材料测试 热重分析TG
文库发布：热重分析tg
•利用DTG的峰面积与样品对应的重 量变化成正比，可精确的进行定量 分析。
6.4 TG在聚合物材料中的应用
1. 聚合物热稳定性的评价 2. 聚合物组成的剖析 3. 研究聚合物固化 4. 研究聚合物中添加剂的作用 5. 研究聚合物的降解反应动力学
活化能 气体常数
反应级数 失重率
ln[ d ] ln A1 n E
dT
RT
在多个升温速率下，给定失重率，以
作图，斜率为活化能E，截距为
ln[
d
dT
]
1 RT
ln A1 n
ln A1 n ln A n ln(1 )
以截距对ln(1-α)作图，可求出反应级数n和指前因子A
第六章 热重分析 Thermal Gravimetric Analysis
TGA
第六章 热重分析 (TGA)
6.1 热分析简介 6.2 TG基本原理 6.3 TG实验技术 6.4 TG在聚合物材料中的应用
6.1 热分析简介
现代热分析技术指在程序控温下，测量物质的物理
性质随温度变化的一类技术。
通过检测样品本身的热物理性质随温度或时间的变化， 来研究物质的分子结构、聚集态结构、分子运动的变 化等。
6.4 TG在聚合物材料中的应用
4. 研究聚合物中添加剂的作用
• 聚合物中常用的添加增塑剂，其用量和品种不同，对材料 作用效果不同。
增塑剂
• 发泡剂的性能和用量直接影响泡沫材料的性能和制造工艺 条件。
发泡剂
可获得适宜的成型温度条件，即发泡剂开始分解的温度。
• 阻燃剂在聚合物中有特殊效果，阻燃剂的种类和用量选择 适当，可大大改善聚合物材料的阻燃性能。
tg测定原理
tg测定原理
TG测定（热重分析）原理是利用样品在加热过程中质量的变化来测定样品的热性质和热稳定性。
TG测定的基本原理是将待测样品放置在称量精确的样品盘中，通过加热样品盘使样品温度升高，并同时测量样品的质量的变化。
在加热过程中，当样品发生热分解、失重或反应时，样品质量将发生变化。
通过记录样品质量随时间或温度的变化曲线，可以推断出样品的热性质、热分解温度、失重量等信息。
TG测定的实验装置主要包括样品盘、温度控制系统和质量测量系统。
样品盘通常由耐高温的材料制成，可以承受高温下的加热和样品质量变化。
温度控制系统通过加热器和温度传感器控制样品的加热过程，确保样品温度的稳定和准确。
质量测量系统一般采用电子天平或质量传感器来测量样品质量的变化。
根据样品质量随时间或温度的变化曲线，可以分析出样品的热失重特性，即样品在加热过程中发生的热分解、蒸发、氧化等反应。
通过对比不同样品的TG曲线，还可以比较样品的热稳定性和热分解温度。
热重分析法(TGA)
6.聚合物热降解和热氧降解动 力学研究
热分析联用技术
• DTA-TGA联用 • DSC-TGA联用 • 高温裂解质谱-TGA
热重分析法（ＴＧＡ） ---Thermogravimetric Analyzer
TGA定义
热重分析法是在程序控温下测量物质的质量与温 度关系的一种技术。
程序控温下
物质的质量
温度
热降解 热氧降解 降解动力学
UG=f(T)
TGA仪器结构与测量原理
光源 支架 梁
感应线圈
加热器 样品盘
磁铁
热电偶
挡板
光电管
H Cl
(C C)n HH
PVC分解分两个阶段的原因
第一阶 段：
200oC~300oC之间
由于大分子链脱HCl引起。
第二阶 段：
420oC左右。由于PVC主链断裂引起。(两个相互 竞争的反应(分子内环化反应和分子间交联反应)
2 增重添加剂和杂质可分为两类：一类是 挥发性物质，如水和增塑剂等，它们由于分子 量低，一般在树脂分解之前就已分解掉；另一 类是无机填料，如SiO2、碳纤维等，它们热稳 定性很高，一般在基体树脂分解以后仍然残留
原子几乎覆盖了整个高分子链的表面
/post/ptfe-properties-and-
applications.html
FF
HH
(C C)
n
(C C)
FF
HH
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
H CH3 (C C)n HC
热重分析技术简介—TG
80
40
0 100 200 300
Peak: 455.5 °C 400 500 Temperature /°C
PA的TG曲线
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
橡 塑 材 料 与 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 青 岛 科 技 大 学
橡 塑 材 料 与 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 青 岛 科 技 大 学
16
实验结果的影响因素
升温速度的影响
TG /% DTG /(%/min) 0 -5 80 -10 -15 60 -20 -25 40 -30 -35 -40 -45 360 380 400 420 440 Temperature /°C 460 480 500
