差示扫描量热法测定药用复合膜中聚乙烯材质熔
发布时间:2021-07-19作者:admin来源:点击:次
序号 | 升温速率(℃/min) | 外推起始温度(℃) | 熔融峰温度(℃) | 外推终止温度(℃) |
1 | 5 | 116.43 | 124.10 | 126.58 |
2 | 10 | 117.03 | 124.58 | 128.17 |
3 | 15 | 120.46 | 125.55 | 130.00 |
4 | 20 | 123.94 | 125.68 | 130.71 |
5 | 25 | 124.04 | 125.74 | 133.18 |
从图1和表1可以说明,随着升温速率增大,外推起始温度、峰温和外推终止温度增大。升温速率会对DSC曲线的熔融峰温度和峰形产生影响,升温速率越大,熔融峰温度越高,峰形越大。传热方式有三种,在低温时以热传导为主,在高温时以对流和辐射为主。而传热过程中,传热快慢和传热量的大小又与热源和物质的距离及物质表面到中心的距离成反比,同时,也与物质的导热系数大小和传热面积大小有关
在升温速率为5、10、15、20、25 ℃/min的条件下,熔融温度下对应的热流值见表2。
表2 不同升温速率下熔融温度对应的热流表 导出到EXCEL
序号 | 升温速率(℃/min) | 熔融温度(℃) | 热流值(mw) |
1 | 5 | 124.10 | -12.50 |
2 | 10 | 124.58 | -14.72 |
3 | 15 | 125.55 | -19.09 |
4 | 20 | 125.68 | -24.91 |
5 | 25 | 125.74 | -25.52 |
由表2可知,5 ℃/min与10 ℃/min条件下的热流差值Δ1为2.22 mw,10 ℃/min与15 ℃/min条件下的热流差值Δ2为4.37 mw,15 ℃/min与20 ℃/min条件下的热流差值为Δ3为5.82 mw,20 ℃/min与25 ℃/min条件下的热流差值Δ4为0.61 mw。
2.2 不同样品质量试验
分别称取质量为4、6、8、10、12 mg的PE样品,置于铝盘中,压盖密封。试验以50℃为起始温度,以15 ℃/min升温到200 ℃,平衡1 min,再以10 ℃/min降温到60 ℃,氮气流速为50 mL/min,DSC曲线与数据如图2和表3所示。
表3 不同样品质量的DSC数据表 导出到EXCEL
序号 | 样品质量(mg) | 外推起始温度(℃) | 熔融峰温度(℃) | 外推终止温度(℃) |
1 | 4 | 117.20 | 123.20 | 126.40 |
2 | 6 | 117.53 | 124.50 | 129.15 |
3 | 8 | 117.89 | 125.60 | 129.86 |
4 | 10 | 118.48 | 125.94 | 130.54 |
5 | 12 | 122.09 | 126.00 | 130.94 |
图2和表3可以说明当样品质量变大,熔融时的外推起始温度、峰温度和外推终止温度增大;样品质量的增加,不利于气体产物的扩散和样品内部温度的均衡,会增大温度梯度,增加样品温度与环境线性升温的偏差
样品质量为4、6、8、10、12 mg的条件下,熔融温度对应的热流值与结晶温度对应的热流值见表4。
表4 不同样品质量熔融温度对应的热流表 导出到EXCEL
序号 | 样品质量(mg) | 熔融温度(℃) | 热流值(mw) |
1 | 4 | 123.20 | -13.97 |
2 | 6 | 124.50 | -20.40 |
3 | 8 | 125.60 | -21.25 |
4 | 10 | 125.94 | -23.76 |
5 | 12 | 126.00 | -30.04 |
由表4可知,样品质量为4 mg与6 mg条件下熔融温度热流差值Δ1为6.43 mw;样品质量为6 mg与8 mg条件下熔融温度热流差值Δ2为0.85 mw;样品质量为8 mg与10 mg条件下熔融温度的热流差值Δ3为2.51 mw;样品质量为10 mg与12 mg条件下熔融温度的热流差值Δ4为6.28 mw。
2.3 不同气体流速试验
称量PE样品6 mg,置于铝盘中,压盖密封,试验以50 ℃为起始温度,以15 ℃/min升温至200 ℃,平衡1 min,再以10 ℃/min降温到50 ℃。在氮气气氛下,不同的流速(5、10、25、50、60 mL/min)下进行试验,DSC曲线与数据如图3和表5所示。
表5 不同气体流速的DSC数据表 导出到EXCEL
序号 | 气体流速(mL/min) | 外推起始温度(℃) | 熔融峰温度(℃) | 外推终止温度(℃) |
1 | 5 | 117.17 | 124.53 | 128.12 |
