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差示扫描量热法（DSC）是在程序控温下记录样品和参比物的功率差与温度（或时间）关系的一种热分析技术，是在聚合物研究领域应用最广泛的四大热分析技术之一。Watson和ONeill等人于...
差示扫描量热法（DSC）是在程序控温下记录样品和参比物的功率差与温度（或时间）关系的一种热分析技术，是在聚合物研究领域应用最广泛的四大热分析技术之一。Watson和O'Neill等人于1964年在DTA技术的基础上发明了DSC，珀金埃尔默公司率先研制出DSC-1型热分析仪。DSC按照测量方式主要分为常规DSC、温度调制DSC、高温DSC、高压DSC、紫外固化DSC和闪速DSC等。本文主要针对DSC的分类以及在聚合物研究中的应用展开论述。
1 DSC的分类及应用
1.1 常规DSC
常规DSC按测量方式分为热流型和功率补偿型两大类型。功率补偿型DSC是按试样相变(或反应)而形成的试样和参比物间温差的方向来提供电功率，测定试样和参比物两端所需能量差；热流型DSC是在给予试样和参比物相同功率下，测定样品和参比物两端的温差[1,2]。
常规DSC主要用来表征聚合物与热效应相关的物理和化学变化，主要包括氧化诱导期、玻璃化转变、纯度、熔融结晶及其转化率、比热、高分子共混物相容性、相转变、反应热和反应动力学测试等。许星烨等[3]通过DSC研究了聚氨酯胶黏剂的固化反应中的固化特征以及动力学参数。在标准中，利用DSC测试塑料的等温和动力OIT[4]。转化率曲线是在特定温度点晶区百分数的量度，可以用于比较不同聚合物的熔融或结晶行为，如图1所示。
图1 PE-HD转化率曲线[1]
1.2 温度调制DSC
温度调制型DSC，其温度程序变化更为复杂，主要分为Iso Step、调制DSC、TOPEMTM三类。Iso Step的温度程序为一系列等温周期步阶，调制DSC的温度程序为线性温度变化上叠加一个周期性变化，TOPEMTM为在基础线性升温速率上叠加脉冲形式的随机温度变化调制。
温度调制型DSC通过改变程序温度产生循环热流，利用傅里叶变换即时分解成动力学和比热成分。Pielichowska等利用TOPEM DSC研究了含氟聚氨酯涂层的玻璃化转变，获得了更多玻璃化转变频率依赖性与样品热力学稳定性的相关信息。图2为TOPEM DSC测试PET玻璃化转变和冷结晶，一次性分离测定PET的比热和不可逆成分，两个玻璃化转变台阶随着频率的增大发生不同的变化，80℃位置玻璃化转变向较高温度偏移，结晶区频率曲线则没有发生变化，说明PET两个玻璃化转变台阶相关的分子动力学方面拥有不同频率依赖性。
图2 PET玻璃化转变和冷结晶
1.3 闪速差示扫描量热仪（Flash DSC)
Flash DSC具有快速响应传感器和超快速升降温速率，升降温速率最高可超过7个数量级，是研究聚合物快速结晶和重组过程的最佳手段。常规DSC所能达到的最快降温速率无法抑制较快的样品结晶，Flash DSC可以有效地抑制样品在程序控温过程中的结晶成核，不会对之后的结晶动力学造成影响。何裕成等[9]利用Flash DSC来研究PA的结晶动力学行为。Xie等采用Flash DSC和常规DSC比对研究测试尼龙46、尼龙66和尼龙610在铟颗粒熔点附近（156.6℃）完全结晶后的热导率，验证了该方法的可靠性。Lv等[11]采用Flash DSC研究了低结晶温度聚乳酸的退火行为，证明了在由阿尔法晶体向更稳定的阿尔法晶体转变的过程中，是连续的完美结晶和不连续的熔融-再结晶相互竞争的过程。
1.4 光固化差示扫描量热仪（Photo-DSC)
Photo-DSC配有紫外光发射器附件、内置的质量流量计和真空密闭测量单元，反应时间快速。Jiang等利用Photo-DSC对丙烯酸酯单体在紫外光下的固化行为进行研究，进而对聚合过程进行动力学研究。Dogruyol[13]通过Photo-DSC研究了不同光强下丙酮型光引发剂的聚合反应的最大速率与最终转化率之间的关系。Kim等采用Photo-DSC研究了两种丙烯酸酯—SMDA和SMUA的光聚合动力学，考察了紫外强度、温度、光引发剂浓度和引发剂类型等参数对引发剂性能的影响。
1.5 高压差示扫描量热仪（HP-DSC)
HP-DSC配有坚固的镀金测量池，压力最高可达15 MPa，可以进行各种高压气氛下的实验，包括氧化、无氧、可燃或含有毒性气体条件。在实际生产中，气体压力对很多物理过程和化学反应都会造成影响，HP-DSC可以模拟实际反应环境，通过抑制蒸发有效分离反应效应。
HP-DSC主要用于石化工业的研究，以及塑料、涂料、电子、制药与食物分析等。涵盖热稳定性测量、重叠蒸发反应的分离、安全性与反应研究、吸附与解吸过程、固化过程以及相转变的测定，以及橡胶硫化、氧化稳定性和不饱和脂肪酸的水合反应等方面研究。Abaas等采用HP-DSC研究了方解石对原油燃烧的影响，研究了方解石对原油燃烧的促进作用，与其比表面积和降低活化能的催化作用之间的关系。Kuska等[16]采用HP-DSC对PLA在CO2压力下的热性能进行了分析研究。
1.6 高温DSC
高温DSC拥有高真空密闭体系，测量温度最低为-150℃，最高达2000℃，广泛应用于非晶态金属的玻璃化转变以及后续的熔融、冷结晶和热焓，以及比热、陶瓷玻璃与形状记忆合金的热动力学特性等表征。田梦云等采用高温DSC研究了CoxMn2-xCr Fe Ni高熵合金在铸态、800℃和1000℃退火720 h后的相稳定性。张业勤等[18]利用高温DSC测定了钛合金TC27,TA15,TC4,TB6的β相变温度。潘贇等[19]利用高温DSC研究3种Fe Cu Nb Si B纳米晶合金带材退火温度对合金磁性能的影响，确定了最佳退火区间。
2 结语
随着人们对聚合物热力学和动力学性能研究的不断深入，聚合物质量控制技术日益受到重视。DSC作为一种较为先进的热分析技术，已经逐渐成为有效的研究聚合物性能和结构的热分析方法。通过DSC可以建立起聚合物的微观与宏观之间的本质联系，在生产工艺设计方面发挥越来越重要的作用。
