TGA培训教程newPPT课件

1、热分析技术培训 Part II : TGA,华诚 TEA专员 2011.9,TGA分析的原理 及仪器结构,.3,热重分析法 (THERMOGRAVIMETRIC ANALYZER),将样品置于控制环境下，改变其温度或者保持某一固定温度去观察样品重量变化的一种技术。,热重分析仪 - TGA,.4,TGA测试曲线,.5,热分析得到的结果示意,样品品质 变化 DSC(Ex) TGA TMA DMA,结晶 半结晶 -无定形 -半结晶 -常规 -液态 -反应性样品,-固体 熔融,再结晶 升华 固固转变 玻璃化转变 不发生Tg的软化 交联 分解 键合脱除 （吸附、解吸附） 蒸发 化学反应 反应度 %,.6

2、,主要元件,温度控制装置 - 炉子, 热电偶 重量测试装置 - 量热微天平,TGA设计原理,上置式样品盘 量热微天平位于下方 水平式样品盘 量热微天平位于水平位置 下置式样品盘 量热微天平位于上方,TGA主流设计方案,.8,PerkinElmer TGA 型号,Pyris 1 TGA （TGA 7） 标准炉 室温 1000 oC 高温炉 室温 1500 oC TGA 4000 标准炉 15 1000 oC,.9,TGA 的设计结构 - Pyris 1 TGA,.10,PYRIS 1 TGA 天平恒温控制系统,天平元件 影响TGA灵敏度的最主要部件 天平室恒温控制系统 保持天平室内恒温 降低噪音

3、和漂移,.11,Pyris 1 TGA 隔绝对流系统,对流 降低TGA灵敏度的主要因素 隔绝对流系统 降低不确定性 测试结果是目前TGA测试最佳,.12,Pyris 1 TGA 离子气体抗静电,静电 影响方便性和准确性 离子气体抗静电 高压放电 解决静电问题,.13,TGA 样品盘,白金，陶瓷 不易腐蚀 易于清理 抗静电 惰性，不易与样品反应,.14,TGA 的设计结构 TGA 4000,.15,TGA热重分析仪应用,水分含量 溶剂含量 增塑剂含量 高分子添加剂含量 裂解温度 灰分含量 无机添加剂含量 氧化诱导时间,TGA-FTIR/TGA-MS 热稳定性能测试 不稳定材料测试 异味材料测试

4、添加剂种类测试 TGA-GC/MS 未知材料判别 混合溶液判断,影响TGA测试的因素,.17,影响因素,样品盘 挥发性产物冷凝速率 升温速率 样品粒度及堆积密度 气氛气种类及导热系数,.18,样品盘选择对TGA曲线影响,样品盘大小主要影响试样量的多少，以及样品表面积的大小，最终影响热传导和热扩散。 尽量选用浅皿盘，以利于试样平铺在皿底部，利于导热及气体扩散。 选择样品皿时应考虑试样是否会和样品盘材质发生反应。如：铝、石英和陶瓷盘不能用于测试碳酸钠一类的碱性试样；聚四氟乙烯在一定条件下会和石英或陶瓷反应生成挥发性硅酸盐化合物；甚至铂金盘也会被例如磷、硫、卤素等气体腐蚀等。,.19,防止冷凝 的方

5、法 对于冷凝性较强的试样建议改用水平式TGA进行测量； 或者可以减少样品量，同时增大气流速率较少试样冷凝； 对于Pyris 1 TGA则可以将石英吊丝改用成铂金吊丝增加传热能力，减少冷凝。,挥发试样冷凝对TGA曲线影响,冷凝 的影响 一方面会污染仪器，另一方面容易造成数据曲线的抖动，甚至出现杂乱无章的曲线。,.20,升温速率对TG曲线的影响,麻纤维及改性麻纤维TG动力学测试 Ozawa 法测定等转化率扫速对数与温度倒数线性关系,.21,样品粒度及堆积密度对TG曲线影响,降解温度随粒度较小下降 粒度对于表面反应影响较大 为了便于比较尽量选用粒径相似的材料 应该尽量使样品堆积密度相近,.22,气氛

