热分析第44期用户通讯

安全性是化学工业过程开发中的一个重要方面。本文主要介绍如何用反应量热学和DSC快速评估化学品的潜在危险和化学反应。

介绍

近几十年来，化工生产中发生的严重事故数不胜数，这些事故中很多都造成了严重伤害甚至人员死亡，对当地环境造成了不利影响。很多情况下，这些事故都是因为技术出现问题导致过程失控引起的。这些所谓的热失控可导致灾难性的爆炸。

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在许多应用中，如电缆和密封件，橡胶共混物必须具有优良的机械性能和良好的阻燃性能。文章讲述了如何很容易地通过TGA测试来确定阻燃性能，力学与热重测试如何更好地结合来优化材料的性能。

介绍

在阻燃橡胶共混物的开发中，必须通过选择和组合组分来优化许多性能。传统的橡胶合成时加入大量的惰性填料来提高材料的阻燃性能。但这也给材料力学性能带来了负面影响。

在下面的章节中，我们提出了物理动机的概念，为明确改善材料阻燃和力学性能提供了可能。

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光聚合是现在广泛使用的一种加工过程，此方法应用于医学领域，例如牙科学，也应用在粘合剂、涂料领域，较近在3D打印[1]领域也有应用。本文介绍了如何研究双组分UV固化样品的固化行为。

介绍

光化学聚合是热聚合反应的一种替代方法，传统热聚合是将产品加热至一定温度开始发生聚合或固化的一种反应。在光化学聚合反应中，有一种叫做光引发剂的物质，当其暴露于辐射(UV和可见光)中时，全被激发形成自由基或离子，从而诱导聚合 [2, 3].

这种类型的聚合可以在低温迅速反应。DMPA(2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮，如图1)经常用作甲基丙烯酸酯的光引发剂。

本文介绍了使用DMPA引发双组分样品(甲基丙烯酸酯)的光聚合。图1显示了DMPA的结构式。该化合物作为一种自由基的光引发剂，能够在适当波长的光作用下分解成甲基(• CH3)，攻击待固化材料中的碳 - 碳双键(在本例中为甲基丙烯酸酯分子)，从而开始聚合过程。当两个自由基彼此反应时，聚合被中断。如果不再形成自由基链引发反应，例如关闭UV灯[3]，该过程也可能被中断或影响。[3].

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参考

[1] Wikipedia.
[2] Kunsstoffkompendium, Adolf Franck, Bernd Herr, Hans Ruse, Gerhard Schulz, Vogel Verlag.
[3] Photopolymerization kinetics of multifunctional monomers, Ewa Andrzejewska, Prog. Polym. Sci. 26 (2001), 605–665.

现在有许多不同种类的口红和睫毛膏。这些产品较重要的特点是效果持续时间较长，产品易于上妆和易于卸妆，并且它们物理和化学性质稳定，不刺激皮肤。口红中的蜡和油使上妆效果更好; 炭黑通常用作睫毛膏中的颜料。热分析技术可以容易地检查这些类型的化妆品的质量。

介绍

对化妆品市场上的口红，睫毛膏，头发颜色和面霜的需求不断增加。化妆品通常具有复杂的配方，因此需要良好的分析技术来监测这些产品的质量原因。

以下应用实例介绍了DSC和TGA如何用于分析不同类型的口红和睫毛膏。

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磷酸三钙(TCP)是骨替代材料的主要成分之一，在医学和牙科应用中广泛应用于骨移植和植入物。本文介绍了TGA / DSC和TMA如何用于研究磷酸三钙的合成和确定不同TCP多晶型物的转变温度。