2 | 10 | 117.10 | 124.40 | 127.37 |
3 | 25 | 116.33 | 124.26 | 127.74 |
4 | 50 | 117.53 | 124.50 | 129.15 |
5 | 60 | 120.49 | 124.17 | 127.68 |
由表中的数据可知,随着氮气流速的增大,熔融过程中三个温度值没有呈现一定的规律,并且熔融温度最大值与最小值相差仅0.36 ℃,说明吹扫气流速对测试结果的影响不大。DSC Q200气体流速一般选50 mL/min作为气体流速值。
2.4 试验条件优化
在DSC测试时会对试验结果造成影响的一些因素进行了讨论,之后采取正交试验方法进一步研究
表6 试验因素水平表 导出到EXCEL
水平 | 升温速率A(℃/min) | 样品质量B(mg) | 氮气流速C(mL/min) |
1 | 5 | 4 | 5 |
2 | 10 | 6 | 10 |
3 | 15 | 8 | 25 |
4 | 20 | 10 | 50 |
5 | 25 | 12 | 60 |
表7 正交试验及结果 导出到EXCEL
试验号 | 因素 | 方案 | 熔融峰温(℃) | ||
升温速率A | 样品质量B | 气流流速C | |||
1 | 1 | 1 | 1 | A1B1C1 | 124.39 |
2 | 1 | 2 | 2 | A1B2C2 | 124.27 |
3 | 1 | 3 | 3 | A1B3C3 | 124.26 |
4 | 1 | 4 | 4 | A1B4C4 | 124.44 |
5 | 1 | 5 | 5 | A1B5C5 | 124.76 |
6 | 2 | 1 | 4 | A2B1C4 | 124.33 |
7 | 2 | 2 | 5 | A2B2C5 | 124.47 |
8 | 2 | 3 | 1 | A2B3C1 | 125.48 |
9 | 2 | 4 | 2 | A2B4C2 | 125.83 |
10 | 2 | 5 | 3 | A2B5C3 | 127.14 |
11 | 3 | 1 | 2 | A3B1C2 | 124.68 |
12 | 3 | 2 | 3 | A3B2C3 | 124.26 |
13 | 3 | 3 | 4 | A3B3C4 | 125.60 |
14 | 3 | 4 | 5 | A3B4C5 | 126.65 |
15 | 3 | 5 | 1 | A3B5C1 | 127.30 |
16 | 4 | 1 | 5 | A4B1C5 | 126.00 |
17 | 4 | 2 | 1 | A4B2C1 | 126.18 |
18 | 4 | 3 | 2 | A4B3C2 | 126.10 |
19 | 4 | 4 | 3 | A4B4C3 | 126.75 |
20 | 4 | 5 | 4 | A4B5C4 | 126.88 |
21 | 5 | 1 | 3 | A5B1C3 | 127.28 |
22 | 5 | 2 | 4 | A5B2C4 | 126.74 |
23 | 5 | 3 | 5 | A5B3C5 | 127.18 |
24 | 5 | 4 | 1 | A5B4C1 | 128.42 |
25 | 5 | 5 | 2 | A5B5C2 | 129.78 |
K1 | 124.42 | 125.34 | 126.35 | ||
K2 | 125.45 | 125.18 | 126.16 | ||
K3 | 125.70 | 125.72 | 125.94 | ||
K4 | 126.38 | 126.42 | 125.60 | ||
K5 | 127.88 | 127.17 | 125.81 | ||
极差R | 3.46 | 1.99 | 0.75 |
K值为同一条件下测出结果的平均值,通过比较极差值的大小,对试验结果影响最大是升温速率,样品质量的影响也较大,而吹扫气流速的极差相对来说比较小,对它的影响不大。有文献报道
3 结果
(1)通过分析表2中各个条件下的热流差值,得出选择升温速率为15 ℃/min比其他条件的差异性小。高升温速率会导致样品内部温度分布不均匀。(2)通过分析表4中热流差值Δ1和Δ4,并且样品质量过少,会导致灵敏度低;样品质量过多,会使样品内部传热慢,温度梯度大,导致峰形扩大,分辨力下降
4 结论
(1)采用DSC测试PE熔融温度过程中,熔融温度随着升温速率和样品质量变大而向高温方向移动;吹扫气流速对测试结果的影响不大。(2)由正交试验发现,升温速率对测试结果影响最大,其次是样品质量,而吹扫气流速对它的影响不大。(3)综合上述分析,确定的最佳试验条件为:升温速率为15 ℃/min,样品质量为6 mg,吹扫气流速为50 mL/min。