DSC测定结晶度

结晶度的测定对于结晶聚合物，用DSC(DTA)测定其结晶熔融时，得到的熔融峰曲线和基线所包围的面积，可直接换算成热量。此热量是聚合物中结晶部分的熔融热△Hf。聚合物熔融热与其结晶度成正比,结晶度越高,熔融热越大．如果已知某聚合物百分之百结晶时的熔融热为△Hf*，那么部分结晶聚合物的结晶度θ可按下式计算：式中θ为结晶度(单位用百分表示)，△Hf是试样的熔融热，△Hf*为该聚合物结晶度达到100%时的熔融热.△Hf可用DSC(DTA)测定，△Hf*可用三个方法求得：(1)取100密结晶度的试样，用Dsc(DTA)测其溶融热，即AH2．(2)取一组已知结晶度的试样(其结晶度用其他方法测定，如用密度梯度法，X射线衍射法等)，用DSC(DTA)测定其熔融热，作结晶度对熔融热的关系图，外推到结晶度为100%时，对应的熔融热△Hf*．此法求得的高密度聚乙烯的△Hf*＝125.9J/g，聚四氟乙烯的△Hf*=28.0J/g。(3)采用一个模拟物的熔融热来代表△Hf*．例如为了求聚乙烯的结晶度，可选择正三十二碳烷的熔融热作为完全结晶聚乙烯的熔融热，则必须提出，测定时影响DSC(DTA)曲线的因素，除聚合物的组成和结内外，还有晶格缺陷、结晶变态共存、不同分子结晶的共存、混晶共存、再结晶、过热、热分解、氧化、吸湿以及热处理、力学作用等，为了得到正确的结果，应予分析．利用等速降温结晶热△Hc，还可计算结晶性线型均聚物的分子量．其计算依据一是过冷度(Tm一Tc)，过冷度超大，结晶速率越快。二是分子量，在一定范围内，分子量越大，分子链的迁移越困难，结晶速率越慢．如用规定的降温速率使过冷度保持一定，则结晶速率就是某一试样在该速率下能结晶的量(以结晶时放出的热量表示)．1973年T.Suwa等研究了聚四氟乙烯(PTFE)的结晶和焙融行为，发现聚合物熔体的结晶热与它的分子量密切相关，并求得聚四氟乙烯的数均分子量Mn与结晶热△Hc之间的关系为试验的分子量范围在5.2×105—4.5×107之间．这一关系为不溶不熔的聚四氟乙烯分子量的测定提供了非常方便的方法．70年代后，DSC的发展为用量热法研究结晶聚合物的等温结晶动力学创造了条件，因为结晶量可用放热量来记录，因此就可分析结晶速度．描述等温下结晶总速率变化的动力学关系式是众所周知的Avrami-Erofeev方程，即式中θ为结晶度，z为结晶速率常数，t为结晶时间，n是表征成核及其生长方式的整数。如应用热响应快的DSC曲线，将熔融状态的试样冷却到熔点以下某个温度，并在恒温下测定其结晶速率，则dH/dt随时间变化的曲线如图1.44(a)所示．由图1.44(a)可见结晶曲线，首先达到基线，然后经过诱导期从ti，开始结晶发生放热反应，结晶完毕曲线又回到基线。这样，可从基线和放热曲线所包围的面积求出总结晶热因为结晶放热与结晶度(θ)成正比，所以在t时刻的结晶度θt为由(1.61)式求得各个时刻的θt，并代入(1.60)式中，可通过作log[—log(1—θ)]—logt图[如图1.44(c)所示]，从其斜率求得n，从截距求得z．用DSC研究高聚物的结晶过程一般有两种方法：一是非等温或等速降温法，此法操作简单方便，但理论处理比较复杂，且不成熟．二是等温法，其操作要求严格，但理论处理比较方便．近年来发展的结晶机理与形态结构关系的研究，使等温结晶动力学的研究进入新的、更具有实际意义的阶段．