介绍

从化学角度看，磷酸钙占骨骼构成的60%。因此，使用合成磷酸钙化合物作为骨替代材料是一个必然的选择。骨替代材料可以用来生产陶瓷骨植入物并修复骨缺损。

骨替代材料的一个特别重要的方面是它们被体内新生成的骨骼材料所吸收的能力。这是骨替代材料的生物相容性的先决条件。用于生物陶瓷的磷酸钙主要是羟基磷灰石或羟基磷灰石(HA)，磷酸铝(α-TCP)，磷酸三钙(β-TCP)或双相磷酸钙(HA +β-TCP)。羟基磷灰石是被吸收较慢的，而且表现出较大的机械稳定性。相比之下，α和β-TCP更易溶于人的骨骼材料。这增加了它们的吸收速率并缩短了愈合过程。因此，α-TCP和β-TCP通常是用于填充骨缺损的骨替代材料中的主要成分，例如可能用于在牙齿植入物[1]或陶瓷骨植入物[2,3]中。

本文介绍了如何通过TGA / DSC和TMA来研究TCP的合成和相转变行为。T C P 的生产原料是磷酸氢钙(CaHPO4)和碳酸钙(CaCO3)按化学当量混合。总体反应如式1所示。

2·CaHPO4 + CaCO3 → Ca3(PO4)2 + (1)H2O + CO2

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References
[1] Constantz B. R., Ison I. C., Fulmer M. T., Poser R. D., Smith S. T., Wagoner M. V., Ross J., Goldstein S. A., Jupiter J. B., and Rosenthal D.I., Science 267, 1796 (1995).
[2] Langstaff S., Sayer M., Smith T. J. N., Pugh S. M., Hesp S. A. M., and Thompson W. T., Biomaterials 20, 1727 (1999).
[3] Wang J. X., Chen W. Q., Li Y. B., Fan S. J., Weng J., and Zhang X. D., Biomaterials 19, 1387 (1998).

当聚合物粘合剂用于具有亲水性颜料如二氧化钛的涂料中时，必须事先用与粘合剂相容的聚合物处理颜料。否则，由于粘合剂和颗粒之间的粘附性差，可能形成大的附聚物。这可能导致漆膜中形成脆性薄膜和裂纹。本文介绍了如何使用TGA和DSC来确定使用二氧化钛涂层的重要性质。

介绍

涂料主要由颜料，粘合剂和溶剂组成。此外，为了获得许多特定的性质，例如干燥时间，流动性能，UV稳定性，光泽度等需要使用添加剂。在溶剂干燥后，粘合剂将基材上的颜料作为薄膜结合在基材上。粘合剂通常是聚合物(例如丙烯酸酯，聚氨酯，聚酯，三聚氰胺等)。

如果聚合物粘合剂与亲水性颜料如二氧化钛(TiO2)一起使用，则会由于粘合剂和颗粒之间的粘附性差，从而形成大量的颜料附聚物。这可能导致薄膜脆化并在涂料的涂层中破裂。为了防止这种情况，需要预先用与粘合剂相容的聚合物涂覆颗粒。

本文介绍了如何使用TGA和DSC来研究涂层的重要性质，例如热稳定性，聚合时间对涂层厚度的影响以及玻璃化转变温度。

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在许多实际应用中，能够快速可靠地鉴别聚合物是至关重要的。本文介绍如何使用DSC测量其熔点来鉴别半结晶聚合物。

介绍

热塑性塑料由大分子组成。在熔体中，分子是随机缠结的。无定形聚合物在低于玻璃化转变温度下是固态的。分子的排列方式类似于熔体。除了非晶相以外，半结晶热塑性塑料也具有结晶相，其中分子片段彼此几乎平行地排列。

微晶的熔融在DSC曲线中产生宽的熔融峰。微晶相对较小并被无定形区包围。由于在晶体折叠表面附近的分子片段的迁移率受限，所以将相应的结构称为刚性无定形区域。在DSC测量曲线中不能直接识别刚性无定形区域。除了这些无定形区域，还存在玻璃化转变的移动无定形区域(图1)。

在加热时，结晶区域不会在一个固定温度下熔融，而是在一个温度范围内。微晶的熔点取决于它们的大小。小晶体比大晶体在更低的温度下熔融。由于存在不同尺寸的微晶，聚合物总是在一个温度范围内熔融。

这是在其DSC曲线中观察到的相对宽的熔融峰的原因。峰值可以通过峰值温度和峰值宽度来表征。

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