Qu’est-ce que la DSC modulée ?
La transition vitreuse est un phénomène qui influence fortement les propriétés des polymères et que l’on détermine généralement à l’aide d’une DSC. Néanmoins, la détection de la transition vitreuse peut s’avérer complexe lorsqu’elle coïncide avec d’autres phénomènes endothermiques, tels que l’évaporation ou la relaxation enthalpique, dans la même plage de température.
La DSC modulée (Modulated Differential Scanning Calorimetry, ou MDSC) est une technique dérivée de la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) classique, dans laquelle une modulation sinusoïdale est superposée au programme de chauffage linéaire. Cette méthode permet de séparer les flux de chaleur en deux composantes :
– la composante réversible,
– et la composante non réversible.
La DSC modulée est donc efficace pour observer clairement la transition vitreuse, qui est un phénomène réversible, en la séparant des phénomènes irréversibles tels que l’évaporation et la relaxation enthalpique.
Qu’est-ce qu’une DSC ?
La calorimétrie différentielle à balayage ou Differential Scanning Calorimetry en anglais (DSC) est une technique d’analyse thermique qui consiste à mesurer la différence de flux de chaleur entre un échantillon et une référence en fonction de la température ou du temps, tandis que l’échantillon et la référence sont soumis au même programme de contrôle de la température. La DSC permet de mesurer les transitions telles que la transition vitreuse, la fusion ou la cristallisation.
Les réactions chimiques telles que le durcissement thermique, l’historique thermique, la capacité thermique spécifique et l’analyse de pureté sont également mesurables. Récemment, avec le développement de matériaux polymères hautement fonctionnels, les besoins en matière d’analyse des propriétés thermiques ont considérablement augmenté.
Comment fonctionne lA DSC modulée ?
Lors d’une analyse par DSC modulée l’échantillon est chauffé à une vitesse moyenne constante grâce à un contrôle sinusoïdal de la température, alternant de courtes phases de chauffage et de refroidissement (Figure 1). Cela permet d’obtenir, en plus des informations obtenues avec des mesures de DSC classiques, des données sur la capacité thermique de l’échantillon.
Figure 1. Résultats obtenus par DSC modulée
Avec une DSC on mesure le flux de chaleur total échangé lors du chauffage (ou du refroidissement) de l’échantillon. Ce flux de chaleur se décompose en une composante liée à la capacité thermique (flux réversible) et une composante liée à la cinétique (flux non réversible).
Sur quels phénomènes la DSC modulée fournit-elle des informations ?
Étant donné que la transition vitreuse modifie la chaleur spécifique (Cp) d’un matériau, le signal DSC correspondant à cette modification apparaît dans la composante de capacité thermique. D’autre part, les phénomènes (irréversibles) observés sous forme de pics, qui comprennent les changements d’enthalpie tels que la réaction de durcissement thermique, la cristallisation à froid, la vaporisation ou la volatilisation, apparaissent dans la composante cinétique (tableau 1).
| Composante capacité thermique | Composante cinétique |
| Transition vitreuse | Évaporation Cristallisation Durcissement Décomposition, etc. |
Tableau 1 Classification des phénomènes de mesure DSC
Quels sont les avantages de l’utilisation de la DSC modulée ?
La DSC modulée permet d’obtenir, à partir d’une seule mesure, des données qui ne peuvent être obtenues par les méthodes conventionnelles, séparées en une composante de capacité thermique et une composante cinétique. Celles-ci peuvent être séparées lorsque la transition vitreuse et d’autres phénomènes irréversibles se chevauchent. De plus, alors qu’il fallait auparavant réaliser deux mesures ou plus à cause de l’évaporation de l’eau ou pour éliminer l’historique thermique, la DSC modulée permet d’obtenir les mêmes données en une seule mesure.
En résumé, on utilise la DSC modulée pour :
- Meilleure séparation des transitions proches ou superposées,
- Meilleure détection des petites transitions et des transitions secondaires,
- Séparation en composante capacité thermique et en composante cinétique,
- Mesure de la chaleur spécifique (Cp).
Exemples de mesures avec la DSC modulée
La figure 2 montre un exemple de mesure d’un polyéthylène téréphtalate (PET) amorphe par DSC modulée. Le flux thermique total est identique à celui obtenu avec une DSC classique. On observe dans le flux thermique total un décalage dû à la transition vitreuse entre 75 et 82 °C et un pic exothermique dû à la cristallisation à froid à 132 °C. La transition vitreuse est observée dans la composante de capacité thermique, tandis que la cristallisation à froid est observée dans la composante cinétique. Par conséquent, les phénomènes mesurés par DSC sont divisés en une composante de capacité thermique et une composante cinétique.
Figure 2. Résultats de la conversion par la DSC modulée pour du PET amorphe
Avec notre NEXTA DSC, le mode de mesure DSC modulée et l’analyse de la séparation en composante de capacité thermique et composante cinétique sont disponibles sans logiciel supplémentaire, car toutes les fonctions avancées sont incluses dans le logiciel du pack NEXTA.
Source article : What is Temperature Modulated DSC? by Hitachi High-Tech Analytical Science
