《改性無機粉體材料 接枝率測定 熱重法》

T/SDAMAXXXXX—202X

ICS17.060SDAMA

CCSA43

團體標準

T/SDAMAXXX—202X

改性無機粉體材料接枝率測定

熱重法

Determinationofgraftingrateofmodifiedinorganicpowdermaterials—

Thermogravimetry

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

山東省新材料產(chǎn)業(yè)協(xié)會發(fā)布

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改性無機粉體材料接枝率測定

熱重法

1范圍

本文件規(guī)定了熱重法測量無機粉體材料接枝率的測量原理、測試條件、儀器設(shè)備和試劑材料、樣品

前處理方法、試驗準備、測試步驟、結(jié)果計算方法、不確定度來源分析等要求。

本文件適用于硅烷偶聯(lián)劑或相似表面活性劑改性無機粉體材料接枝率的測量，所述的無機粉體材料

尤其為在800℃下不發(fā)生質(zhì)量變化的無機非金屬氧化物粉體材料。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T6040紅外光譜分析方法通則

GB/T6425熱分析術(shù)語

GB/T8170數(shù)值修約規(guī)則與極限數(shù)值的表示和判定

JJG1135熱重分析儀檢定規(guī)程

JY/T0589.4熱分析方法通則

3術(shù)語和定義

GB/T6425-2008界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

熱重法thermogravimetry（TG）

在程序控溫和一定氣氛下，測量試樣的質(zhì)量與溫度或時間關(guān)系的技術(shù)。

[來源：GB/T6425-2008，3.2.1]

3.2

熱重曲線thermogravimetriccurve（TGcurve）

由熱重法測得的數(shù)據(jù)以質(zhì)量（或質(zhì)量分數(shù)）隨溫度或時間變化的形式表示的曲線。曲線的縱坐標為

質(zhì)量m（或質(zhì)量分數(shù)），向上表示質(zhì)量增加，向下表示質(zhì)量減?。粰M坐標為溫度T或時間t，自左向右表

示溫度升高或時間增長。

[來源：GB/T6425-2008，3.2.5]

3.3

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微商熱重曲線derivativethermogravimetriccurve（DTGcurve）

由測得的TG曲線，以質(zhì)量變化速率與溫度（溫度掃描型）或時間（恒溫型）的關(guān)系曲線。當試樣質(zhì)

量增加時，DTG曲線峰向上；質(zhì)量減少時，峰應(yīng)向下。

[來源：GB/T6425-2008，3.2.6]

