新型绝热扫描量热计允许高压反应器皿的热质量在测试期间得到动态补偿。这允许在不使用复杂的压力平衡仪器的情况下将对实验有效的因子Φ减少到１．０。吸热事件能被量化，而且样品比热能被测量。完成测试所需要的时间比传统的绝热量热计短得多，因此大大提高了装置生产力。探测放热曲线的灵敏度至少与现有的使用加热－等候－搜寻策略的绝热量热计一样，但是确实取决于温度扫描速率。除此之外，反应热是在不参考样品热容量的情况下获得的，压力是连续测量的，反应物可以被注入测试器皿，而且样品能在测试期间混合。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在准许的情况下，这份申请要求特此通过引证并入的于2003年7月10日申请的美国专利临时申请第60/485,949号的优先权的利益。材料的热稳定性、放热反应和热耗散往往是在更经常被称为ARC的加速速率量热计(Accelerating Rate Calorimeter)中研究的。在70年代后期，Dow Chemical的科学家们首先研制了这种装置，相继写出了许多关于ARC的使用的论文(1，2，3)。当使用这套装置时，样品和样品弹体被加热到可以通过观测样品中的温度变化速率检测到样品的放热行为的温度。通过精心控制在样品弹体周围的外加热器来避免样品和弹体对环境的热损失。加热算法(通常称之为加热-等候-搜寻(HWS)策略)被用来控制样品的初始加热和在放热搜寻周期期间使样品达到稳定温度。图1举例说明HWS策略和使用新型的，TIAX制造的ARC，以在轻质的，球形钛弹体中获得二叔丁基过氧化物的样品的分解热和反应动力学。在这个实验中，6克20％的DTBP甲苯溶液在6克钛弹体中被加热到95℃的起始温度。若干加热步骤之后，在110.5℃检测到放热，接下来在绝热条件下完成反应。(请注意扫描的左边和右边的“步骤”)。使用样品溶液的平均热容量0.51cal/g℃和钛弹体的平均热容量0.135cal/g℃估算出DTBP的分解热为49.35Kcal/mol。图2展示样品的加热速度和压力变化速率，如同从加热速度曲线图(1)的放热部分算出的那样，随着温度倒数和分解反应的一级反应速率变化。该反应的活化能和指数前因子与公开数据(2)很好地一致。尽管ARC是灵敏的和稳定的绝热量热计，但是它有许多显著的缺点。●与样品相比样品弹体的热质量往往比较大，以致样品释放的大部分热量被弹体吸收，从而导致降低的峰值反应温度和压力。换句话说，大多数试验是在Φ因子较大的条件下进行的。●在型号较陈旧的ARC上加热器局限于大约15℃/min以下的温度变化率，虽然比较新的TIAX ARC能够跟踪250℃/min的加热速度。当然，只有样品和弹体是在放热过程始终处于热平衡状态时，这个比较高的跟踪速率才是有用的。●使用HWS策略完成测试所需要的时间往往超过二十四小时，所以每台机器的生产力是非常低的。●该装置不能量化吸热行为。●虽然可能在型号比较陈旧的ARC上进行搅拌，但是非常昂贵，所以往往不被使用。在80年代早期，Fauske和Associate(4，5)开发了DIERS Bench扫描装置，并且把它作为VSPTM商业化。该装置是为表征经受热耗散的化学系统和依据在该装置中进行的温度和压力的变化速率的测量计算特定反应器的通风口尺寸而设计的。这个装置克服了ARC的主要缺点，Φ因子高，但是以牺牲灵敏度为代价。除此之外，比较大的样品尺寸是必需的，而且就压力平衡系统而言，该装置需要复杂的高压管道和‘封闭器皿’。诸如APTACTM(6，9)和Phi-TecTM(7)之类的相互竞争的机器也有类似的缺点，虽然，APTAC确实保留了ARC的灵敏度。差示扫描量热计(DSC)也广泛地用来获得与材料中的热事件有关的信息。然而，由于所用样品量小(∽1-20毫克)通常不进行压力测量。另外，在测试期间添加反应物和样品搅拌对于DSC来说也是棘手的问题，而且因为它是在不变的加热速度下的扫描方法，所以数据不能轻易地换算到可以处理或储存被测试物质的实际尺寸设备。
技术实现思路