4
热分析
ICTA 热分析方法
T G TM A
DTA 温度
电学 力学
质量
光学 热量 DS C
尺寸
磁学 声学
DM A
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
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脱水、脱酸
组分分析
分解动力学
TG-IR联用简介
Key Laboratory of Rubber-Plastics (QUST), Ministry of Education, China
橡 塑 材 料 与 工 程 教 育 部 重 点 实 验 室 青 岛 科 技 大 学
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TG的应用
材料测试-热重分析TG课件
一般进行热重法测定不要采用太高的升温速率，对传热差 的高分子物试样一般用5～10K／min，对传热好的无机物、金 属试样可用10～20K／min，作动力学分析还要低一些。
升温速率对TG曲线的影响：
ii. 气氛的影响
量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。
DE和FG分别代表第二、三次失重，总
失重率(W0-W3)／W0 ×100％，即失水 百分数。固体余段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
最大失重速率峰对应温度随着填料（HNTs）用量而增加,说明热稳定性增加。
B. 测定共聚物中添加剂的含量
增塑剂：如DOP/DBP，挥发温度分别为380 ℃/340 ℃ 交联剂、抗氧剂：微量，难以检测 填料：碳酸钙、滑石粉、玻纤等
炭黑在N2中不失重，在空气中氧化成CO2气体 溶剂：水、芳烃、醇、酯、酮类溶剂，有相应的挥发温度 。。。。。。
TG曲线形状图
DTG曲线形状图
TG曲线可得到的信息: 1、开始失重的温度； 2、失重结束时的温度； 3、失重的量； 4、失重是单阶段还是多阶段； 5、失重的速率
DTG曲线也能得到上述结 果，反映失重速率。提高 了TG曲线的分辨力
草酸钙化学式CaC2O4或Ca(COO)2,有无水、一水、二水和三水合物。
（1）相同条件比较法：同一台天平上，同样条件下进行热分析
根据TG谱图可以简捷的
重
比较不同高聚物的热稳 量
变
定性。根据TG谱图提供 化
热分析法—热重分析法(TG) 差热分析法(DTA) 差示扫描量热法( DSC) ppt课件
of the first Na-containing i-QC, i-Na13Au12Ga15,
which belongs to the Bergman type but has an
extremely low valence electron-to-atom (e/a)
value of 1.75
PPT课件
800
1000
1200
140 780
180 205
1030
450
PPT课件Tຫໍສະໝຸດ ℃10差热分析法（DTA）
参比物：在测量温度范围 内不发生任何热效应的物 质，如-Al2O3、MgO等。
程序控温下， 测量物与参比 物的温差与温 度的关系 ΔT=f(T) 正峰：放热 倒峰：吸热
PPT课件
11
差示扫描量热法
PPT课件
21
亮点
金属氧化物薄层通常制备方法：原子层沉积、脉冲激 光沉积、化学气相沉积、射频溅射、喷墨印刷等方法。
本文—— “combustion” process in which the
heat required for oxide lattice formation is provided by the large internal energies of the precursors
PPT课件
22
略：XRD 、电子迁移率等测试。。。。
PPT课件
23
贰
PPT课件
24
《应用化学》（德语：Angewandte Chemie） 每周出版一期 由德国化学会出版，由约翰威立公司发行。
PPT课件
25
主要内容
we report the discovery and characterizations
6 热重法(TG)
•12-热电偶
聚合物“典型” TG曲线
100% W%
50%
0
水 / 溶剂挥发 低分子物质挥发
W1% W2%
聚合物分解
W3% 残留物
100 200 300 400 500 600 700 800
根据TG考察固化温度
已知组成的聚合物体系组分定量分析
100%
W%
PVB PVB+PLAS
（PVB+PLAS）萃取后
0 100 200 300 400 500 T
共聚物共聚组成测定 共混物共混组成测定
◆ 在已知分解机理时，共聚单元分解温明显不同的 共聚物共聚组成测定
如： 氯乙烯-PAN共聚物 乙烯-醋酸乙烯共聚物
……….
