几种常见塑料热解分析研究.DOCVIP

几种常见塑料热解研究 　　摘要 本文利用热分析法(DSC)和直接加热法对常见塑料进行了热分析研究，对含碳氢、氮、氧、卤素等不同元素塑料的热分解行为进行分析，发现含阻燃元素( 如含氮、卤元素)的塑料分解温度较高，而含碳氢、碳氢氧的塑料分解温度低且容易燃烧。塑料随初始环境温度的升高，分解速度加快，但不同塑料的变化情况不同。　　关键词 DSC 热分解 塑料1 前言　　塑料是以合成树脂为基本成分，在一定条件(温度、压力)下可以流动成型，成型后能保持其形状的材料。随着高分子学科的创立，石油化工工业的飞速发展，成型加工技术的开拓，使得以高分子材料为基础的塑料跻身于金属、纤维和硅酸盐的三大传统材料之列，被称为重要的新型材料之一。塑料的原材料丰富，制造容易，性能优异，成本低廉，适应性强，从最初作为部分金属、木材、皮革及无机材料的代用品，发展到从国防建设到日常生活与国民经济密切相关的各个新领域。在建筑内部装修以及人们日常生活中应用都十分广泛，需求量也越 来越大。但塑料又具有可燃性，且在燃烧过程中具有热量大、温度高、燃烧快以及释放出大量有毒气体的特点，这就给火灾扑救、人员逃生带来许多问题。因此，研究塑料在高温下的热分解特性，对进一步了解其使用的消防安全性是很重要的。2 实验部分21 原材料　　聚乙烯、尼龙、聚丙烯、聚甲醛、聚胺脂泡沫、有机玻璃、聚氯乙烯　　规格：20目左右(空气中热裂解测试)，100目(DSC分析)22 实验仪器　　差式扫描量热仪：在空气气氛中用瑞士Mattle TA4000系统、DSC25、升温速率10.0℃/min ，标准铝坩埚，以α-Al2O3为参比物，DSC曲线由GraphWare TA72软件处理进行测定。 　　可控温马伏炉、电子天平。23 测试方法231 热现象的测试方法　　参照GB/T 13464-92《物质热稳定性的热分析方法》。232 空气中热裂解测试方法　　将各种塑料置于规定温度的马伏炉中，间隔一定时间取出，冷却称量，计算失重率。 24 实验方法241 DSC分析　　(1)将各种塑料加工成碎屑，使之通过100目筛，然后置于干燥皿中待用　　(2)用DSC25进行热稳定性测试，并用Graph Ware TA72软件处理结果。242 空气中加热　　(1)将各种塑料加工成碎屑，使之通过20目筛，然后置于干燥皿中待用。　　(2)称8个样，每个样约5 g，并将空坩埚在800℃下加热到恒重方可使用。　　(3)置于加热至恒定温度的马伏炉中，每隔一定时间取出一样，冷却至室温称重，测定失重率。3 结果与讨论31 塑料的DSC研究311 只含碳氢的塑料的热解DSC研究　　将材料按241加工，制成样品，用分析天平称重，放入标准铝坩埚内，再将此坩埚放入D SC25中，调节室温为起始温度，设终温为600℃(注：把终温定于600℃是因为在实验中使用的是标准铝坩埚，而铝的熔点在660℃左右，若把终温定于600℃之后会导致实验结果的不准 确)进行测定，其结果如图1、图2。 图1 聚乙烯DSC图谱 图2 聚丙烯DSC图谱 　　从图1中可以看出，曲线在131℃有一个吸热峰，峰值为-22.7 mW，该吸热峰是聚乙烯的熔点，从216℃开始剧烈放热，这说明聚乙烯开始分解出乙烯气体，在320℃～561℃之 间为一个较大的放热峰，该峰峰值为41 mW，这是由于乙烯气体与氧气反应形成气相燃烧放热所致。561℃以后，燃烧完毕，停止放热，曲线重回到基线位置。对聚乙烯热解曲线进行积分计算后得知它的总吸热量为1497 MJ(182.6 J/g)，总放热量为45157 MJ(5506.9 J/g) 。　　从图2可知，在163℃有一个吸热峰，峰值为-6.5 mW，163℃为聚丙烯的熔点，所以该吸热峰为聚丙烯熔解产生。从180℃聚丙烯开始放热，这是聚丙烯开始分解为丙烯、丙烷等物质，当分解到420℃时，分解物与氧气燃烧放热，这时曲线上出现一个放热峰，峰值为30 mW。　　两图比较可发现，聚乙烯和聚丙烯热分解曲线较为相似，但聚丙烯熔点比聚乙烯高，聚丙烯分解温度低于聚乙烯，这是由它们的分子结构所决定的。312 含氮塑料的DSC研究　　按311制作试样，进行DSC测定，结果如图3、图4、图5。　　由图3可知，该曲线在130℃～341℃之间有两个吸热峰，第一个吸热峰峰值温度为164.3℃ ，此温度为聚甲醛的熔点，故此吸热峰为聚甲醛熔解产生。第二个吸热峰峰值温度为293℃ ，峰值为-34.2 mW，这是聚甲醛受热分解产生甲醛气体所引起。　　图4为尼龙热解曲线，该曲线共有两个吸热峰，第一个吸热峰峰值温度为220℃，该温度为尼龙的熔点，故此吸热峰为熔解所致，第二个吸热峰峰值温