使用新型绝热技术的改进的量热计已被研制出来。该技术可以体现在新型量热计中。在某些情况下，现有的设备能被改造以允许使用新技术，虽然在旧机器上使用这种方法的优势可能被该机器能准确跟踪小的最大加热速度的限制。一方面，改进的量热计包括样品弹体和弹体热电偶、一个或多个外加热器和用于所述外加热器的热电偶以及非必选的用于样品的热电偶。样品弹体配备了位于弹体里面，或在弹体本身的墙壁面之中或之上，或在相关联的散热片的墙壁之中或之上的样品加热器。样品加热器以编程的速率将热传送到样品中，以在恒定的预先设定的速率下提高样品和弹体的温度，所述样品加热器借助来自一个或多个热电偶的反馈通过控制器调控。在本专利技术的另一方面中，样品加热器的热量输出在样品放热期间减少，而在样品吸热期间增加，以维持选定的速率。在另一个方面中，为了补偿在放热反应期间从样品到样品弹体的热损失，改进的量热计有把热量以与样品的升温速度成比例的速率输入样品的准备。在另一个方面中，样品加热器可以被放在样品外面，在与弹体热接触良好的吸热片中。使用这种配置，样品升温速率在整个放热中始终被控制在不变的速率下。在另一个方面中，量热计可以包含不止一个弹体，每个弹体有相关联的样品加热器和弹体热电偶，以致几个样品可以在相同的绝热环境中以相同的温度变化率被同时扫描。在另一个方面中，装置进一步包括一个或多个压力传感器、搅拌马达或其它的搅拌装置，和允许测量从低于环境温度开始的冷却能力。在另一个方面中，除了外加热器热电偶之外，量热计可能只有一个用以评估样品和弹体温度的热电偶。本专利技术的其它方面从这份描述中将是显而易见的。附图说明图1和2个展示在现有技术的ARC机器中采用样板物质(DTBP；二叔丁基过氧化物)的测试结果。图3是本专利技术的改进型量热计的示意图。图4、5和6展示在新型装置上用DTBP获得的曲线图。图7和8展示采用本专利技术的装置对样板材料获得的不同类型的曲线图。图9展示在放热期间样品加热器的输出。图10展示所述材料的多个吸热峰的探测结果。图11和12展示分别在硝酸铵和过氧化氢的扫描中出现的多个放热峰和吸热峰。图13展示以不同于1.0的Φ的补偿。图14展示有给高放热性样品使用的提供额外质量的散热片的改进型弹体下沉。图15和16展示采用图14所示散热片在各种不同的温度变化率下测量的DTBP的放热。图17和18展示用过氧化氢获得的放热测量结果并且展示压力测量结果。具体实施例方式本专利技术既包括改进型量热计，也包括用所述改进型量热计有可能实现的改进的测量和测量技术。1.量热计量热计示意地展示在图3中。该量热计包括样品反应器皿或弹体1、外壳2、与外壳2连接的外加热器3、样品加热器4、第一热电偶6(弹体外)、非必选的第二(样品)热电偶5，样品7和弹体1的外表面8。通常有一个到四个外加热器，其中每个外加热器3有一个相关联的热电偶(未展示)。每个热电偶都把数据提供给控制器(未展示)。该控制器控制由样品加热器4和每个外加热器3提供的热量。该控制器还记录来自所述热电偶的数据，并且完成用于选择提供给样品加热器4和外加热器3的功率数量的计算。外加热器3通常被缠绕成在外壳2周围与弹体1紧密配合的线圈。它们也可能作为线圈形成于装置或外壳2的盖子(未展示)上。在一些实施方案中，外加热器线圈缠绕在弹体的“颈部”9的上端周围以防止传导造成的热漏泄。在操作时，打算用于样品的特定的温度变化率被选定。该样品加热速度通过样品热电偶5和第一热电偶即弹体外壁热电偶6检测的。供应给样品加热器4的功率被调节到获得预期的加热速率。此时，第一热电偶即外部热电偶6感知弹体1的外侧温度。为了维持样品弹体1周围的绝热条件，外加热器3的温度被控制在与弹体壁的外表面8的温度相同的温度。在替代模式中，样品7的温度可以依据弹体外壁8的实测温度和温度变化率估计，因此不再需要样品热电偶。除本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种绝热扫描量热计，所述量热计包括：有用于样品（７）的内部空间的弹体（耐压反应器皿）（１）；包围弹体（１）的绝热外壁（２）；在外壁（２）之内，弹体（１）之外的至少一个外加热器（３），所述外加热器或加热器有至少一个相关联的热电偶（未展示）；在弹体（１）内壁之内、之上或之中的，或者在相关联的散热片（１１）内壁之内、之上或之中并且与样品（７）热接触的样品加热器（４）；在弹体（１）外面和外壁（２）里面并且与弹体（１）的外表面（８）热接触的第一热电偶（６）；非必选的伸到弹体（１）里面与样品（７）热接触的第二热电偶（５）；以及在绝热壁（２）外面的相关联的控制器，该控制器接受第一和第二热电偶以及外加热器热电偶的输出，而且控制样品加热器和一个或多个外加热器的输出。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：西蒙齐皮替，
申请(专利权)人：耐驰杰拉特鲍股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。