DSC로 고분자의 열적특성 파악하기

목차

1. 서 론 1

2. 이론적 배경 2
2. 1 DSC의 원리 2
2. 2 DSC의 종류 5
2. 2. 1 전력 보상 DSC (Power Compensation DSC) 5
2. 2. 2 열흐름 DSC (Heat Flux DSC) 7
2. 2. 3 혼합형 DSC 9
2. 3 DSC의 특징 11
2. 4 DSC의 장점 11
2. 5 DSC의 응용분야 11
2. 6 DSC의 측정원리 12
2. 6. 1 Heat Capacity (Cp) 12
2. 6. 2 Glass Transition Temperature (Tg) 14
2. 6. 3 Crystalline Temperature (Tc) 16
2. 6. 4 Crystallinity 18
2. 6. 5 Melting Temperature (Tm) 20

3. 실험 방법 22
3. 1 Calibration 22
3. 2 세부 실험 방법 24

본문내용

인해 peak가 나타난다.
② 고온에서 고분자 시편을 급속 냉각시킨 후 온도를 일정한 속도로 올릴 때 측정할 수 있다. 급속 냉각은 보통 액체질소를 사용한다. 결정성 고분자를 고온에서 빠른 속도로 냉각을 시키면 결정이 생기지 못하고 무정형 상태로 실온에서 존재하게 된다. 이를 일정한 속도로 온도를 올리면 결정이 생기면서 발열되는 온도가 나타난다. 이 때, 최대 peak가 되는 온도를 crystalline temperature라고 한다. Fig 2.6.3과 temperature의 방향이 반대가 된다.
Fig 2.6.3 Crystalline Temperature at cooling
2.6.4 Crystallinity
결정성 고분자의 결정화 정도를 나타내는 crystallinity는 crystalline temperature가 나타나는 peak의 넓이를 이용하여 구할 수 있다.
crystallinity =
△H는 peak가 나타나는 부분의 넓이이고, △H(at 100%)는 α.crystalline material(100%)(Reference : Polymer Data Handbook)을 나타낸다.
Fig 2.6.4 Crystallinity
2.6.5 Melting Temperature (Tm)
온도를 일정한 속도로 올릴 때 glass transition temperature가 나타난 후 어느 특정 온도에서 흡열을 하여 또 한번의 peak가 나타난다. 이 때의 온도를 melting temperature라고 한다.
Fig 2.6.5 Melting Temperature
3. 실험 방법
3.1 Calibration
본 실험에서 사용한 DSC는 열분석 데이터 처리 장치를 갖춘 Perkin-Elmer사의 모델 DSC-7(Fig 3.1)이며, 인듐(Tm=156.6℃, ΔHf=28.5J/g)을 이용하여 온도 검정을 하였다. 시료의 유리전이 온도(glass transition temperature: Tg)를 측정하는 방법으로는 Cp(T) 곡선의 계단 변화에서 변곡점을 Tg로 잡는 방법, Cp(T) 곡선의 계단 변화에서 ΔCp값의 중간값을 가지는 온도를 Tg로 잡는 중간점법(mid-point method), 그리고 엔탈피 변화 곡선에서 hliquid(T)와 hsolid(T)의 접선의 교차점을 Tg로 잡는 법 등이 있으며, 본 실험에서는 실험적인 방법으로 가장 널리 쓰이는 중간점법을 사용하였다. 녹는점 (Tm)은 최대 피크에서의 온도를 측정하였다. 고분자 시료의 분해를 막기 위하여 질소 분위기 하에서 측정하였으며, 약 5.20mg의 블렌드 시료를 사용하여 측정하고자 하는 성분 고분자의 질량이 블렌드 내에서 일정하도록 하였다.
Fig 3.1 Perkin-Elmer사의 모델 DSC-7
3.2 세부 실험 방법
① 시료를 pan에 넣고 Volatile Sample Sealer Accessory(Fig 3.2)를 이용하여 DSC 실험에 필요한 sample을 만든다.
② DSC, Controller, Graphic plotter를 순서대로 켠다. 안정화 확인 (DSC에 Ready 불이 켜지는지 확인)후 computer를 켠다.
③ Sample과 시료를 아무것도 넣지 않은 pan(reference)을 DSC 기기에 넣는다.
④ “Set up & run”선택
- 조건 결정 (heating and cooling rate in "Temperature Program")
- 입력 (Sample ID, Operator ID, file name, sample weight)
- 결과를 얻는다(보통 2nd run까지 실행).
⑤ “Change curve type” 선택, “Normalize” 선택 후 “Exit”
⑥ “Optimize data” 선택 후 “rescale”이나 “slope” 조절로 그래프 최적화 후 “Exit”
⑦ “Select Calculation” 선택 후 Tg를 구하려면 선택 “Tg”를 선택 후 “Calculation”선택
⑧ “Exit”
⑨ 실험 조건: 50℃ ~ 300℃ with a heating rate of 20℃/min
300℃ ~ 50℃ with a cooling rate of 20℃/min
50℃ ~ 300℃ with a heating rate of 20℃/min
300℃ ~ 50℃ with a cooling rate of 320℃/min
at Nitrogen atmosphere
Fig 3.2 Volatile Sample Sealer Accessory
Nomenclatures
△f : heat of fussion, [kJ/mol]
△c : heat of crystallization, [kJ/mol]
△r : heat of reaction, [kJ/mol]
Tg : glass transition temperature, [℃]
Tc : Crystalline Temperature, [℃]
Tcc : cold crystallization temperature, [℃]
Tm : Melting Temperature, [℃]
Cp : heat capacity, [J/K]
: 비열, [J/kg℃]
H : Enthalpy, [Btu/lb]
A : 면적, []
: 열전달 표면의 총면적, []
References
1. Y. U. Kang, S. M. Kim, N. S. Kwak, I. S. Cho, T. S. Hwang, J. W. Park, and Y. K. Yang, "Synthesis and characterization of Si-containing polyurethane for crease resist finishing agent", J. Korean Ind. Eng. Chem(2004)
2. W. N. Kim, Y. S. Chun, J. H. Park and M. S. Han, "Thermal behavior and rheology of polypropylene and its blends with poly(e-caprolactone), Korea-Australia Rheol. Vol. 12, No. 2(2000)
Appendix 1
Appendix 2

키워드

DSC,   고분자,   열적특성