W%
T
◆ TG用途 聚合物TG曲线上重量与温度（或时间）的关系
• 反映材料的耐热性能 • 便于定量分析聚合物体系各组分的含量 • 可用于考察固化反应的最佳条件
• 4.2 TG原理 4.2.1 TG的基本思想
• 材料在受热过程中，伴随温度的变化会相继发 生蒸发、升华\脱附及化学变化；将由此引起 的材料重量变化测试记录下来，
N2气氛
PVC两阶段热分解
第一阶段： 200oC~300oC之间 由于大分子链脱HCl引起。
~C-C-C-C~ ~C=C-C=C-C~ + HCl 第二阶段： 420oC左右。由于PVC主链断裂起。
PVC在N2气氛中两阶段热分解
100 80 W% 60 40 20
脱HCl
？？
脱烃类小分子
热重分析TGDTGDSC
7
Sichuan University
1、热重分析仪 „„热天平式 记录天平、加热炉、程序控制温度系统、自动记 录仪。
8
Sichuan University
热天平种类
9
Sichuan University
差热曲线是由差热分析得到的记录曲线。纵坐标 是试样与参比物的温度差ΔT，向上表示放热反应 ，向下表示吸热反应，横坐标为T（或t）。
2019/8/26 35
Sichuan University
DTA曲线术语
典型的DTA曲线
2019/8/26 36
Sichuan University
2019/8/26
c＞b＞a
Sichuan University
2. 材料组成的剖析 添加剂的分析
水 2%
玻璃 18%
树脂 80%
TG法确定玻璃钢 材料中玻璃纤维 成分的含量
Sichuan University
聚四氟乙烯中炭黑和SiO2的含量确定
PTFE 31.5%
炭黑 18.0%
SiO2
50.5%
Sichuan University
2019/8/26 41
Sichuan University
2019/8/26 42
Sichuan University
差热分析时，炉温Tw以φ开始升温，由于存 在热阻，TS、TR均滞后于Tw，经过一段时 间以后，两者才以φ升温。
升温过程中，由于试样与参比物的热容量 不 同 （ Cs≠CR ） 它 们 对 Tw 的 温 度 滞 后 并 不 同（热容大的滞后时间长），这样试样和 参比物之间产生温差△T。当它们的热容量 差被热传导自动补偿以后，试样和参比物 才按照程序升温速度φ升温。此时△T成为 定值△Ta，从而形成了差热曲线的基线。
热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)[研究知识]
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行业倾力
3
热重分析法的处理
行业倾力
4
影响热重分析的因素
实验条件
❖ 样品盘的影响（惰性材料，铂或陶瓷）
❖ 挥发物冷凝的影响 ❖ 升温速率的影响（5 C/min或10 C/min ） ❖ 气氛的影响（动态气氛）
样品的影响
❖ 样品用量的影响 ❖ 样品的粒度
行业倾力
5
差示扫描量热法（DSC）
在程序控制温度下，测量输给物质与参比物的功率差与温度 的一种技术。示差扫描量热测定时记录的热谱图称之为DSC 曲线，其纵坐标是试样与参比物的功率差dH/dt，也称作热 流率，单位为毫瓦（mW），横坐标为温度（T）或时间 （t）。一般在DSC热谱图中，吸热(endothermic)效应用凸起 的峰值来表征 (热焓增加)，放热(exothermic)效应用反向的 峰值表征(热焓减少)。
其主要的影响因素大致有以下几方面： ✓1.实验条件：程序升温速率Φ，气氛 ✓2.试样特性：试样用量、粒度、装填情况、
