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  1. 2012.02.25 DSC 의 분석
  2. 2012.02.25 DSC 열분석의 해석
  3. 2012.02.23 접착제 관련 연구에 따른 세가지의 접착기구

DSC 의 분석

열분석장비 DSC 2012. 2. 25. 14:14
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이번글에서는 DSC 자료를 분석하는 방법에 대하여 알아 보겠습니다.
그래프를 분석하면 되는데 생각보다 어렵지 않습니다.
천천히 따라오십시요.



1. 1st run 50℃ 근처에서 나타나는 peak은 재료의 enthalpy relaxation (완화현상) 때문입니다. 완화현상은 a)재료를 열처리한 온도에서 또는 b)재료를 오랜 시간 저장해 두었을 때 나타납니다. 이는 가열 시 제거되고 보시는 바와 같이 2nd run에서는 나타나지 않습니다. 완화현상(enthalpy relaxation)은 사람이 오랬동안 서 있으면 피로해지는 것과 같이 재료 또한 마찬가지이며 결국 relaxation으로 표현되는 것입니다.
 
2. 80
℃ 부근에서 baseline이 올라가는 건 아니고 DSC 기기의 분해능이 낮아 melting peak이 정확히 나타나지 않은 겁니다. , 60~100℃ 걸쳐 재료가 용융한 것입니다. 재료가 녹았다는 증거는 cooling 시 발생된 발열픽-냉각 시 결정화가 증거입니다. 재료에 결정이 함유되어 있는 경우 결정은 a)가열 시 용융, b)냉각 시 결정화를 합니다.



시작온도인 100℃에 이르면서 재료가 경화를 이미 진행하고 있기 때문에 측정시작과 함께 heat flow가 많아져서 baseline이 높게 시작된겁니다. 온도를 90, 80℃로 낮춰 보시면 flat baseline으로 시작하실 수 있을 겁니다.

경화픽 면적 2,110 J/g을 이용해서 경화도를 측정할 수 있습니다.



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Posted by 티씨씨
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금일은 DSC에 대하여 알아볼까 합니다.
잘따라와 주시기 바랍니다. 앞으로 몇회에 걸쳐서 DSC 관련 글을 올릴까 합니다. DSC는 접착제를 측정하는 중요한 테스트중에 한가지 입니다. 따라서 게시판을 나누어 DSC 관련게시판에 글을 올리겠습니다.



DSC의 원리는 시료(sample)와 불활성 기준물질(inert reference)에 동일한 온도프로그램을 가하여 시료로부터 발생되는 열유속 차이(difference in heat flow)를 측정하는 것입니다.

열유속(Heat flow)이란, 가해진(또는 전도된) 전력(transmitted power)에 상당하며 와트(W; Watt)나 밀리와트(mW)단위를 갖습니다. 이 열유속이나 전도전력을 시간으로 미분하면 에너지량으로 환산되며 mWs mJ로 표시되며 전도된 에너지는 시료의 엔탈피(enthalpy) 변화에 상당합니다.

이때 시료가 에너지를 흡수하면 엔탈피 변화는 endothermic이며 에너지를 방출하면 이 과정을 exothermic이라 하게 됩니다.

DSC
로 측정할 수 있는 거동을 endothermic exothermic으로 구분해서 써보자면 아래와 같습니다.

Endothermic
-
용융(fusion 혹은 melting): 용융열(ΔH), melting point(Tm),
-
유리전이온도(glass transition temperature, Tg),
- Evaporation

Exothermic
-
결정화(crystallization): 결정화열, 결정화차수(degree of cryatallization), 결정화온도(Tc),
-
경화(curing): 경화도(degree of cure), 경화열, postcuring,

아울러
- solid-solid transition,
- polymorphism,
- oxidation: Oxidation Induction Time(OIT,
산화도입기),
- thermal stability,
- purity(
순도),
- identification,
-
화학반응(chemical reaction) 거동,
-
비열(specific heat)등을 구할 수 있습니다.

