热分析2-1.ppt

1. 热分析概述 定义 热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。国际热分析协会ICTA （International Confederation for Thermal Analysis) 所谓“程序控制温度”是指用固定的速率加热或冷却，所谓“物理性质”则包括物质的质量、温度、热焓、尺寸、机械、电学及磁学性质等。 判定某种有关热学方面的技术是否属于热分析技术应该具备以下三个条件： 测量的参数必须是一种“物理性质”，包括质量、温度、热焓变化、尺寸、机械特性、声学特性、电学及磁学特性等。 测量参数必须直接或者间接表示成温度的函数关系。 测量必须在程序控制的温度下进行，程序控制温度一般指线性升温或者线性降温，也包括恒温、非线性升、降温。 “物质”指试样本身和（或）试样的反应产物，包括中间产物。 热分析起始于1887午，法国人H.Lechatelier用一个热电偶插入受热粘土试样中，测量粘土的热变化；所记录的数据并不是试样和参比物之间的温度差。 1899年，英国人Roberts和Austen改良了Lechatelier装置，采用两个热电偶反相连接，采用差热分析的方法研究钢铁等金属材料。直接记录样品和参比物之间的温差随时间变化规律；首次采用示差热电偶记录试样与参比物间产生的温度差．这即目前广泛应用的差热分析法的原始模型。 1915年日本的本多光太郎提出了“热天平”概念并设计了世界上第一台热天平（热重分析）；测定了MnSO4.4H2O等无机化合物的热分解反应。 二十年代，差热分析在粘土、矿物和硅酸盐的研究中使用得比较普遍。从热分析总的发展来看，四十年代以前是比较缓慢的．例如热天平直到四十年代后期才用于无机重量分析和广泛应用于煤炭高温裂解反应。 20世纪40年代末商业化电子管式差热分析仪问世，60年代又实现了微量化。1964年，Watson和O’Neill等人提出了“差示扫描量热”的概念，进而发展成为差示扫描量热技术，使得热分析技术不断发展和壮大。 应 用 在上述热分析技术中，热重法、差热分析以及差示扫描量热法应用的最为广泛。 研究物理变化（如晶型转变、熔融、升华、吸附等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原等）。 范围：无机物（金属、矿物、陶瓷材料等）→有机物、高聚物、药物、络合物、液晶和生物高分子等。 应用领域：化学化工、冶金、地质、物理、陶瓷、建材、生物化学、药物、地球化学、航天、石油、煤炭、环保、考古、食品等。 热分析的应用类型 1.成份分析：无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别和分析以及它们的相图研究。 2.稳定性测定：物质的热稳定性、抗氧化性能的测定等。 3.化学反应的研究：比如固-气反应研究、催化性能测定、反应动力学研究、反应热测定、相变和结晶过程研究。 4.材料质量测定：如纯度测定、物质的玻璃化转变和居里点、材料的使用寿命测定。 5.材料的力学性质测定：抗冲击性能、粘弹性、弹性模量、损耗指数和剪切模量等的测定。 6.环境监测：研究蒸汽压、沸点、易燃性等。 TG and TGA 内容 1. 热重测定的本质 2. TGA的基本结构 Pyris 1 TGA特点及技术指标 3. 热重测定结果的影响因素 4. 仪器的校正 5. 高分子材料热稳定性的评价方法 6. 热重应用举例 1. 热重测定的本质 英文缩写的来源 Thermogravimetry TG (热重法) ICTA-1977 GB6425-86 “热分析术语” Thermogravimetric Analysis Thermogravimetric Analyzer TGA （热重分析，热重仪） 什么是TG 在程序控制温度下，测量物质的质量与温度，或在恒温下测量物质的质量与时间关系的技术。 M = f ( T or t ) 把质量作为温度或时间的函数来检测 热重曲线（TG曲线） 由TG实验获得的曲线。记录质量变化对温度的关系曲线。 纵坐标是质量（从上向下表示质量减少） ，横坐标为温度或时间。 热重分析能做什么？ 组分分析（Compositional Analysis） 水分/挥发物分析（Moisture/volatile analysis） 灰分/残余物/填料分析（Ash/residue/filler analysis） 热稳定性（Thermal stability） American Society for Testing and Materials (ASTM)的标准测试方法中，热重法用作： 测定聚烯烃中碳黑含量； 加热时增塑剂的失重； 氯乙烯类树脂中的挥发物（包括水）； 测定固体电绝缘材料的快速热降解； 分解动力学； 干燥时的失重； 用热分解数据计算材料的耐热