赵 昕 冯跃华 焦金牛 汪如琴 ( 安徽神剑新材料股份有限公司 黄山神剑新材料有限公司 )

摘要：本文就DSC对粉末涂料测试过程中出现的小细节(如制样工具选择、测试方法选择、仪器管理等常见问题)进行了探讨，力求保证测试数据准确性，为粉末涂料提供有效的DSC数据支撑。

0 引言

差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimeter, DSC)，是一种广泛应用于材料科学、化学、生物学等领域的热分析仪器，用于测量与材料内部热转变相关的温度、热流的关系，从而揭示样品的热性质和物理化学变化。DSC应用范围非常广，例如：高分子材料的固化反应温度和热效应、物质相变温度及其热效应测定、高聚物材料的结晶、熔融温度及其热效应测定、高聚物材料的玻璃化转变温度等，特别是在材料的研发、性能检测与质量控制方面。DSC在粉末涂料中的用途广，测试过程中稍有不慎，就会出错。例如测试同一个样的玻璃化转变温度(Tg)，选用密封坩埚和非密封坩埚，在相同的测试条件下，测试结果会相差几度。测试条件不同，结果也会有影响。本实验室就遇到过投诉Tg不合格，究其原因，原来是升温速率不一样。称样量的多少、检测对象不一样也会有影响。此外，差示扫描量热仪从调研、采购、验收、溯源、维护保养、记录等全过程，需要加强仪器管理，从而保证数据的准确性、可溯性。

下面就本实验室DSC在粉末涂料测试过程中遇到的若干问题，进行归纳总结，减少失误，提供准确的数据。

1 坩埚的选择

在粉末涂料测试中，差示扫描量热仪测试的对象主要是粉末、涂层。制样工具的选择非常重要，不同的制样工具会有不同的检测结果。图1是不同坩埚测试的聚酯树脂玻璃化转变温度。   

图中是采用相同测试条件，不同坩埚测试的聚酯树脂的玻璃化转变温度，绿色线是密封坩埚压样的DSC曲线，蓝色线是非密封坩埚压样的DSC曲线。可以看出采用密封坩埚测得的聚酯树脂的玻璃化转变，起始外推玻璃化转变温度(onset x)、半高法的玻璃化转变温度(midpoint)、终止外推玻璃化转变温度(end x)都比非密封坩埚测试的值要低。

这可能样品与坩埚的接触以及环境有关。理论上，密封坩埚和非密封坩埚的选择，取决于测试样品的类型和测试目的。对于固体样品，一般可以选择使用非密封坩埚。在这种情况下，使用卷边器将样品压在坩埚中，目的是确保样品与坩埚紧密接触，从而改善样品-坩埚-检测器的导热性。这种做法有助于提高测试的准确性，因为良好的热接触有助于更准确地捕捉样品在加热或冷却过程中的物理和化学变化，包括玻璃化转变；对于液体样品，则通常要求使用密封坩埚。这是为了防止样品在测试过程中溅出，从而污染检测器。液体样品的特殊性在于它们可能在测试过程中蒸发或溅射，使用密封坩埚可以有效地防止这种情况发生，保护检测器的清洁和安全。此外，在粉末涂料测试中，检测对象不同，选用坩埚的材质不同。例如可能与铝发生反应的样品，就要选择其他材质(铂、铜、金)坩埚等。

2 测试条件

2.1 称样量的影响

在DSC测试中，粉末涂料的样品用量一般为5~10 mg。用量少，有利于使用快速程序温度扫描，可得到高分辨率而提高定性效果，容易释放裂解产物，获得较高转变能量；用量大，可观察到细小的转变，得到较精确的定量结果。样品用量大，挥发物不易逸出，影响曲线的清晰度；样品细，反应会提前影响曲线低温移动。例如在粉末反应活性测试过程中，会有挥发分逸出，选择较大的质量会使密封坩埚因内部气压过大而炸开，无法得到准确的DSC数据。同时，由于不同精度的天平精度价格相差较大，实验室的天平大都是万分之一天平，天平的最小称量大都为10.0 mg，当称样质量小于10.0 mg，准确度达不到，后续的焓值等就无法保证准确性。

2.2 检测对象性质的影响

样品的几何形状对DSC峰形亦有影响；大块样品，由于传热不良导致使峰形不规则；细或薄的样品，可得到规则的蜂形，有利于面积的计算；对峰面积基本上没有影响。可以分析固体和液体样品；固体样品可以是粉末、薄片、晶体或颗粒状；对高聚物薄膜，可直接冲成圆片，块状的可用刀或锯分解成小块。对于某些高聚物，由于其热历史的不同会产生不同的晶型或相态(包括亚稳态)，对DSC曲线造成较大的影响。

2.3 升温速率的影响

在DSC测试过程中，升温速率是对DSC曲线产生最明显影响的实验条件之一。图2是同一个聚酯树脂，称量质量为10 mg，采用不同升温速率，测得其玻璃化转变温度。当升温速率增大时，单位时间产生的热效应增大，峰顶温度就向高温方向移动，峰面积也会增加，峰形也越尖。这种影响在很大程度上与试样的种类和受热转变的类型密切相关。在高升温速率下，会导致试样内部温度分布不均匀。当超过一定的升温速率时，由于体系不能很快响应，试样反应中的变化全貌不能被精确的记录下来。另外，升温速率过快，会产生过热现象。

2.4 检测项目不同

对于粉末涂料测试而言，DSC经常测的检测项目包括反应活性、玻璃化转变温度、熔融温度、结晶温度等。检测项目不同，选用不同的方法，GB/T 19466系列规定了一系列DSC测试方法。例如：热固性粉末涂料用饱和聚酯树脂的国标(GB/T 27808-2011)中提及的玻璃化转变温度测试，则采用的是GB/T 19466.1-2004《塑料 差示扫描量热法(DSC) 第2部分：玻璃化转变温度的测定》。

3 仪器管理

为保证数据的准确性和可塑性，需加强对差示扫描量热仪的管理，从DSC仪器配置需求的调研、采购、验收、建档、标识、使用、保养和维修、期间核查、故障处理、报废、档案管理等全过程。对使用者而言，最主要的就是溯源和维护保养。

首先，在DSC仪器使用前，需要由有资质的第三方对其进行校准，在使用者确认可以投入使用之后，才可以使用。根据DSC仪使用频率等确定校准周期，定期对DSC仪器进行校准。每次校准期间至少一次或两次期间核查，可采用有证标准物质铟等进行核查。同时，也可参加其他检测活动，保证测试数据的准确性，如能力验证、实验室比对、人员比对、标准样测试、盲样测试等。

DSC仪器的维护保养很重要，可以延长仪器的使用寿命和保证数据的准确。因为在测试过程中，炉体很容易被污染。炉体污染最可能的原因是在粉末涂料测试过程中挥发分逸出、称样过多坩埚炸开、坩埚外表面未清理干净等。炉体的传感器被污染，将影响热传导，从而使数据不准，可用玻璃刷刷掉污渍，或用试剂擦拭干净。此外，还需定期对气路进行排查，检查是否漏气，气路中可能有保护气N2、氧化诱导的O2等气体。可以听声音、观察压力表，或者用肥皂水进行检测，有气泡就是漏气，反之就是没有。

4 结语

DSC在粉末涂料中应用很广，平时操作时会遇到很多问题。选择合适的仪器型号和配件，选择正确的实验条件，加强维护保养，保证数据的准确性，才能为粉末涂料中问题的解决提供有效的数据支撑。

来源：《粉末涂料与涂装》2025-2