試樣量和試樣皿
熱重法測定,試樣量要少,,一般2~5mg,。一方面是因為儀器天平靈敏度很高(可達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)生熱效應會使試樣溫度偏離線性程序升溫,使TG曲線發(fā)生變化,,粒度也是越細越好,,盡可能將試樣鋪平,如粒度大,,會使分解反應移向高溫,。
試樣皿的材質(zhì),要求耐高溫,,對試樣,、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,否則會損壞試樣皿,,如:碳酸鈉會在高溫時與石英,、陶瓷中的SiO2反應生成硅酸鈉,所以象碳酸鈉一類堿性樣品,,測試時不要用鋁、石英,、玻璃,、陶瓷試樣皿。鉑金試樣皿,,對有加氫或脫氫的有機物有活性,,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,溫度滯后越嚴重,,如聚苯乙烯在N2中分解,,當分解程度都取失重10%時,用1℃/min測定為357℃,,用5℃/min測定為394℃相差37℃,。升溫速度快,使曲線的分辨力下降,會丟失某些中間產(chǎn)物的信息,,如對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會抑制CaCO3的分解,,使分解溫度提高。
聚丙烯在空氣中,,150~180℃下會有明顯增重,,這是聚丙烯氧化的結(jié)果,在N2中就沒有增重,。氣流速度一般為40ml/min,,流速大對傳熱和溢出氣體擴散有利。
揮發(fā)物冷凝
分解產(chǎn)物從樣品中揮發(fā)出來,,往往會在低溫處再冷凝,,如果冷凝在吊絲式試樣皿上會造成測得失重結(jié)果偏低,而當溫度進一步升高,,冷凝物再次揮發(fā)會產(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密度下降,,浮力減小,,使樣品表觀增重。如:300℃時的浮力可降低到常溫時浮力的一半,,900℃時可降低到約1/4,。實用校正方法是做空白試驗,(空載熱重實驗),,消除表觀增重,。
失重曲線上的溫度值常用來比較材料的熱穩(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,也有了一些大家認可的確定方法,。A點叫起始分解溫度,,是TG曲線開始偏離基線點的溫度,;B點叫外延起始溫度,是曲線下降段切線與基線延長線的交點,。C點叫外延終止溫度,,是這條切線與zui大失重線的交點。D點是TG曲線到達zui大失重時的溫度,,叫終止溫度,。E、F,、G分別為失重率為5%,、10%、50%時的溫度,,失重率為50%的溫度又稱半壽溫度,。其中B點溫度重復性,所以多采用此點溫度表示材料的穩(wěn)定性,。當然也有采用A點的,,但此點由于諸多因素一般很難確定。如果TG曲線下降段切線有時不好畫時,,美國ASTM規(guī)定把過5%與50%兩點的直線與基線的延長線的交點定義為分解溫度,;標準局(ISO)規(guī)定,把失重20%和50%兩點的直線與基線的延長線的交點定義為分解溫度,。
聚合物熱穩(wěn)定性的評價
評價聚合物熱穩(wěn)定性zui簡單,、方便的方法,是做不同材料的TG曲線并畫在一張圖上比較,。右圖測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,。
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