试样的稀释等。
行业倾力
9
实例
行业倾力
10
行业倾力
11
行业倾力
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行业倾力
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行业倾力
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行业倾力
15
行业倾力
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热重分析（TG）和差示 扫描量热法（DSC）
行业倾力
1
行业倾力
2
热重分析法（TGA）
热重分析（Thermogravimetry，简称TG）就 是在程序控制温度下测量获得物质的质量与 温度关系的一种技术。其特点是定量性强， 能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。 热重分析法包括静态法和动态法两种类型。
行业倾力
6
吸热
《热重分析法TG》课件
在化学反应研究中的应用
热重分析法在化学反应研究中用于研究反应动力学、反应机理和反应条件优化。通过分析反应过程中 物质的质量变化和温度变化，可以获得反应速率常数、活化能、反应机理和反应条件等信息，有助于 深入了解反应过程和提高产物的纯度和产量。
例如，在研究有机合成、药物合成和燃料合成等化学反应过程中，热重分析法可以用来优化反应条件 和提高产物的收率。
03
热重分析实验技术
实验前的准备
仪器准备
确保热重分析仪（TGA）处于良 好工作状态，检查天平、炉子、 气体供应等辅助设备的运行情况
。
样品准备
选择合适的样品，确保其质量和纯 度满足实验要求。对于某些特殊样 品，可能需要特殊的预处理或制备 方法。
实验环境准备
确保实验室环境干燥、无尘、无振 动，以减少外部因素对实验结果的 影响。
食品工业领域
研究食品成分的热稳定性、热降解等 ，有助于食品加工工艺的优化和食品 安全控制。
THANKS
感谢观看
04
热重分析法的应用实例
在材料科学中的应用
热重分析法在材料科学中广泛应用于研究材料的热稳定性、热分解行为和相变过 程。通过分析材料在加热过程中的质量变化，可以获取材料的热稳定性、分解温 度、热分解机制和残余物性质等信息，为材料的合成、改性和应用提供重要依据 。
例如，在研究新型高分子材料、复合材料和陶瓷材料的制备过程中，热重分析法 可以用来评估材料的热稳定性、确定最佳合成条件和优化材料性能。
热重分析法在各领域的应用前景
能源领域
研究新能源材料（如电池材料）的热 稳定性、热分解反应等，为新能源开 发提供支持。
环境领域
应用于大气污染、水污染等环境问题 研究，通过分析污染物的热行为，为 环境治理提供依据。
热重分析TG
热重分析热重分析（Thermogravimetric Analysis，TG或TGA），是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组份。
TGA在研发和质量控制方面都是比较常用的检测手段。
热重分析在实际的材料分析中经常与其他分析方法连用，进行综合热分析，全面准确分析材料。
目录多少物质（如CuSO4·5H2O中的结晶水）。
从热重曲线上我们就可以知道CuS O4·5H2O中的5个结晶水是分三步脱去的。
TGA 可以得到样品的热变化所产生的热物性方面的信息。
种类热重分析通常可分为两类：动态法和静态法。
1、静态法：包括等压质量变化测定和等温质量变化测定。
