Thermal Analysis q ICTACInternational Confederation of Thermal Analysis

열분석의 정의 Thermal Analysis q ICTAC(International Confederation of Thermal Analysis and Calorimtry) Measurement of changes in physical or chemical properties of materials as a function of temperature, usually heating or cooling at a uniform rate. 물질의 변화 에너지: 광에너지(광분석) 열에너지(열분석) 동아대학교 화학공학과

열분석의 응용-1 Thermal Analysis • Qualitative analysis – Fingerprinting of 금속, 결정, minerals, clays, polymers • Sample purity – Melting points • • • Heat capacity, cp Glass transition temperature, Tg Crystallization temperature, Tc Phase diagrams 열분해반응 동아대학교 화학공학과

1. DTA Thermal Analysis DTA is a technique measuring the difference in temperature between a sample and a reference (a thermally inert material) as a function of time or temperature q q DTA는 모든 종류의 전이, 전환을 관찰할 수 있다. 동아대학교 화학공학과

q 결정화 (crystallization temperature) Thermogram 발열반응 Crystallization d. H/dt, m. J/s • Sharp positive peak • Disordered to ordered transition • Material can crystallize • Observed in glassy solids, e. g. , polymers • Tc, crystallization temperature Thermal Analysis Tc 흡열반응 Temperature, K Reverse to melting 동아대학교 화학공학과

q 녹는점 (melting temperature) Thermogram 발열반응 d. H/dt, m. J/s • Negative peak on thermogram • Ordered to disordered transition • Tm, melting temperature • NB: melting happens to crystalline polymers; glassing happens to amorphous polymers Thermal Analysis Melting Tm 흡열반응 Temperature, K 동아대학교 화학공학과

q 가역성과 비가역성 (heating and cooling) Hydrated material Universität Siegen Thermal Analysis Exothermic: 발열 Endothermic: 흡열 q 데이터가 이런 형태로만 되어있다면 얼마나 좋을까!! 동아대학교 화학공학과

Cooling과 Heating의 가역성과 비가역성 Thermal Analysis Reversible Transitions • Glass Transition • Melting Non-reversible 어떤 경우에는, 이들 2가지를 모두 가역적이 라 할 수 있다. • Crystallisation • Curing • Oxidation/degradation • Evaporation 동아대학교 화학공학과

q DSC chart of PET 충진재(4 -[2 -[2 -(4 -carbamimidoylphenoxy)ethoxy]ethoxy]benzenecarboximidamide ) Thermal Analysis ○ 1 hysteresis curve Sample: PET 80 PC 20_MM 1 1 min Size: 23. 4300 mg Method: standard dsc heat -cool-heat Comment: 5/4/06 File: C: . . . DSCMelt Mixed 1PET 80 PC 20_MM 1. 001 Exothermic Down Operator: SAC 같이 나타난다 DSC Endo up Run Date: 05 -Apr-2006 15: 34 Tm Instrument: DSC Q 1000 V 9. 4 Build 287 1. 5 규칙으로 변화 245. 24°C Heat Flow (W/g Heat Flow (Wg) ) Tc Tg 1. 0 불규칙으로 변화 137. 58°C 20. 30 J/g 79. 70°C(I) 0. 5 75. 41°C 228. 80°C 22. 48 J/g 81. 80°C Cycle 1 144. 72°C 0. 0 q 발열반응: disordered 상태로의 변화 q 흡열반응: order disorder 상태로의 변화 -0. 5 0 50 100 150 Temperature( °C) q. Y축 타이틀이 앞 페이지와 다름 (역방향) 200 250 300 Universal V 4. 2 E TA Instruments 동아대학교 화학공학과

DSC데이터의 해석 Thermal Analysis 샘플의 질량의 영향(indium-원자번호 49번- 의 melting) 0 DSC Heat Flow (W/g) Indium at 10°C/minute Normalized Data -2 15 mg 10 mg 4. 0 mg -4 1. 7 mg 1. 0 mg 0. 6 mg -6 150 6 Onset not influenced by mass 152 154 156 158 160 Temperature (°C) 162 164 166 동아대학교 화학공학과

DSC데이터의 해석 Thermal Analysis 승온속도의 영향 1 Heat Flow (W/g) 0 -1 -2 heating rates = 2, 5, 10, 20 °C/min -3 -4 -5 154 156 158 160 162 Temperature ( 164 ° C) 166 168 170 6 동아대학교 화학공학과

DSC실험장치 Thermal Analysis q샘플 load 및 형태 Empty Sample Metal 1 Sample Temperature Metal 2 1 Metal 2 Reference Temperature Difference = Heat Flow 동아대학교 화학공학과

TGA실험 Thermal Analysis q TGA의 일반적인 구조 위치에 따라 따라 투과율이 다른 다른 소자 IR Detector 빛에 의한 측정 + Balance Quartz Tube Purge gas input Sample pan Furnace Thermocouple Exhaust 동아대학교 화학공학과

TGA실험 결과해석의 예 Thermal Analysis q calcium oxalate hydrate의 열분해 반응 - H 2 O - CO 2 K. Xhaxhiu 동아대학교 화학공학과

TMA의 원리 Thermal Analysis q Dynamic load TMA의 응답 • • • Force motor applies a sine wave force to the sample The resultant sine wave response of the sample is measured using an LVDT The amplitude of the response is used to calculate the STORAGE MODULUS (E , 저 장탄성계수) The phase lag of the response is used to calculate the LOSS MODULUS (E , 손실탄 성계수) Other curves are derived from these results (e. g. TAN DELTA(손실율) is E /E etc). q 탄성계수의 측정은 결국은 온도변화에 따른 탄성의 정도를 측정하며, 이는 재료의 특정 온도영역에 있어서 충격에 변환하는 정도를 나타내며 결국 상용가능범위를 나타 낸다. Tangent delta가 크면 대체로 탄성이 작음을 의미하고 점성이 큼을 의미. 힘 가해진 면적 q Young’s Modules (E): 힘에 대한 탄성의 정도 정의: Tensile strength(인장강도)/Tensile strain(인장변형도) q DMA에서 E= 초기길이 길이변형 동아대학교 화학공학과

TMA의 응용분야 Thermal Analysis q 응용분야 q. TMA Tg, CTE(Coefficient of linear thermal expansion, 선형열팽창 계수) 등. q. DMA Tg, Storage & Loss Modulus, Tangent Delta, Stress vs. strain, Creep & Recovery, etc. 동아대학교 화학공학과

5. 혼합 열분석 Thermal Analysis TGA and DTA curves for kaolin minerals(고령토) No weight changes Al 4(Si 4 O 10)(OH)8 Decomposition Polymorphic transition 동아대학교 화학공학과

Thermal Analysis q DSC MOVIE감상 동아대학교 화학공학과