6、对TGA曲线的影响,1,2,3 不同气氛具有不同的导热系数，从大到小排为氦气氮气 氩气，一水草酸钙在三种气氛中的分解速率是氦气最快，之后为氮气，最后为氩气。,TGA的分析要点,.24,TGA 实验室系统,TGA Analyzer 主机 吹扫气体 N2, O2, Air, He 等. 气体切换系统 Gas Switch, Gas station 控制软件 样品盘,.25,TGA 实验室系统,例如: Pyris 1 TGA ，备选自动进样器, 气体切换器,.26,样品制备,TGA 样品盘,铂金,陶瓷,.27,准确、方便、快速的校正功能,居里温度校正 温度准确 (一般的无机粉末保存，影响准确性) 速

7、度快 (一次测量五个标准值) 应用范围广 (磁性材料研究),TGA应用实例,.29,TGA在聚合物领域中的应用,.30,应用 热稳定性比较,测试注意点 1、所有条件需要保持一致，如升温速率、保护气氛以及样品重量形貌等 2、可以起始分解温度作为比较的目标,.31,应用 聚合物中各种功能添加剂的测定,.32,弹性体TGA曲线,一阶导数曲线,.33,应用 原料成分定量分析,EVA中VA含量对于成品性能至关重要 标称VA含量为28%的EVA粒料如何鉴定真伪？,VA部分,Ethylene部分,.34,成分定量检测注意点,上述方法适用于纯组分 必须充分了解样品分解机理，能够知道分解产物结构 能够排除副产物

8、的影响 仪器必须校正准确，运行稳定 取Delta Y时要注意必须依靠导数曲线,.35,PET中水分含量测试 130保温10 小时,.36,麻纤维及改性麻纤维TG动力学测试,.37,导电银胶含量,.38,封装树脂成分分析 - TGA 测试,.39,PCBTGA测试,.40,碳黑(Carbon)含量分析,碳黑经常用来与橡胶共混来改进其化学或物理性能，例如，增强其抗紫外线性能，作为增强成分来提高橡胶制品的强度，或者作为填充料。,以左图为例，除了挥发性有机物和添加剂之外，其余的都是聚合物和碳黑，根据Y轴可算出含量分别为52和29。,.41,PU中碳黑和石墨含量,.42,填充物 Filler,常用填充物

9、 吸水性 环氧树脂 二氧化硅 炭黑 玻璃纤维,填充物的功能 降低热膨胀系数 提高热导系数 增加尺寸稳定性 降低成本 改变密度 改变粘度-方便加工 降低吸水性,.43,水分或者挥发份测试,.44,自动分步 TGA的目的及依据,依据 控制相同的失重速率，失重速率越快，软件自动调节减慢升温速率 P 准确性 p 可靠度 p 反应是否完成，分离是否准确 p 节省分析时间 p 自动化程度高,TGA 分析技术 p 等速裂解分析 (constant rate) p 变速裂解分析 (variable rate) p 分段裂解 (Stepwise, isothermal or heating),.45,应用 橡胶

10、的常规测试 vs. 自动分步TGA,常规TGA测试曲线 20 /min,自动分步TGA测试曲线,.46,ABS的常规测试 vs. 自动分步TGA技术,常规TGA测试曲线 20 /min,自动分步TGA测试曲线,.47,自动分步 TGA 优异的重现性,三步的自动分步测试 ABS 高度的重现性,TGA的连接扩充,.49,TGA连接技术 - TGA-GC/MS,TGA 测试样品重量随温度的变化,FT-IR GC/MS 推测裂解气体的类别,TGA- FTIR 和 TGA- GC/ MS Interface System 探讨样品所有的裂解信息,.50,TGA/FTIR/interface System

11、的优点,根据官能团及其比例来确定化合物的定性定量研究 FTIR测试速度快 (5 spectrum/sec)，可连续测试 TGA连续测试变化结果，可以得到任意温度下重量变化对应的FTIR图谱 可任意做升温降温速率变化，模拟实际生产实验 可分析同分子量的同分异构体 有毒气体分析,.51,提供整套实验室方案 具有完整的界面设计加热管路和气体样品池 专业的TG-IR软件 TimeBase Software,TGA/FTIR/Interface System,.52,TG-IR Gas Cell 设计,IR光束,温度控制的传输管路,移动窗口,控温套箱,Polymer lined gas cell,检测,TGA进气,.53,TGA/FTIR界面特点,特殊的垂直式连接头设计：TGA所燃烧的气体迅速准确的进入到FT-IR，无死角。 完