고분자 열분석 (DSC, TGA)

 

- 열분석: 온도를 일정의 프로그램에 따라 변화시키면서 물질(or 반응생성물)의 어떤 물리적 성질을 온도 또는 시간의 함수로 측정하는 방법

 

- 열분석으로 측정 가능한 반응

 

1) 상전이 분야: 용융점 측정 등

2) 물리 화학적 반응 분야: 열분해, 유리전이 온도, 산화 및 환원 등

 

- 열분석 종류 및 방법

 

1) 열량을 측정하는 방법: DSC를 이용하여 측정하며 열 분석 기법 중 가장 일반적

2) 질량 변화를 측정하는 방법: TG를 이용하여 측정하는 질량 분석법

3) 길이 변화를 측정하는 방법: Dilatometer 등을 이용하여 열에 따른 길이 변화를 측정하는 방법

 

열분석 표

 

-TGA

 

1) 시료를 가열했을 때 온도 변화에 따른 시료의 무게 변화를 측정하여 분석하는 방법

2) 열안정성, 산화 안정성, 다성분 시료의 구성성분, 제품의 수명평가, 재료의 열분해 반응속도, 환경이 재료에 미치는 영향, 재료의 휘발성 성분 함량 등의 정보 제공

3) TGA에 의한 질량-온도 곡선은 사용한 시료의 열안정성 및 물질의 구성비를 나타내고 가열 중에 생긴 중간체의 열적 구성비도 알려주며, 가열이 끝났을 때 찌꺼기의 구성비를 알 수 있음

4) 적절한 시료 중량: 3-10mg이며 질소, 산소, Air를 사용

 

TGA 그래프 해석

 

- DSC:

시료 물질과 기준 물질의 조절된 온도를 통해 두 물질에 들어간 열적 흐름(Heat flow)에 에너지 차이를 시료 온도의 함소로 측정하는 방법. 주로 Sensitivity가 높은 질소 가스를 사용하며 이외에도 헬륨, 산소 등이 사용됨 헬륨은 열전도성이 높지만 350도 아래로 사용이 제한되며 산소는 시료의 산화효과를 보고자 할 때 사용된다.

 

- DSC로 알 수 있는 정보

 

1) Glass transitions

2) Melting and boiling point

3) Crysrallization time, temperature, crystallinity

4) Percent crystallinity

5) Heat of fusion and reactions

6) Specific heat capacity

7) Oxidative/thermal stability

8) Rate and degree of cure

9) Reaction kinetics

10) Purity

 

DSC의 모습과 열 흐름 그래프

 

- 그래프 개형에 영향을 주는 요소: 승온 속도, 시료 질량

 

1) Pure organic materials: 1~5 mg

2) Polymer: 3~8 mg

3) Composites: 15~20 mg

4) 시료의 양이 증가할수록 peak가 broad해짐

5) 승온 속도의 경우 분당 10도가 적절함

 

승온속도에 따른 그래프 변화