等压质量变化测定是指在程序控制温度下，测量物质在恒定挥发物分压下平衡质量与温度关系的一种方法。
等温质量变化测定是指在恒温条件下测量物质质量与温度关系的一种方法。
这种方法准确度高，费时。
热重分析仪结构2、动态法：就是我们常说的热重分析和微商热重分析。
微商热重分析又称导数热重分析（Derivative Thermogravimetry，简称DTG），它是TG曲线对温度(或时间)的一阶导数。
以物质的质量变化速率（dm/dt）对温度T(或时间t)作图，即得DTG曲线。
仪器构造进行热重分析的基本仪器为热天平，它包括天平、炉子、程序控温系统、记录系统等几个部分。
除热天平外，还有弹簧秤。
热重分析仪数据分析热重分析仪结构：1、试样支持器；2、炉子；3、测温热电偶；4、传感器；5、平衡锤；6、阻尼和天平复位器；7、天平；8、阻尼信号影响因素影响热重法测定结果的因素，大致有下列几个方面：仪器因素，实验条件和参数的选择，试样的影响因素等等。
1、浮力及对流的影响。
浮力和对流引起热重曲线的基线漂移。
热天平内外温差造成的对流会影响称量的精确度。
解决方案：空白曲线、热屏板、冷却水等。
2、挥发物冷凝的影响。
解决方案：热屏板。
热重分析TG
自六十年代开始，热重法在研究高聚物性质上已 获得大量应用。这方面的研究工作不仅在应用上
而且在高聚物理论上都有很大价值。所涉及的研
究工作大致有下列几个方面：
测定高聚物的热稳定性、热稳定性与结构和构
型的关系以及添加剂对高聚物性质的影响。
高聚物热降解过程和机理。 高聚物的降解动力学。
近三十年来，高聚物的发展是惊人的，特别是，
图9 测定聚氯乙稀中增塑剂DOP
在含有发泡剂的高聚物中，通常可根据发泡剂分 解出的氮气量来测定发泡剂的含量，但是利用热 重法更简便。含发泡剂量不同的低密度聚乙烯泡 沫塑料的热重曲线具有明显的差别，如图10所示。 实验时，在氮气气流中试样以100℃/min的升温 速率加热到180℃，促进发泡过程的进行。然后， 用5℃/min的升温速率从180℃缓慢加热到210℃， 以保证气体在聚乙烯降解前从熔融的试样中扩散 出来。
IPDT(。 C ) = 875 KA+25 (2-32)
TA 875A 25
一些常见高聚物的积分程序分解温度的数据见表 2。实验 结果表明由这种方法所测得的数据重复性比较好。 表2 常见高聚物的积分程序分解温度
高 聚 聚苯乙烯 物 积分程序分解温度℃ 395
顺式丁烯二酸酐固化的环氧树脂
有机玻璃 尼龙-66
405
树脂
555 410 460 505
积分程序分解温度是衡量高聚物热稳定性的一种指标， 是一种具有实用价值和通用性的指标。 Happey[42] 采 用积分程序分解温度法测定了纤维的 IPDT 值，并以此 对比了各种天然和合成的纤维材料的热稳定性。
质质量变化与温度的关系。
一般认为等温法比较准确，但由于比较费事，目 前采用得较少。Sorensen提出准等温法，即在接 近等温条件下研究反应的进行过程，该法的优点 是： 可精确测定反应温度； 相近的反应易于分开； 在一次扫描过程中可测出每个中间反应的动力学 数据。 因此，准等温法要比等温法简便，因为通常等温 法需要在较宽温度范围内进行实验。 在热重法中非等温法最为简便，所以采用得最多。 本章将主要讨论非等温热重法。
材料测试 热重分析TG
DTA DSC
TG DTG
（微分热重分析）
TMA （热机械分析）
DMA（动态机械分析）
EGA （逸出气分析）
