實(shí)驗(yàn)12 聚合物的熱重分析

1、實(shí)驗(yàn)7 聚合物的熱重分析(TGA) 熱重分析(TGA)是以恒定速度加熱試樣，同時連續(xù)地測定試樣失重的一種動態(tài)方法。此外，也可在恒定溫度下，將失重作為時間的函數(shù)進(jìn)行測定。應(yīng)用TGA可以研究各種氣氛下高聚物的熱穩(wěn)定性和熱分解作用，測定水分、揮發(fā)物和殘?jiān)鏊軇┑膿]發(fā)性，水解和吸濕性，吸附和解吸，氣化速度和氣化熱；升華速度和升華熱，氧化降解，縮聚高聚物的固化程度，有填料的高聚物或摻和物的組成，它還可以研究固相反應(yīng)。因?yàn)楦呔畚锏臒嶙V圖具有一定的特征性，它也可作為鑒定之用。1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（1）了解熱重分析法在高分子領(lǐng)域的應(yīng)用。 （2）掌握熱重分析儀的工作原理及其操作方法，學(xué)會用熱重分析法測定聚合物的熱

2、分解溫度Td。2. 實(shí)驗(yàn)原理 熱重分析法(thermogravimetric analysis，TGA)是在程序控溫下，測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。現(xiàn)代熱重分析儀一般由4部分組成，分別是電子天平、加熱爐、程序控溫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(微計算機(jī))。通常，TGA譜圖是由試樣的質(zhì)量殘余率Y()對溫度T的曲線(稱為熱重曲線，TG)和/或試樣的質(zhì)量殘余率Y()隨時間的變化率dY/dt(%/min)對溫度T的曲線(稱為微商熱重法，DTG)組成，見圖240。溫度/圖240 TGA譜圖開始時，由于試樣殘余小分子物質(zhì)的熱解吸，試樣有少量的質(zhì)量損失，損失率為(100Y1)；經(jīng)過一段時間的加熱后，溫度升至T1

3、，試樣開始出現(xiàn)大量的質(zhì)量損失，直至T2，損失率達(dá)(Y1Y2)；在T2到T3階段，試樣存在著其他的穩(wěn)定相；然后，隨著溫度的繼續(xù)升高，試樣再進(jìn)一步分解。圖240中T1稱為分解溫度，有時取C點(diǎn)的切線與AB延長線相交處的溫度T1作為分解溫度，后者數(shù)值偏高。TGA在高分子科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。例如，高分子材料熱穩(wěn)定性的評定，共聚物和共混物的分析，材料中添加劑和揮發(fā)物的分析，水分(含濕量)的測定，材料氧化誘導(dǎo)期的測定，固化過程分析以及使用壽命的預(yù)測等。正如其他分析方法一樣，熱重分析法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也受到一些因素的影響，加之溫度的動態(tài)特性和天平的平衡特性，使影響TG曲線的因素更加復(fù)雜，但基本上可以分為兩類；（1

4、）儀器因素 升溫速率、氣氛、支架、爐子的幾何形狀、電子天平的靈敏度以及坩堝材料。（2）樣品因素 樣品量、反應(yīng)放出的氣體在樣品中的溶解性、粒度、反應(yīng)熱、樣品裝填、導(dǎo)熱性等。3. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料（1）儀器德國NETZSCH STA449C型熱重分析儀(見圖241和圖242所示)。儀器的稱量范圍500mg；精度1g；溫度范圍201650；加熱速率0.180K/min；樣品氣氛可為真空10Pa或惰性氣體和反應(yīng)氣體(無毒、非易燃)。 圖241 STA 449C型熱重分析儀 圖242 STA 449C型熱重分析透視圖 （2）試樣本試驗(yàn)使用聚乙烯。4. 實(shí)驗(yàn)步驟 （1）提前1h檢查恒溫水浴的水位，保持液面低

5、于頂面2cm。打開面板上的上下兩個電源，啟動運(yùn)行，并檢查設(shè)定的工作模式，設(shè)定的溫度值應(yīng)比環(huán)境溫度約高3。（2）按順序依次打開顯示器、電腦主機(jī)、儀器測量單元、控制器以及測量單元上電子天平的電源開關(guān)。（3）確定實(shí)驗(yàn)用的氣體(一般為N2)，調(diào)節(jié)輸出壓力(0.050.1MPa)，在測量單元上手動測試氣路的通暢，并調(diào)節(jié)好相應(yīng)的流量。 （4）從電腦桌面上打開STA 449測量軟件。打開爐蓋，確認(rèn)爐體中央的支架不會碰壁時，按面板上的“UP”鍵，將其升起，放入選好的空坩堝，確認(rèn)空坩堝在爐體中央支架上的中心位置后，按面板上的“DOWN”鍵，將其降下，并蓋好爐蓋。 （5）新建基線文件：打開一個空白文件，選擇“修正”，打開溫度校正文件，編程(輸入起始溫度、終止溫度和升溫速率)，運(yùn)行。 （6）TG曲線的測量：待上一程序正常結(jié)束并冷卻至80以下時，打開爐子，取出坩堝(同樣要注意支架的中心位置)。放入約5mg樣品，稱重(儀器自動給出)。然后打開基線文件，選擇基線加樣品的測量模式，編程運(yùn)行。 （7）數(shù)據(jù)處理：程序正常結(jié)束后會自動存儲，可打開分析軟件包對結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理完好可保存為另一種類型的文件。 （8）待溫度降至80以下時，打開爐蓋，拿出坩堝。 （9）按順序依次關(guān)閉軟件和退出操作系統(tǒng)，關(guān)閉電腦主機(jī)和測量單元電源。 （10）關(guān)閉恒溫水浴面板上的運(yùn)行開關(guān)和上下兩個電源開關(guān)，