高聚物的差热热重分析DTA/TG原理
高聚物的差热热重分析DTA/TG原理
差热分析，简称DTA，是将被测试样加热或冷却时，由于温度导致试样内部产生物理或化学变化，追踪热量变化的一种分析方法。热重分析，简称TG，是将被测试样加热，由于温度导致试样重量变化的分析方法。综合热分析仪是具有微机数据处理系统的热重—差热联用热分析仪器，是一种在程序温度（等速升降温、恒温和循环）控制下，测量物质的质量和热量随温度变化的分析仪器。常用以测定物质在熔融、相变、分解、化合、凝固、脱水、蒸发、升华等特定温度下发生的热量和质量变化，广泛应用于无机、有机、石化、建材、化纤、冶金、陶瓷、制药等领域，是国防、科研、大专院校、工矿企业等单位研究不同温度下物质物理、化学变化的重要分析仪器。差热分析作为一种重要的热分析手段已广为应用，它可以研究高聚物对热敏感的各种化学及物理过程，物理变化如：玻璃化转变、晶型转变、结晶过程、熔融、纯度变化等；化学变化如：加聚反应、缩聚反应、硫化、环化、交联、固化、氧化、热分解、辐射变化等。需指出，由于高聚物的物理或化学变化对热敏感的特性是很复杂的，所以常需要结合其它实验方法如动态力学试验、气质联用等对差热分析热谱图进行深入研究，从而进一步探讨高聚物的结构和性能间的关系。
仪器由热天平主机、加热炉、冷却风扇、微机温控单元、天平放大单元、微分单元、差热放大单元、接口单元、气氛控制单元、PC微机、打印机等组成。
实验时，将试样和惰性参比物（在测定的温度范围内不产生热效应的热惰性物质，常用ą-氧化铝、石英粉、硅油等）置于温度均匀分布的坩埚（样品池）的适当位置，将坩埚（样品池）组合于加热炉中，控制其等速升温或降温。在此变温过程中，若试样发生物理或化学变化，则在对应的温度下吸收或放出热量改变其温度，使试样和参比物之间产生一定的温度（ΔT）。将ΔT放大，记录试样与参比物的温度ΔT随温度T的变化，即ΔT~T曲线。此曲线通常称为差热曲线或差热热谱。
实验7 聚合物的热重分析(TGA)
热重分析(TGA)是以恒定速度加热试样，同时连续地测定试样失重的一种动态方法。此外，也可在恒定温度下，将失重作为时间的函数进行测定。应用TGA可以研究各种气氛下高聚物的热稳定性和热分解作用，测定水分、挥发物和残渣，增塑剂的挥发性，水解和吸湿性，吸附和解吸，气化速度和气化热；升华速度和升华热，氧化降解，缩聚高聚物的固化程度，有填料的高聚物或掺和物的组成，它还可以研究固相反应。因为高聚物的热谱图具有一定的特征性，它也可作为鉴定之用。
1. 实验目的
（1）了解热重分析法在高分子领域的应用。
（2）掌握热重分析仪的工作原理及其操作方法，学会用热重分析法测定聚合物的热分解温度Td。
2. 实验原理
热重分析法(thermogravimetric analysis，TGA)是在程序控温下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。现代热重分析仪一般由4部分组成，分别是电子天平、加热炉、程序控温系统和数据处理系统(微计算机)。通常，TGA谱图是由试样的质量残余率Y(％)对温度T的曲线(称为热重曲线，TG)和/或试样的质量残余率Y(％)随时间的变化率dY/dt(%/min)对温度T的曲线(称为微商热重法，DTG)组成，见图2－40。
温度/℃
图2－40 TGA谱图
开始时，由于试样残余小分子物质的热解吸，试样有少量的质量损失，损失率为(100－Y1)％；经过一段时间的加热后，温度升至T1，试样开始出现大量的质量损失，直至T2，损失率达(Y1－Y2)％；在T2到T3阶段，试样存在着其他的稳定相；然后，随着温度的继续升高，试样再进一步分解。图2－40中T1称为分解温度，有时取C点的切线与AB延长线相交处的温度T1′作为分解温度，后者数值偏高。
TGA在高分子科学中有着广泛的应用。例如，高分子材料热稳定性的评定，共聚物和共混物的分析，材料中添加剂和挥发物的分析，水分(含湿量)的测定，材料氧化诱导期的测定，固化过程分析以及使用寿命的预测等。