➢ 应用最广泛的方法是热重（thermogravimetry, TG）和差 热分析（differential thermal analysis, DTA），其次是差 示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）， 这三者构成了热分析的三大支柱，占到热分析总应用的75％ 以上。
量为W1； 平台EF和GH分别代表一个稳定的组成。
DE和FG分别代表第二、三次失重，总
失重率(W0-W3)／W0 ×100％，即失水 百分数。固体余重量为W3
根据失重量，可以计算失去了多少物质。
结晶硫酸铜分三阶段脱水：
CuSO4·5H2O → CuSO4·3H2O＋ 2H2O↑ CuSO4·3H2O → CuSO4·H2O ＋ 2H2O↑ CuSO4·H2O → CuSO4＋H2O↑
iii. 挥发物再冷凝的影响
试样热分析过程逸出的挥发物有可能在热天平其它 部分再冷凝，这不但污染了仪器，而且还使测得的失重 量偏低，待温度进一步上升后，这些冷凝物可能再次挥 发产生假失重，使TG曲线变形，使测定不准，也不能重 复。为解决这个问题可适当向热天平通适量气体。
B. 操作条件的影响
i. 升温速率的影响---TG测定影响最大的因素
6.2.2热重图谱解析
Weight Loss [%]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
0
可
燃
烧 物
DTG
热重分析(TG)
热天平种类
➢根据试样与天平横梁支撑点之间的相对位置，热
天平可分为下皿式，上皿式与水平式三种。
热天平测量原理
➢ 当天平左边称盘中试样因受热产生重量变化时，天平横梁连同光栏则向
上或向下摆动，此时接收元件接收到的光源照射强度发生变化，使其输 出的电信号发生变化。这种变化的电信号送给测重单元，经放大后再送 给磁铁外线圈，使磁铁产生与重量变化相反的作用力，天平达到平衡状 态。因此，只要测量通过线圈电流的大小变化，就能知道试样重量的变 化。（零为平衡）
➢粒度越小，反应速率越快，使TG曲线上的Ti和Tf
温度降低，反应区间变窄。
➢试样粒度大往往得不到较好的TG曲线。粒度减小
不仅使热分解温度下降，而且也使分解反应进行 的很完全。
德国NETZSCH STA449C型综合热分析仪
应用举例
• 大同煤的TG－DTG分析
Weight loss(wt%, daf) Rate of weight loss (%/s)
为了获得精确的实验结果，分析各种 因素对TG曲线的影响是很重要的。影响TG 曲线的重要因素包括：
一、仪器因素 二、试样因素
仪器因素
➢升温速率 ➢炉内气氛 ➢支持器及坩埚材料 ➢炉子的几何形状 ➢热天平灵敏度
(1) 升温速率
➢对热重法影响比较大。 ➢升温速率越大，所产生的热滞后现象越严重，
往往导致热重曲线上的起始温度Ti和终止温度 Tf偏高。虽然分解温度随升温速率变化而变化， 但失重量保持恒定。
CuSO4·5H2O的TG曲线
曲线EF段也是一平台，相应质量 为m2；曲线FG 为第三台阶，
质量损失为0.8mg，可求得质量 损失率
材料的热失重分析(TGA)
材料的热失重分析(TGA)一、实验目的：1、了解热重分析实验原理、仪器结构及基本特点；2、了解同步热分析仪的应用；3、选用五水硫酸铜为样品，运用同步热分析仪对样品进行热失重分析二、实验原理：热重分析法（Thermogravimetry Analysis，简称TG或TGA）为使样品处于一定的温度程序（升／降／恒温）控制下,观察样品的质量随温度或时间的变化过程。
广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药品、催化剂、无机材料、金属材料与复合材料等各领域的研究开发、工艺优化与质量监控。