4測試原理

使用清洗劑對未與無機材料發(fā)生化學反應(yīng)的改性劑進行清洗。使用紅外光譜儀檢測清洗液中改性劑

的特征基團，以確定清洗是否完全。

使用熱重儀或同步熱分析儀在相同的測試條件下檢測規(guī)定溫度范圍內(nèi)的改性前樣品的熱失重值和

改性后并清洗完全的樣品的熱失重值，這兩個熱失重值的差值即為接枝到材料上的有機物質(zhì)量百分比，

與初始投入的有機物質(zhì)量百分比相比，可計算得到接枝率。

清洗劑的選擇和改性劑的化學性質(zhì)相關(guān)，需要根據(jù)改性劑的類型進行清洗劑的選擇。

5測試條件

測試條件要求如下：

a）室內(nèi)溫濕度：溫度(10～30)℃，相對濕度≤70%。

b）室內(nèi)無明顯氣流波動。

6試劑和材料

試驗用試劑或材料要求如下：

a）清洗劑：

1）不與無機材料發(fā)生化學反應(yīng)。

2）不與改性劑發(fā)生化學反應(yīng)和互溶。

b）熱失重測試反應(yīng)氣氛：合成空氣。

7儀器和設(shè)備

涉及的主要儀器和設(shè)備如下：

a）熱重儀或同步熱分析儀：

1）溫度范圍：室溫～1650℃。

2）升溫速率：(0.001～50)℃/min。

b）傅里葉紅外光譜儀：

1）配有ATR附件。

2）波數(shù)范圍：(4000～400)cm-1。

c）電子天平：分度值為0.0001g。

d）離心機：轉(zhuǎn)速不低于4500r/min。

e）紅外燈：燈泡功率大于等于100w。

f）瑪瑙研缽：直徑大于等于90mm。

g）西林瓶：體積大于等于30mL。

h）移液槍：5mL。

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i）離心管：50mL。

j）巴斯德吸管：5mL。

8樣品

樣品要求如下：

a）樣品狀態(tài)：漿料、粉體。

b）要求改性前、后的漿料具有良好的分散性及穩(wěn)定性，漿料體積大于5mL。

c）要求改性前、后的粉體保持良好的化學穩(wěn)定狀態(tài)，質(zhì)量大于2g。

9測試步驟

9.1待測樣品前處理

改性后樣品應(yīng)按如下步驟進行前處理：

a）向離心管或西林瓶中加入樣品和清洗劑，制成懸濁液。

1）漿料樣品的處理：漿料和清洗劑的體積比為漿料：清洗劑=1:(1～2)，清洗次數(shù)為（10～15）

次。

2）粉體樣品的處理：粉體和清洗劑的質(zhì)量比例為粉體：清洗劑=1:(10～15)，清洗次數(shù)為（5～

10）次。

b）以轉(zhuǎn)速為(60～100)r/min，順著一個方向旋轉(zhuǎn)搖晃離心管或西林瓶，清洗待測樣品至少3min。

c）等待懸濁液靜置分層，若溶液長時間保持乳化狀態(tài)則需使用離心機離心沉降，設(shè)定離心條件為

4500r/min離心(5～15)min，至完全分層。

d）取分層后上清液1mL，使用紅外光譜ATR附件在不抽真空的環(huán)境下進行檢測(背景為分析純清

洗劑)，若其中不含有改性劑的特征基團，則認為清洗完成。

e）使用紅外燈照射清洗完畢的樣品，保持樣品溫度為(45±5)℃，持續(xù)(3～4)h，至樣品完全干

燥，再用瑪瑙研缽研磨烘干后的樣品至無明顯顆粒感，得到待測樣品，并置于干燥皿中備用。

9.2空白樣品前處理

按照9.1的規(guī)定處理改性前樣品，得到空白樣品。

9.3儀器參數(shù)設(shè)置

熱重儀測試參數(shù)具體見表1。

表1儀器測試參數(shù)

起始溫度終止溫度氣氛氣氛流量保護氣保護氣流量升溫速率

室溫800℃空氣40mL/min氮氣20mL/min10℃/min

9.4儀器校準

a）熱重儀器需進行質(zhì)量示值重復性校準（按照JJG1135-2017的規(guī)定進行校準）：分別取1mg、

10mg、20mg砝碼進行校準，1mg、10mg、20mg砝碼的示值重復性的絕對值分別不能超過0.005

mg、0.014mg、0.024mg。

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b）熱重儀器需進行質(zhì)量示值誤差校準（按照JJG1135-2017的規(guī)定進行校準）：分別取1mg、10

mg、20mg砝碼進行校準，1mg、10mg、20mg砝碼的示值誤差的絕對值分別不能超過0.021mg、

0.030mg、0.040mg。

9.5測試次數(shù)

