材料测试-热重分析TG.ppt

6.1 绪 论 热分析（thermal analysis）：以热进行分析的一种方法。 1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA）第七次会议上，给热分析下的定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的关系的一类技术。 其数学表达式为：P＝f（T） 程序控制温度一般是指线性升温或线性降温，也包括恒温、循环或非线性升温、降温。也就是把温度看作是时间的函数： T＝φ ( t ) 其中t是时间。 热分析存在的客观物质基础 在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到1500℃ （或2400℃ ），任何两种物质的所有物理、化学性质是不会完全相同的。因此，热分析的各种曲线具有物质“指纹图”的性质。 热分析应用领域及研究内容 应用的广泛性 热分析广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与地质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻工等领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及医学的迅速发展有密切的关系。 Ti：起始反应温度；Tf：反应终了温度；反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；Tp：最大失重速率温度；多步反应过程可看作是数个单步过程的连续进行或叠加。 TG曲线形状图 DTG曲线形状图 升温速率对TG曲线的影响： 影响热重测定的主要因素 （1）升温速率：5-20 ℃ /min，常用10 ℃/ min （2）环境气氛：氮气（惰性），空气（氧化） （3）试样量及形状：5-20mg，颗粒小而均匀 （4）其他因素：试样盘形状、浮力的变化、热对流等 6.2.4 TG在高聚物研究中的应用 （2）关键温度表示法 B. 测定共聚物中添加剂的含量 聚丁酸乙烯酯（PVB)树脂中的增塑剂含量的确定 确定高聚物中挥发物的含量 从初期失重，可估计共聚物的组成与用化学的/ IR / NMR相比，TG法快速又精确． 利用高聚物的特征热谱图，可对高聚物的种类进行鉴别。一般高聚物的TG谱图可从有关手册或文献中找到。 E. 与其他测试方法联用 应用TG法分析聚合物中的各种添加剂，包括有机的和无机添加剂，有着独特之处，比一般的方法要简单方便． 重量变化（毫克） A. 测定高聚物的热稳定性 根据TG谱图可以简捷的比较不同高聚物的热稳定性。根据TG谱图提供的信息，可为正确地选择高聚物的加工温度区间和制品的使用温度极限提供一定的依据。 （1）相同条件比较法：同一台天平上，同样条件下进行热分析 （3）最大失重速率法 图1 PVC及PVC/HNTs复合材料在氮气氛围的热重曲线 最大失重速率峰对应温度随着填料（HNTs）用量而增加,说明热稳定性增加。 图2 PVC及PVC/HNTs复合材料在氮气氛围的微分热失重曲线 比较DTG曲线的峰顶温度Tp 例如：比较聚氯乙烯/高岭土复合材料的热性能 增塑剂：如DOP/DBP，挥发温度分别为380 ℃/340 ℃ 交联剂、抗氧剂：微量，难以检测 填料：碳酸钙、滑石粉、玻纤等 炭黑在N2中不失重，在空气中氧化成CO2气体 溶剂：水、芳烃、醇、酯、酮类溶剂，有相应的挥发温度 。。。。。。 曲线2的前半部分形状是由于增塑剂的挥发造成的失重，由此可算出增塑剂的含量．若升温速率很小或在等温下试验则可得到更精确的结果． 失重量的计算： 平台区：AB表示试样在此温度区间是稳定的，其组成为CuSO4·5H2O，其重量为W0； BC表示第一次失重，失重量W0－W1，对应失重率为(W0－W1)／W0 ×100％； 平台CD代表另一个稳定组成，相应重量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。 DE和FG分别代表第二、三次失重，总失重率(W0－W3)／W0 ×100％，即失水百分数。固体余重量为W3 0 CuSO4·5H2O 的TG曲线 结晶硫酸铜分三阶段脱水： CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ （1） CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ （2） CuSO4· H2O → CuSO4＋H2O↑ （3） 一、第一次理论失重率为2×H2O／CuSO4·5H2O = 14.4％ 二、第二次理论失重率也是14．4％； 三、第三次理论失重率为7．2％； 理论固体余重63．9％，总水量36．1％。如TG测定与其基本一致，说明TG曲线第一、二次失重分别失去2个H2O，第三次失去1个H2O。 汽车轮胎橡胶TG图 如高聚物样品中含有水分、残留溶剂、未反应完的单体或其他挥发组分时，可以很方便地用TG进行定量。另外，样品对某些介质的吸附、吸收和解析作用也可用TG进行研究。 乙烯和乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线 对乙烯-乙酸乙烯酯共聚