利用热重分析法，可以测定材料在不同气氛下的热稳定性与氧化稳定性，可对分解、吸附、解吸附、氧化、还原等物化过程进行分析（包括利用TG 测试结果进一步作表观反应动力学研究），可对物质进行成分的定量计算，测定水分、挥发成分及各种添加剂与填充剂的含量。
热重分析仪的基本原理示意如下：炉体（Furnace）为加热体，在由微机控制的一定的温度程序下运作，炉内可通以不同的动态气氛（如N2、Ar、He等保护性气氛，O2、air等氧化性气氛及其他特殊气氛等），或在真空或静态气氛下进行测试。
在测试进程中样品支架下部连接的高精度天平随时感知到样品当前的重量，并将数据传送到计算机，由计算机画出样品重量对温度／时间的曲线（TG曲线）。
当样品发生重量变化（其原因包括分解、氧化、还原、吸附与解吸附等）时，会在TG曲线上体现为失重（或增重）台阶，由此可以得知该失／增重过程所发生的温度区域，并定量计算失／增重比例。
若对TG曲线进行一次微分计算，得到热重微分曲线（DTG曲线），可以进一步得到重量变化速率等更多信息。
三、实验仪器和材料实验仪器：STA8000，美国PE公司生产实验材料：五水硫酸铜四、实验步骤：1.检查氮气钢瓶内剩余压力是否大于2 MPa，如果总压力小于2 MPa时建议更换新的氮气钢瓶以防止残余气体中水分等杂质气体对实验结果产生负面影响；2.打开氮气钢瓶总压力阀，并调节减压阀压力小于等于2.0bar；3.打开STA 8000的制冷设备，如自来水或者水浴制冷机；4.打开STA 8000主机电源，等待20分钟以便仪器稳定；5.打开电脑主机，双击打开Pyris控制软件进入主控界面；6.设置STA样品温度至室温，如25度（具体为：在Go To Temp按钮下的输入框内键入目标温度值，然后单击Go To Temp按钮）；7.放入左右两个空陶瓷样品皿，点击Zero Weight按钮扣除皮重；8.将样品放入扣除皮重后的陶瓷样品皿中，重新放入STA 8000样品支架左边样品端，点击Sample Weight按钮称取样品重量；9.在Pyris软件的方法编辑窗口设置好测试方法；10.点击开始测试按钮，并切换软件界面至监视窗口，等待实验结束；11.拷贝数据并处理数据；12.将陶瓷样品皿从炉膛中取出并丢弃至指定位置（取样品皿时请确认样品温度已降至50度以下，陶瓷样品统一回收并采用高温灼烧方法清洗）；13.检查STA 8000炉膛的污染情况，如污染较为严重，请适时灼烧炉体或做相应清洗工作；14.关闭STA主控Pyris软件；15.关闭STA 主机电源；16.关闭STA制冷设备，如自来水或者水浴制冷机；17.关闭氮气钢瓶总压力阀，减压阀可保持常开状态（如果预见长时间不用STA仪器，请同时关闭总压力阀和减压阀）；18.做好仪器使用登记工作，以备后续查阅。
热重分析法TG
TG曲线失重量表示方法及曲线图：
增重量表示方法及曲线图：
PVC 、 PMMA、PE、PTFE 、PI 五种聚合物的热重曲线
在比较热稳定性时,除了失重的温度外,还需比较 失重速率
乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线
EVA的TG和化学分析结果的比较
乙酸乙烯 ％,TG
将物质的质量变化和温度变化的信息记录下来, 就得到了物质的质量温度曲线,即热重曲线。
热重曲线纵坐标表示重量 mg ,向下表示重 量减少,向上表示重量增加；横坐标表示温 度T〔℃或K ,有时也可用时间t,从左向右表 示T 或 t 增加
三、热重法的试样要求
适于热重分析的试样的特点 1 要在反应中有质量变化； 2 是不同的样品组成,质量变化的大小不同。
