第11讲_热分析(DG)_121214.ppt

第11讲 热重分析(TG)及应用 Thermogravimetry, TG §11.1 热重分析 样品在热环境中发生化学变化、分解、成分改变时可能伴随着质量的变化。热重分析就是在不同的热条件（以恒定速度升温或等温条件下延长时间）下对样品的质量变化加以测量的动态技术。 热重法(Thermogravimetry, TG)是在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。热重分析的结果用热重曲线(Curve)或微分热重曲线表示。 W＝f（T或t) 一、基本原理 在加热情况下称重 现代热重仪的基本原理仍是热天平 热天平示意图 TG 分类 根据测量质量变化的方法不同，热天平分为： ⑴零位法（零位式） 质量变化曲线——TG曲线（质量—温度、质量保留百分率—温度或失重百分率—温度） 微商热重法（DTG，质量变化率—温度或时间） W% dW/dt(dW/dT) t（T) ⑵变位法（偏斜式） 热重试验的曲线（CURVE）解析 二、实验技术 （一）实验条件对TG的影响 1.升温速率 无机材料：10～20℃/min；有机和高分子材料：5～10℃/min 2.样品量 样品量少、粒度细、铺平 3.气氛（静态、动态） 真空 空气 二氧化碳 （二）仪器因素的影响 1.震动 办法：严格防震 2.浮力 办法：做空白实验（空载热重实验），画出校正曲线 3.挥发物冷凝 办法：使用较浅的试样皿 （三）温度和称重的校准 1.温度 ⑴采用标准物质的分解温度； 温度校准曲线，计算出相对误差。（草酸 Td＝118℃） ⑵采用标准的铁磁性物质的居里点温度 （三）温度和称重的校准 2.称重 ⑴零点校正 要求重复性好 ⑵量程校正 以砝码为基准物进行 三、应用 分解反应： 固－固反应： 气－固反应： 固或液转化为气： （一）材料热稳定性的评价 1.热重曲线直接比较法 采用同样的试验条件 比较开始失重的温度 PVC PMMA 2.TG曲线关键温度表示法 一般习惯用温度来比较材料的热稳定性 ⑴起始分解温度A ⑵外推起始（失重）温度B ⑶外推终止温度C ⑷终止温度D ⑸预定的失重百分数温度 ⑹ISO法B’ ⑺ASTM法B” 3.比较最大失重速率法 在比较热稳定性时，除了比较开始失重的温度外，还要比较失重速率。 测定TG曲线下降段的转折点温度，或微商热重分析曲线的峰顶温度，即最大失重速度点温度。 （二）组成的分析 1. 添加剂和杂质的分析 ⑴挥发性的添加剂和杂质 W 在树脂分解之前已先逸出 ； W0 失重率的计算： W1 ⑵无机填料 在树脂分解后仍然残留； 2. 共聚物和共混物的组成分析 乙烯－乙酸乙烯酯共聚物： 每摩尔乙酸乙烯单元释放 1mol乙酸 EPDM/NR共混物： （三）热氧化稳定性的测定 可用DSC/DTA法； 热氧化诱导期（OIT):在恒定温度下，从通氧开始，直到TG曲线上发生增重之间的时间。 O2 （四）高分子材料固化过程分析 酚醛树脂固化，不适于用DSC/DTA研究 1.最佳固化温度 w% 2.固化度 其中：m0—反应初始质量； mt—t时的质量； m∞—反应结束时的质量 （五）预测高分子材料的使用寿命 寿命方程（曲线）： 其中： P0—材料性能； P—材料的剩余性能； E—热分解反应的活化能（用热分析方法求得） （六）综合热分析技术 利用DTA、DSC、TG、（热膨胀TD）等热分析技术的联用，获取更多的热分析信息。 多种分析技术集中在一个仪器上，方便使用，减少误差。