熱重分析儀的影響因素

 

　　熱重法測(cè)定，試樣量要少，一般2～5mg。一方面是因?yàn)閮x器天平靈敏度很高(可達(dá)0．1μg)，另一方面如果試樣量多，傳質(zhì)阻力越大，試樣內(nèi)部溫度梯度大，甚至試樣產(chǎn)生熱效應(yīng)會(huì)使試樣溫度偏離線性程序升溫，使TG曲線發(fā)生變化，粒度也是越細(xì)越好，盡可能將試樣鋪平，如粒度大，會(huì)使分解反應(yīng)移向高溫。

 

　　試樣皿的材質(zhì)，要求耐高溫，對(duì)試樣、中間產(chǎn)物、zui終產(chǎn)物和氣氛都是惰性的，即不能有反應(yīng)活性和催化活性。通常用的試樣皿有鉑金的、陶瓷、石英、玻璃、鋁等。特別要注意，不同的樣品要采用不同材質(zhì)的試樣皿，否則會(huì)損壞試樣皿，如：碳酸鈉會(huì)在高溫時(shí)與石英、陶瓷中的SiO2反應(yīng)生成硅酸鈉，所以象碳酸鈉一類堿性樣品，測(cè)試時(shí)不要用鋁、石英、玻璃、陶瓷試樣皿。鉑金試樣皿，對(duì)有加氫或脫氫的有機(jī)物有活性，也不適合作含磷、硫和鹵素的聚合物樣品，因此要加以選擇。

 

　　升溫速率

 

　　升溫速度越快，溫度滯后越嚴(yán)重，如聚苯乙烯在N2中分解，當(dāng)分解程度都取失重10%時(shí)，用1℃/min測(cè)定為357℃，用5℃/min測(cè)定為394℃相差37℃。升溫速度快，使曲線的分辨力下降，會(huì)丟失某些中間產(chǎn)物的信息，如對(duì)含水化合物慢升溫可以檢出分步失水的一些中間物。

 

　　氣氛影響

 

　　熱天平周圍氣氛的改變對(duì)TG曲線影響顯著，CaCO3在真空、空氣和CO2三種氣氛中的TG曲線，其分解溫度相差近600℃，原因在于CO2是CaCO3分解產(chǎn)物，氣氛中存在CO2會(huì)抑制CaCO3的分解，使分解溫度提高。

 

　　聚丙烯在空氣中，150～180℃下會(huì)有明顯增重，這是聚丙烯氧化的結(jié)果，在N2中就沒(méi)有增重。氣流速度一般為40ml/min，流速大對(duì)傳熱和溢出氣體擴(kuò)散有利。

 

　　揮發(fā)物冷凝

 

　　分解產(chǎn)物從樣品中揮發(fā)出來(lái)，往往會(huì)在低溫處再冷凝，如果冷凝在吊絲式試樣皿上會(huì)造成測(cè)得失重結(jié)果偏低，而當(dāng)溫度進(jìn)一步升高，冷凝物再次揮發(fā)會(huì)產(chǎn)生假失重，使TG曲線變形。解決的辦法，一般采用加大氣體的流速，使揮發(fā)物立即離開(kāi)試樣皿。

 

　　浮力

 

　　浮力變化是由于升溫使樣品周圍的氣體熱膨脹從而相對(duì)密度下降，浮力減小，使樣品表觀增重。如：300℃時(shí)的浮力可降低到常溫時(shí)浮力的一半，900℃時(shí)可降低到約1/4。實(shí)用校正方法是做空白試驗(yàn)，(空載熱重實(shí)驗(yàn))，消除表觀增重。

 

　　失重曲線上的溫度值常用來(lái)比較材料的熱穩(wěn)定性，所以如何確定和選擇十分重要，至今還沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)定。但人們?yōu)榱朔治龊捅容^的需要，也有了一些大家認(rèn)可的確定方法。A點(diǎn)叫起始分解溫度，是TG曲線開(kāi)始偏離基線點(diǎn)的溫度；B點(diǎn)叫外延起始溫度，是曲線下降段切線與基線延長(zhǎng)線的交點(diǎn)。C點(diǎn)叫外延終止溫度，是這條切線與zui大失重線的交點(diǎn)。D點(diǎn)是TG曲線到達(dá)zui大失重時(shí)的溫度，叫終止溫度。E、F、G分別為失重率為5%、10%、50%時(shí)的溫度，失重率為50%的溫度又稱半壽溫度。其中B點(diǎn)溫度重復(fù)性，所以多采用此點(diǎn)溫度表示材料的穩(wěn)定性。當(dāng)然也有采用A點(diǎn)的，但此點(diǎn)由于諸多因素一般很難確定。如果TG曲線下降段切線有時(shí)不好畫(huà)時(shí)，美國(guó)ASTM規(guī)定把過(guò)5%與50%兩點(diǎn)的直線與基線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)定義為分解溫度；標(biāo)準(zhǔn)局(ISO)規(guī)定，把失重20%和50%兩點(diǎn)的直線與基線的延長(zhǎng)線的交點(diǎn)定義為分解溫度。

 

　　聚合物熱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)

 

　　評(píng)價(jià)聚合物熱穩(wěn)定性zui簡(jiǎn)單、方便的方法，是做不同材料的TG曲線并畫(huà)在一張圖上比較。右圖測(cè)定了五種聚合物的熱重曲線，由圖可知，PMMA、PE、PTFE都可以*分解，但熱穩(wěn)定性依次增加。PVC穩(wěn)定性較差，*步失重階段是脫HCl，發(fā)生在200～300℃，脫HCl后分子內(nèi)形成共軛雙鍵，熱穩(wěn)定性提高(TG曲線下降緩慢)，直至較高溫度約420℃時(shí)大分子鏈斷裂，形成第二次失重。PMMA分解溫度低是分子鏈中叔碳和季碳原子的鍵易斷裂所致，PTFE是由于鏈中C-F鍵鍵能大，故熱穩(wěn)定性大大提高。聚酰亞胺PI由于含有大量的芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)，需850℃才分解40%左右，熱穩(wěn)定性較強(qiáng)。