平行測試兩次，結(jié)果取平均值。

9.6樣品測試

a）用熱重儀或同步熱分析儀上的天平或已校準的外置天平（9.3）分別稱取(10±2)mg的待測樣

品（9.1）和空白樣品（9.2）。

b）按照儀器使用說明進行操作。

10測試結(jié)果的表述與計算

分別對空白樣品（9.2）和待測樣品（9.1）的熱重曲線作微商熱重曲線（并平滑8次），定義起點失

重溫度T0，選取800℃作為失重終點溫度。使用儀器軟件計算空白樣品（9.2）質(zhì)量變化值W0、待測樣品

（9.1）質(zhì)量變化值W1。根據(jù)質(zhì)量變化即可求得接枝率。

接枝率計算公式參見附錄A，測試示例參見附錄B。

在重復性條件下獲得的兩次獨立測定結(jié)果的相對偏差≤±4%。

相對偏差計算公式：相對偏差=[|單次測定值-平均值|/平均值]×100%。

11不確定度來源分析

接枝率不確定度來源分析如下：

）測量重復性與樣品均勻性引入的不確定度。

auA

）儀器校準引入的不確定度。

buB

12試驗報告

試驗報告應(yīng)當包括但不限于下列內(nèi)容：

a）報告的唯一性標識(如編號)，委托單號；

b）委托單位的名稱和地址；

c）實驗室名稱和地址；

d）樣品描述，樣品名稱和批號，唯一性的明確標識；

e）樣品接收日期，測試日期，報告日期；

f）測試所依據(jù)的標準的標識，包括名稱及代號；

g）樣品所用改性劑和清洗劑，前處理條件；

h）測試環(huán)境條件，儀器設(shè)備，儀器設(shè)備參數(shù)的描述，原始數(shù)據(jù)；

i）測試結(jié)果及表示，不確定度的說明；

j）報告簽發(fā)人的簽名；

k）測試結(jié)果僅對被測對象有效的聲明；

l）未經(jīng)實驗室書面批準，不得部分復制報告的聲明；

m）測試過程中的任何異常現(xiàn)象或本標準的變化。

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附錄A

（資料性）

接枝率計算公式

A.1接枝率計算公式

接枝率應(yīng)按公式（A.1）進行計算：

接枝率%（A.1）

W1?W0

式中：=100%?W0×100

——空白樣品（9.2）（改性前）T0～800℃的熱失重值，單位為%；

——待測樣品（9.1）（改性后）T0～800℃的熱失重值，單位為%。

W0

計算結(jié)果保留至小數(shù)點后兩位，數(shù)值修約按照GB/T8170進行。

W1

A.2選擇方法

aT）0若該范圍內(nèi)樣品DTG曲線在(200～300)℃與X軸平行，則定義該平行線段的中點對應(yīng)的溫度為

T0（圖A.1）。

T0

圖A.1在（200～300）℃，DTG曲線與X軸平行時T0點的選擇

b）若該范圍內(nèi)樣品DTG曲線在（200～300）℃與X軸不平行，并且在室溫～200℃出現(xiàn)變化的絕

對值大于0.2%/min，則定義（200～300）℃中曲線凸點或X軸相平行的溫度為T0（圖A.2）。

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T0

圖A.2在（200～300）℃，DTG曲線與X軸不平行時T0點的選擇

根據(jù)樣品DTG曲線的情況定義起點溫度T0，要求改性前后的T0選擇要完全相同。

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附錄B

（資料性）

接枝率測試示例

B.1樣品前處理

樣品為改性前和改性后的漿料。取5mL改性前漿料和5mL清洗劑加入一個西林瓶中，另取5mL

改性后漿料和5mL清洗劑加入另一個西林瓶中。以轉(zhuǎn)速100r/min，順著一個方向旋轉(zhuǎn)搖晃西林瓶，

清洗待測樣品3min，以4500r/min離心5min后取下層漿料，重復上述清洗步驟15次。取上清液石

油醚清洗試劑，通過觀察紅外譜圖上硅烷偶聯(lián)劑的特征基團判定是否有硅烷偶聯(lián)劑，方法是在波數(shù)

(1200～1100)cm-1范圍內(nèi)，當紅外譜線平滑且透過率大于95%時，判定不含有硅烷偶聯(lián)劑。使用紅外燈

照射清洗完畢的下層漿料并保持下層漿料溫度為(45±5)℃，持續(xù)3h后樣品完全干燥。使用瑪瑙研缽

研磨干燥樣品至無明顯顆粒感后放入干燥皿中待測。

經(jīng)過清洗的改性后樣品為待測樣品，清洗后的改性前樣品為空白樣品。

注：改性劑為硅烷偶聯(lián)劑時，優(yōu)選的清洗劑為分析純油醚（60～90）或其他弱極性有機試劑，且沸點低于150℃。

B.2儀器參數(shù)設(shè)置

熱重儀測試參數(shù)見表1。

B.3樣品測試

用校準過的同步熱分析儀內(nèi)置天平分別稱取并測試待測樣品和空白樣品。

B.4測試結(jié)果

平行測試兩次的熱重譜圖如B.1和B.2所示。計算結(jié)果如表B.2所示。

表B.2接枝率計算結(jié)果

W1W0接枝率平均值相對偏差

樣品

（%）（%）（%）（%）（%）

平行樣一10.838.982.03

1.982.83

平行樣二10.648.891.92

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圖B.1平行樣一的TG和DTG譜圖

圖B.2平行樣二的TG和DTG譜圖

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附錄C

（資料性）

測試原始記錄格式示例

報告編號：

委托單號樣品編號檢測依據(jù)

設(shè)備名稱設(shè)備編號設(shè)備型號檢定/校準有效期至環(huán)境條件

溫度℃，相對濕度%

①樣品狀態(tài)：；樣品與清洗劑的比例：

前處理條件②轉(zhuǎn)速：r/min；清洗時間：min；離心時間：min

③紅外波數(shù)范圍：cm-1；透過率：%

起始溫度：；終止溫度：；升溫速率：

測試條件