1 / 5 第三章 PANI/ Sm2O3复合材料的热重分析(TG-DTG)
3.1 PANI/ Sm2O3复合材料的热重分析(TG-DTG)
热稳定性是评价聚苯胺复合材料性能好坏的重要指标。了解聚苯胺复合材料的热行为有助于确定其适宜的加工条件和可能的应用。良好的稳定性能赋予聚合物器件更好的使用性能。因此有必要对影响复合材料的热稳定性的各种因素进行研究。
本文采用北京恒久科学仪器厂生产的微机差热天平（HCT-1）对合成的PANI/Sm2O3复合材料的热性能进行分析。(校正方法)
测试方法：取少量（10毫克左右）样品置于样品池后升温，升温速率为10℃/min,温度范围：室温～800℃,实验气氛为空气。
本章主要考察了Sm2O3用量对PANI/Sm2O3复合材料的热稳定性及其热力学行为的影响。
3.1.1. PANI/ Sm2O3复合材料成分计算
。
PANI/Sm2O3复合材料的成分可以从TG曲线中分析得到。具体计算方法如下（以PANI/Sm2O3（78/22(w/w)）复合材料为例）：由图3-1可知，PANI/Sm2O3复合材料的TG曲线在592℃时总的质量损失为93.6 %，并保持到800℃，其质量不再损失。相比较而言，在同样的温度范围内，纯PANI的总质量损失为85.2 %，纯Sm2O3的质量损失为8.8 %。根据参考文献[16]介绍的方法可知，每克PANI/Sm2O3复合材料中聚苯胺的含量为（100-8.8-14.8）% = 78 %，Sm2O3的含量为22 %。
01002003004005006007008009000204060801003
2Mass/%Temperature/℃1-纯Sm2O32-100%PANI3-10%Sm2O3PANI/Sm2O3--78%/22%(W/W)1 2 / 5 01002003004005006007008009000204060801003
第18讲
教学目的：使学生了解热分析的分类和术语
教学要求：掌握热重分析的定义、影响因素
教学重点：热重分析的定义、影响因素
教学难点：热重及微商热重
教学拓展：热重质谱联用
作业：
1.简述热分析的定义和分类？
2.简述热重分析的原理和影响因素？
3.热重法和微商热重法的区别是什么？
第三章热分析
第1节 热重分析
1.1概述：
热分析的起源与发展
发明人：ChatelierH.Le(1887)，他实际上并没有测定试样和参比物之间的温度差，而是
把Pt-Pt10%Rh热电偶(用一根热电偶)插入受热的粘土试样中，加热速度为每2秒4℃，热电
偶电动势用照相法记录下来，若粘土在加热过程中没有发生热变化，则照相记录是一系列距离
的线条，若有热变化，则线条是由一系列疏密不同的线条组成的。由于他只用了一根热电偶，
严格地说只能叫热分析，算不上差热分析。 十二年后(1899)，英国人Roberts-Austen
W.C.改良了恰特利的装置，采用两个热电偶反相连接，一个热电偶插入样品中，另一个插到参
比物内，记录试样与参比物间产生的温度差ΔT，这就是目前广泛使用的差热分析法的原始模
型。
热分析的定义
热分析（Thermal Analysis），国际热分析协会（International Confederation for Thermal
Analysis简称ICTA），在1968年第二次国际热分析会议上通过一个命名报告中作过阐明，而
后在1977年第五次国际热分析会议上又作了修订。定义如下：
“在程控温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。”此处所说的物质是指被
测样品和（或）它的反应产物，而程序温度一般采用线性程序，但也可以是温度的对数或倒数
程序。
按照定义，称为热分析技术必须满足下述三条标准：
1．必须测量物质的某种物理性质。诸如热学的、力学的、电学的、光学的、磁学的和声
学的等。因此，热分析技术所涉及的范围极其广泛。
