵
差示掃瞄量熱法（DSC）是研究液晶材料相變的一種極好方法。 為了快速表徵未知樣品（用於篩選目的），通常使用至少每分鐘10 k的公升溫速率來節省時間。 在這些條件下，主熔融峰（固-液）可能與一些液-液相變重疊，因此這些相變可能被忽視。 在這種情況下，受控冷卻實驗是一種非常有效和方便的方法，可以確保識別幾乎所有的轉變。 圖 3 顯示了以每分鐘 10 k 的速率測量的膽固醇酯肉豆蔻酸酯的加熱和冷卻曲線。 公升溫曲線顯示，在73°C（A）處有乙個主要的熔融峰，在83°C（C）處有乙個小峰。 這是由於從非各向同性液體到各向同性液體的轉變。 在大約77°C時，可以在主熔融峰中識別出肩部（b），但不能明確地將其解釋為相變。 在冷卻實驗中，除約20°C（a'），在約80°C（C'）和72°C（b'）。這些小峰對應於峰 C 和肩部 B。 它們是液晶電介質相之間躍遷的峰值。 一般來說，這種型別的轉變比實際結晶過程的過冷度要小。 此外，與這些轉變相關的焓變也要小得多。 加熱曲線可以解釋如下。 熔融（a）後，膽甾醇酯肉豆蔻酸酯以層狀液晶狀態存在。 隨後的肩峰（B）標誌著向膽固醇相的轉變，在C點，液體失去其液晶特性並熔化形成各向同性液體。 這個例子表明，在冷卻實驗中，高程處的重疊過渡是可以分開的，因為過冷行為是不同的。 此類實驗可以通過緩慢加熱和冷卻以及使用較小的樣品重量來優化。
玻璃化轉變與熔化重疊
差示掃瞄量熱法 （DSC） 冷卻實驗也可用於分離其他型別的重疊效應。 如圖 4 所示，樣品使用聚對苯二甲酸乙二醇酯 （PET） 和蠟的混合物。 如圖所示，樣品首先以每分鐘10K的速率加熱，然後以每分鐘10K的速率冷卻，最後以每分鐘10K的速率再次加熱。 第乙個加熱過程顯示兩個重疊的吸熱峰（a 和 b）。 這兩個峰最初可以解釋為兩個重疊的熔融峰。 然而，在第二次加熱過程中，只出現了乙個吸熱峰d，在峰b的原始位置顯示出小的明顯放熱效應，而不是峰b。 通過冷卻曲線獲得的附加資訊使這種行為的解釋變得清晰。 與第一和第二加熱曲線中觀察到的峰值（a和d）相比，冷卻曲線顯示放熱峰值c向低溫移動。 這種現象再次歸因於過冷。 此外，冷卻曲線中 60 °C 和 80 °C 之間的明顯步長清楚地表明存在玻璃化轉變。 現在兩條加熱曲線可以解釋如下。 在第一次加熱過程中，蠟熔化（峰a）;同時，PET經歷玻璃化轉變，並伴有吸熱弛豫峰（峰B）。 在第二次加熱過程中，該弛豫峰不再出現，緊隨蠟熔化峰之後的明顯“放熱”峰實際上對應於PET玻璃化轉變的最後部分。 峰（A、B和D）前後基線的偏移也表明熔融峰與玻璃化轉變重疊。
差示掃瞄量熱儀 DSC 可用於執行受控冷卻實驗，以研究玻璃化轉變、結晶和多晶型等效應，以獲取有關樣品的資訊。 材料的結晶在DSC曲線中被觀察到為放熱峰。 通常，結晶峰發生在相應的熔體峰公升溫時的較低溫度下，因為熔體太冷。 物質的改性通常比熔化行為更能影響結晶行為。 因此，在表徵和區分相似材料方面，冷卻曲線優於加熱曲線。 在加熱和冷卻過程中可能會發生多型性轉變。 在這裡，由於各種轉變表現出不同的過冷行為，因此可以在冷卻實驗中分離出在溫公升測量中重疊的影響。 玻璃化轉變可以被識別為DSC曲線的階躍變化。 如果玻璃化轉變和熔融峰在溫公升測量中重疊，則在冷卻實驗中，由於熔融過冷引起的結晶位移，這兩種效應通常可以分開。 總體而言，與單次溫公升測量相比，暖-冷-溫實驗提供了更豐富的樣品資訊。 因此，建議進行此類實驗，特別是對於未知樣品。 樣品的最大受控冷卻速率取決於溫度範圍和儀器的冷卻可能性（空氣冷卻、內冷器、液氮冷卻）。 有關此內容的更多詳細資訊，請參見 usercom 11。 顯微鏡實驗可以使用低於高靈敏度CCD相機的相機進行。 借助新附件，您可以將 HP DSC827 E 公升級為壓力 DSC 反射光顯微鏡系統。 使用該系統，您可以在觀察樣品的同時在壓力下進行高靈敏度的 DSC 測量。 顯微鏡還允許您檢測焓變很少或沒有焓變的過程（例如，顏色變化），或解釋僅在 DSC 訊號上顯示為峰值的效應（例如，多型躍遷）。 顯微鏡可以很容易地檢測樣品中的顏色變化或結構變化。 您還可以在顯微鏡上配置相機和熱載物台，以執行透射顯微鏡實驗（例如，FP82）。 使用梅特勒-托利多FP84，甚至可以同時進行透射顯微鏡和DSC訊號測量。 透射顯微鏡的優點是可以使用偏振光，因此可以清楚地檢測到雙折射晶體。 有關化學發光和顯微鏡的更多詳細資訊，請向您的銷售代表索取相應的資訊表。