全国销售热线
17316249509

中文    Englist    Русский

产品分类

Product Categories

全国统一咨询电话
17316249509

联系我们

Contact Us

北京北光联众仪器科技有限公司

网址:http://sobrighter.com
联系人:张经理

联系电话:17316249509

地址:北京市怀柔区北房开发区



当前位置:首页 > 技术文章

技术文章

差示扫描量热分析技术在粉末涂料中的应用

发布时间:2023-07-06 浏览:71

简介

差示扫描量热法是在差热分析(简称,DTA)基础上发展起来的一种热分析技术,通过控制温度变化,及时获得以温度(或时间)为横坐标,以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线,能够方便、定量地得到热效应数据。
差示扫描量热分析是按程序升温,经历样品材料的各种转变,如熔化、玻璃化转变、固态转变或结晶,研究样品的吸热和放热反应。差示扫描量热分析技术可用于测量包括高分子材料在内的固体、液体材料的熔点、沸点、玻璃化转变温度、比热、结晶温度、结晶度、纯度、反应温度、反应热等。
近年来,差示扫描量热分析技术发展很快,在高分子领域内得到了越来越广泛的应用,尤其在粉末涂料领域,除用来测定成膜树脂基本物理指标和热效应外,已经成为研究热固性树脂固化特性、测试固化转化率的常用手段,并且在固化工艺确定方面起着越来越重要的作用,差示扫描量热分析技术逐渐发展成为一种有效研究材料固化动力学的热分析方法。

差示扫描量热分析技术在粉末涂料中的应用
1.玻璃化转变温度测定
1.1玻璃化转变温度物理特征
玻璃化转变温度是聚合物从玻璃态转变为高弹态的温度,从分子结构分析,玻璃化转变温度是聚合物无定形部分从冻结状态到解冻状态的一种松弛现象。在玻璃化转变温度下,聚合物处于玻璃态,分子链和链段都不能运动,只是构成分子的原子(或基团)在其平衡位置作振动,而在玻璃化转变温度时,分子链虽不能移动,但是链段开始运动,表现出高弹性质。温度再升高,就使整个分子链运动而表现出粘流性质。在玻璃化转变温度时,聚合物的比热客、热膨胀系数、粘度、折光率、自由体积以及弹性模量等都要发生一个突变。
对粉末涂料来说,与成膜树脂玻璃化转变温度关联最紧密的宏观表现就是树脂及制备粉末涂料的贮存稳定性。粉末涂料要获得良好贮存稳定性,在保证树脂涂料各项理化性能达到设计要求的同时,树脂玻璃化转变温度一定要高于贮存温度。因此,粉末涂料用树脂玻璃化转变温度的设计和测定在实际生产应用中非常重要。
1.2理论玻璃化转变温度计算
粉末涂料用树脂结构中软硬单体的匹配决定树脂玻璃化转变温度。通常,我们通过调整树脂组成,即树脂分子结构中刚性部分与柔性部分比例来实现控制树脂玻璃化转变温度和软化点的目的。

1.3玻璃化转变温度对粉末涂料性能影响
粉末涂料用树脂玻璃化转变温度低于50℃,在较热气候条件下,粉末涂料及树脂在运输和贮存过程中易产生结块。当树脂玻璃化转变温度超过80℃时,因其熔融粘度太高,既不利于加工,又难以获得理想涂层。一般情况下,宜将粉末涂料用树脂玻璃化转变温度根据实际需要控制在50~80℃。
另一方面,虽然提高树脂玻璃化转变温度可改善涂料贮存稳定性,但玻璃化转变温度提高会使涂膜变得脆且硬,冲击强度和柔韧性降低。因此,在产品配方开发设计中需要综合考虑各个因素,不能以单一的一个影响因子作为参考。
1.4差示扫描量热法测定玻璃化转变温度
目前,高分子行业测定玻璃化转变温度的通用方法是差示扫描量热法。差示扫描量热法测定玻璃化转变温度就是基于聚合物在玻璃化转变温度时,热容增加这一性质,在差示扫描量热分析曲线上,表现为在通过玻璃化转变温度时,基线向吸热方向移动。另外,在近几年开发应用中,为进一步获得涂层交联结构稳定性的间接信息,引入了涂层玻璃化转变温度(简称,ΔTg)概念,涂层玻璃化转变温度成为高分子树脂一个重要特征参数,材料的许多特性都在玻璃化转变温度附近发生急剧地变化,涂层玻璃化转变温度是影响涂层内应力和粘接力的重要结构因素。涂层玻璃化转变温度,即涂层在差示扫描量热分析扫描图谱上两个玻璃化转变温度之间差值,计算式如下:
ΔTg = Tg2 - Tg1
2.熔点和软化点表征测定
粉末涂料用树脂从固化类型分热塑性树脂和热固性树脂两类,从树脂结晶度角度考虑,分晶体和非晶体两类。通常来讲,只有晶体才有熔点,而非晶体有软化点,但两者之间并没有很严格的区别。
熔点指物质达到一定温度时,一段时间内保持熔点温度不变,直至该晶体完全熔化再继续升温。熔点是物质从固态到液态相转变的温度,是差示扫描量热分析最常测定的物性数据之一。一般来说,结晶树脂有熔点或熔程,聚合物的晶格、大小等都会影响熔点。在粉末涂料中,多数树脂都是非结晶物质,达到一定温度时,不断加热,不断熔化,没有明确的熔点,只有一个熔融温度范围,称为软化点,用来表征树脂的熔软温度,软化点是一个温度范围。对非晶态树脂,软化点接近玻璃化转变温度,当晶态树脂分子量足够大时,软化点接近熔点,但有时软化点与两者相差很大。
从粉末涂料应用角度分析,熔点对树脂用处不大,软化点对某一类树脂来说更有用,有很强的实用性意义。软化点是非结晶聚合物从高弹态向粘流态转变的温度,是树脂相对分质量和玻璃化转变温度的综合体现,是粉末涂料用树脂一个重要性能技术指标。在设计树脂结构时选择合适软化点可以提高粉末涂料固化时的流平性,减小成膜后涂层橘皮现象,而且有利于低温固化,节约能源。
国内软化点测定主要采用以下方法:马丁耐热温度、 热变形温度、 维卡软化点,其中维卡软化点测定方法是行业内普遍认可且采用的一种快速而又实用的方法。对结晶树脂一般采用差示扫描量热分析技术测定熔点或熔程。
3.结晶度表征测定
对于结晶树脂,采用差示扫描量热分析技术测定结晶熔融时,得到的熔融峰曲线和基线所包围面积,可直接换算成热量,此热量是树脂中结晶部分熔融热△H。树脂熔融热与其结晶度成正比,结晶度越高,熔融热越大。
这里必须指出,测定过程中影响差示扫描量热分析曲线的因素,除树脂组成和结构外,还有晶格缺陷、不同分子结晶共存、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,为了得到正确结果,在检测过程中应给予分析。
应用差示扫描量热技术可以有效表征高分子结晶度变化,两种不同结晶度同类高分子聚合物的差示扫描量热分析曲线图上,可以明显看到熔融点基本一样,但吸热峰不同,峰面积相差很大。


    相关新闻