热分析在高分子领域应用

热分析在高分子材料领域的应用热分析的定义

热分析（thermalanalysis），是在程序控制温度下测量样品的性质随温度或时间变化的一组技术，它在定性、定量表征材料的热性能、物理性能、机械性能以及稳定性等方面有着广泛地应用。热分析分类热重分析法（TG）动态热机械分析法（DMA）

）差示扫描量热法（DSC）差热分析法（DTA）热分析（测量对象）DSCTGDTADMA复合分析医药品香料･化妆品有机、无机药品触媒火药食品生物体･液晶油脂･肥皂洗涤剂橡胶高分子･塑料纤维油墨･顔料･染料･塗料粘着剂玻璃金属陶瓷･粘土･矿物水泥电子材料木材･纸建材公害工业废弃物热分析的历史規格热分析装置的利用领域1.热重分析法（TG）及其在高分子材料方面的应用热重法（TG）是在程序温度控制下测量试样的质量随温度或时间变化的一种技术。热重分析主要研究在惰性气体中、空气中、氧气中材料的热的稳定性、热分解作用和氧化降解等化学变化；还广泛用于研究涉及质量变化的所有物理过程，如测定水分、挥发物和残渣，吸附、吸收和解吸，气化速度和气化热，升华速度和升华热；有填料的聚合物或共混物的组成等。

研究方向高分子材料组分测定高分子材料热稳定性研究在聚合物中的应用

一、测定高聚物的热稳定性

评价高分子材料热稳定性最简单、最直接的方法，是将不同材料的TG曲线画在同一张图上进行比较。如图测定了5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，第一步失重阶段是脱HCl，发生在200~300℃，脱HCl后分子内形成共轭双键，热稳定性提高，直至较高温度约420℃是大分子链断裂，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C-F键能大，故热稳定性大大提高，聚酰亚胺PI由于含有大量芳杂环结构，需850℃才分解40%左右，热稳定性较强。在比较热稳定性时，除了比较开始失重的温度外，还要比较失重速率。

二、组成的剖析

1.添加剂和杂质的分析

TG用于分析高分子材料中各种添加剂和杂质有着独特之处，且快速方便。添加剂和杂质可分为两类，一类是挥发性的，如水、增塑剂等，它们在树脂分解之前已先逸出；另一类是无机填料如二氧化硅、玻璃纤维等，它们在树脂分解后仍然残留。左图是用SiO2和炭黑填充的聚四氟乙烯的TG曲线，先在N2气中加热至600℃，在切换成空气继续加热到700℃，烧掉炭黑，就能分别对炭黑和SiO2进行定量。1.添加剂和杂质的分析

TG用于分析高分子材料中各种添加剂和杂质有着独特之处，且快速方便。添加剂和杂质可分为两类，一类是挥发性的，如水、增塑剂等，它们在树脂分解之前已先逸出；另一类是无机填料如二氧化硅、玻璃纤维等，它们在树脂分解后仍然残留。在聚合物中的应用1.添加剂和杂质的分析

TG用于分析高分子材料中各种添加剂和杂质有着独特之处，且快速方便。添加剂和杂质可分为两类，一类是挥发性的，如水、增塑剂等，它们在树脂分解之前已先逸出；另一类是无机填料如二氧化硅、玻璃纤维等，它们在树脂分解后仍然残留。在聚合物中的应用左图是用SiO2和炭黑填充的聚四氟乙烯的TG曲线，先在N2气中加热至600℃，在切换成空气继续加热到700℃，烧掉炭黑，就能分别对炭黑和SiO2进行定量。DSC及其在高分子材料方面的应用差示扫描量热法：简称DSC，这是在程序温度控制下测量物质与参比物之间单位时间的能量差（或功率差）随温度变化的一种技术。该能量差（或功率差）能反映样品随温度或时间变化所发生的焓变；当样品吸收能量时，焓变为吸热；当样品释放能量时，焓变为放热。在DSC曲线中，对诸如熔融、结晶、固-固相转变或化学反应等的热效应呈峰形；对诸如玻璃化转变等的比热容变化，则呈台阶形。

DSC可用于研究高分子材料的玻璃化转变温度、熔融温度、熔化热、结晶温度、结晶热、固化温度、固化反应动力学等，以及用于聚合物共混物的成分检测，含水材料中非结合水量及结合水量的测定等。玻璃化转变温度的确定方法1方法2方法3123熔点的确定精确测定熔点最常用的测定方法峰值法典型的DSC曲线典型的差示扫描量热（DSC）曲线以热流率（dH/dt）为纵坐标、以时间（t）或温度（T）为横坐标，即dH/dt-t（或T）曲线。曲线离开基线的位移即代表样品吸热或放热的速率。曲线中峰或谷包围的面积即代表热量的变化。可以直接测量样品在发生物理或化学变化时的热效应。相容性研究高分子材料改性的最有效方法之一就是将不同性质的聚合物进行共混，利用DSC测定高分子共混物的Tg是研究高分子共混物结构的一种十分简便且有效的方法。例如，对于不相容性的高分子共混物，在它们的DSC曲线上将显示共混高分子各自的玻璃化转变，而对于完全相容的高分子共混物，它们的DSC曲线上将显示一个玻璃化转变，部分相容的高分子共混物，其共混组分的玻璃化转变会互相靠拢，若在曲线上显示与共混组分的Tg不同的玻璃化转变温度，表明不同共混组分间相容性较好。完全相容部分相容不相容TE”DTA及其在高分子材料方面的应用差热分析（DTA）是在程序温度控制下，测量物质与参比物之间温度差随温度变化的一种技术。在程序升温或降温下，参比物是没有放热或吸热效应的，当然是指在一定的温度范围内。试样在一定的升温或降温范围内常常伴有热的效应发生，所以差热分析可以用于材料的玻璃化转变温度，熔融及其结晶效应、降解等方面的研究，它的技术且能在高温高压下测量高分子材料的性能，得到广泛的应用，但其不能求出各个瞬间的吸放热速度。数学表达式为：△T＝Ts－Tr＝（T或t）其中：Ts，Tr分别代表试样及参比物温度；T是程序温度；t是时间。记录的曲线叫差热曲线或DTA曲线。在实验过程中，若样品受热发生熔融、脱水、分解或相转变时将出现吸热效应，发生结晶、氧化等现象时将产生放热效应。1、玻璃化转变2、冷结晶3、熔融或脱水4、氧化、交联、固化5、分解DSC与DTA曲线的区别物理意义不同

DSC曲线的纵坐标表示热流率，mJ/s，峰面积表示焓变

DTA曲线的纵坐标表示温度差，

C，峰面积不表示焓变DSC曲线的吸收峰为上凸峰，DTA曲线