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热重分析仪的影响因素
点击次数:529 发布时间:2017-06-21
 
  试样量和试样皿
 
  热重法测定,试样量要少,一般2~5mg。一方面是因为仪器天平灵敏度很高(可达0.1μg),另一方面如果试样量多,传质阻力越大,试样内部温度梯度大,甚至试样产生热效应会使试样温度偏离线性程序升温,使TG曲线发生变化,粒度也是越细越好,尽可能将试样铺平,如粒度大,会使分解反应移向高温。
 
  试样皿的材质,要求耐高温,对试样、中间产物、zui终产物和气氛都是惰性的,即不能有反应活性和催化活性。通常用的试样皿有铂金的、陶瓷、石英、玻璃、铝等。特别要注意,不同的样品要采用不同材质的试样皿,否则会损坏试样皿,如:碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅酸钠,所以象碳酸钠一类碱性样品,测试时不要用铝、石英、玻璃、陶瓷试样皿。铂金试样皿,对有加氢或脱氢的有机物有活性,也不适合作含磷、硫和卤素的聚合物样品,因此要加以选择。
 
  升温速率
 
  升温速度越快,温度滞后越严重,如聚苯乙烯在N2中分解,当分解程度都取失重10%时,用1℃/min测定为357℃,用5℃/min测定为394℃相差37℃。升温速度快,使曲线的分辨力下降,会丢失某些中间产物的信息,如对含水化合物慢升温可以检出分步失水的一些中间物。
 
  气氛影响
 
  热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著,CaCO3在真空、空气和CO2三种气氛中的TG曲线,其分解温度相差近600℃,原因在于CO2是CaCO3分解产物,气氛中存在CO2会抑制CaCO3的分解,使分解温度提高。
 
  聚丙烯在空气中,150~180℃下会有明显增重,这是聚丙烯氧化的结果,在N2中就没有增重。气流速度一般为40ml/min,流速大对传热和溢出气体扩散有利。
 
  挥发物冷凝
 
  分解产物从样品中挥发出来,往往会在低温处再冷凝,如果冷凝在吊丝式试样皿上会造成测得失重结果偏低,而当温度进一步升高,冷凝物再次挥发会产生假失重,使TG曲线变形。解决的办法,一般采用加大气体的流速,使挥发物立即离开试样皿。
 
  浮力
 
  浮力变化是由于升温使样品周围的气体热膨胀从而相对密度下降,浮力减小,使样品表观增重。如:300℃时的浮力可降低到常温时浮力的一半,900℃时可降低到约1/4。实用校正方法是做空白试验,(空载热重实验),消除表观增重。
 
  TG曲线关键温度表示法
 
  失重曲线上的温度值常用来比较材料的热稳定性,所以如何确定和选择十分重要,至今
 
  华通特种工程塑料研究中心PE的TG曲线
 
  华通特种工程塑料研究中心PE的TG曲线
 
  还没有统一的规定。但人们为了分析和比较的需要,也有了一些大家认可的确定方法。A点叫起始分解温度,是TG曲线开始偏离基线点的温度;B点叫外延起始温度,是曲线下降段切线与基线延长线的交点。C点叫外延终止温度,是这条切线与zui大失重线的交点。D点是TG曲线到达zui大失重时的温度,叫终止温度。E、F、G分别为失重率为5%、10%、50%时的温度,失重率为50%的温度又称半寿温度。其中B点温度重复性zui好,所以多采用此点温度表示材料的稳定性。当然也有采用A点的,但此点由于诸多因素一般很难确定。如果TG曲线下降段切线有时不好画时,美国ASTM规定把过5%与50%两点的直线与基线的延长线的交点定义为分解温度;国际标准局(ISO)规定,把失重20%和50%两点的直线与基线的延长线的交点定义为分解温度。[1]
 
  聚合物热稳定性的评价
 
  评价聚合物热稳定性zui简单、方便的方法,是做不同材料的TG曲线并画在一张图上比较。右图测定了五种聚合物的热重曲线,由图可知,PMMA、PE、PTFE都可以完全分解,但热稳定性依次增加。PVC稳定性较差,*步失重阶段是脱HCl,发生在200~300℃,脱HCl后分子内形成共轭双键,热稳定性提高(TG曲线下降缓慢),直至较高温度约420℃时大分子链断裂,形成第二次失重。PMMA分解温度低是分子链中叔碳和季碳原子的键易断裂所致,PTFE是由于链中C-F键键能大,故热稳定性大大提高。聚酰亚胺PI由于含有大量的芳杂环结构,需850℃才分解40%左右,热稳定性较强。

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