그리고 DSC에 의한 비열 측정이 의미하는 바는, 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)에서 발생되는 열용량(heat capacity)의 변화를 읽어 baseline shift로써 유리전이를 측정할 수 있음을 가리키며 재료의 유리전이를 읽는데 가장 보편적인 방법으로 사용되는 열분석 기술이 DSC에 해당한다고 할 수 있습니다.



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Posted by 티씨씨
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최근에 접착제 관련 연구는 기계적 짝지음, 분자결합, 열역학적 접착세 접착 기구에 대해 주로 연구되고 발전되고 있습니다.
이를 하나씩 알아 보도록 하겠습니다.

기계적 짝지음(혹은 interlocking) 접착 기구는 피착면(substrate)의 표면에 접착 고리가 있다는 가정에서부터 시작되고 있습니다. 이것은 나무에 붙은 아교처럼 나무의 불규칙한 표면에 아교가 고착하는 경우라고 생각하시면 쉽습니다.
기계적 짝지음이 높은 접착강도를 결정한다고 보고 있으나 다른 한편에서는
표면이 거칠어 분자간 작용하는 힘을 크게 하기 때문에 접착력이 증가한다고 볼수도 있습니다.

분자결합은 아주 밀착된 두 표면사이의 접착을 설명하는데 가장 광범위하게 설명이 가능한 접착이론 입니다. 이 분자결합은 접착제와 쌍극자 작용, 반데르발스힘, 화학적 상호작용(이온결합, 공유결합, 금속결합)과 같은 기질사이에 분자간의 인력이 필요하다는 가정에서 출발합니다.
이 분자결합은 계면장력과 극성기로 인한 접착한 곳의 강도 입니다. 분자결합 기구는 두 개의 기질사이에 치밀한 접촉을 필요로 하나 이 치밀한 접촉만으로는 결함, 균열, 기포 등으로 인하여 높은 접착성능을 나타내지 못하는 경우도 있어 접착에 대한 충분한 설명이 되지 못하는 맹점도 있습니다. 따라서 접착에 대한 설명을 위한 다른 이론들이 계속 제시되고 있습니다.

앞의 기계적짝지음, 분자결합에 대한 기구들이 접착에 대해 완전한 설명은 불가능 합니다.
그에대한 대안으로 열역학적 접착 기구(thermodynamic mechanism of adhesion)가 제안되었는데 접착은 분자간 인력에 의한 것이 아니며 계면에서 수립되는 평형반응으로 접착을 설명하고 있습니다.
공기와 같은 환경에서는 폴리머시스템은 열역학적으로 폴리머의 비극성 영역을 표면으로 배향하여 표면자유 에너지를 감소시키는 방향으로 나아갑니다. 폴리머 표면이 물과 같은 극성기질과 접촉해 있을 때는 계면장력을 줄여야 접착력을 높일 수 있는 방향으로 나아 갑니다.

Feinerman 연구팀은 폴리머와 작용하는 액체에는 3개의 영역이 있고 고체 표면장력은 액체의 표면장력과 함수관계가 있음을 확인하였 습니다. 3개의 영역 중 하나의 영역은 비섭동(unperturbed)영역으로 폴리머의 표면장력은 젖어있는 액체의 표면장력과는 무관하다는 발표를 합니다.
또 다른 두 영역은 폴리머의 표면장력과 액체의 표면장력 사이에 선형관계에 있는데 극성이 감소된 영역과 극성이 증가된 영역 즉, 폴리머 표면장력이 비섭동 영역으로 나누어 진다고 합니다.
1855년 Young에 의해 제안된 연구를 비롯하여 열역학적 접착 기구모델 연구에는 Fowkes 이론, Geometric mean 이론, Wu harmonicmean 이론, 산-염기 이론, 상태 반응식 이론들과 같은 표면장력 이론이 제안되었고 각 이론들은 표면장력 측정결과로 확인되었습니다.


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Posted by 티씨씨