热重法测定,试样量要少,一般2～5mg。一方面是因为仪器 天平灵敏度很高 可达0.1μg ,另一方面如果试样量多,传 质阻力越大,试样内部温度梯度大,甚至试样产生热效应会 使试样温度偏离线性程序升温,使TG曲线发生变化,粒度也 是越细越好,尽可能将试样铺平,如粒度大,会使分解反应 移向高温。
四、影响TG数据的因素
绝对偏差 %
4.3
3.2
4.6
0.3
8.3
5.8
8.3
0.0
11.2
7.6
10.9
0.3
14.9
10.2
14.6
0.3
27.1
18.9
27.1
0.0
31.1
21.7
31.1
0.0
热重分析法 TG
一、热重分析的定义
热重法 TG 又称热失重法,是在程序控温下, 测量物质的质量随温度 或时间 的变化关 系的一种热分析技术。用数学表达式为：
三元材料热重曲线
三元材料热重曲线
三元材料热重曲线（TG曲线）是一种热分析曲线，表征了样品在程序温度过程中重量随温度/时间变化的情况。
在三元材料的研究中，热重曲线可以用来研究材料的热稳定性、热分解行为和反应动力学等。
热重曲线的纵坐标是重量百分比，表示样品在当前温度/时间下的重量与初始重量的比值。
在曲线上，每一个台阶都代表了一个失/增重过程，而台阶的斜率则代表了该过程中重量变化的速率。
对于三元材料，热重曲线上的特征点通常包括：
起始点：TG曲线外推起始点，即在TG台阶前水平处作切线与曲线拐点处作切线的相交点，可作为该失/增重过程起始发生的参考温度点，多用于表征材料的热稳定性。
终止点：TG曲线外推终止点，即在TG台阶后水平处作切线与曲线拐点处作切线的相交点，可作为该失/增重过程结束的参考温度点。
峰值：热重微分（DTG）曲线（即dm/dt曲线，TG曲线上各点对时间坐标取一次微分作出的曲线）的峰值点，表征了各失/增重台阶的重量变化速率最快的温度/时间点。
残余质量：测量结束时样品所残余的质量。
通过对这些特征点的分析，可以了解三元材料的热稳定性和反应动力学等性质。
例如，通过起始点和终止点可以了解材料在什么温度下开始发生反应以及反应何时结束；通过峰值可以了解在哪个温度/时间点上反应速率最快；通过残余质量可以了解反应的完全程度等。
10-热重分析TG
试样皿的材质，要求耐高温，对试样、中间产物、最终 产物和气氛都是惰性的，不能有反应活性和催化活性。 常用的器皿的材质为：铂金、陶瓷、石英、玻璃、铝 等。
特别要注意，不同的样品要采用不同材质的试样皿，否 则会损坏试样皿。
如：碳酸钠会在高温时与石英、陶瓷中的SiO2反应生成硅 酸钠。所以象碳酸钠一类碱性样品，测量时不要用铝、石 英、玻璃、陶瓷试样皿。 铂金对有加氢或脱氢的有机物有活性，也不适合作含磷、 硫和卤素的聚合物样品，因此要加以选择。
热重分析仪的简单工作原理以P-E公司生产的TGS-2 为例加以说明，如图13-2。
左边部分为程序控温 部分，使试样严格按 设定升温速率线性升 温。 右边为天平检测部分， 包括积分器、记录仪 等。 温度补偿用是校温时 用的；称量校正器则 是校正天平称量准度 用的；电调零为自动 清零装置。
13.2
阻燃剂在聚合物材料 中有特殊效果，阻燃 剂的种类和用量选择 适当，可大大改善聚 合物材料的阻燃性能。 图13-20是不含和韩阻 燃剂的聚丙烯的TG曲 线。 从分解温度可以看出， 即使只加0.5%的阻燃 剂，也可大大提高PP 的热稳定性。
五、研究聚合物的降解反应动力学
1. 化学反应动力学的基本概念
当然，也有采用A点的温度表示材料稳定性的。但 此点受诸多因素的影响，有时很难确定。
如果TG曲线的下降段切线不好划时，可用其它方 法确定。如：美国ASTM规定把5%与50%两点的 直线与基线的延长线的交点定义为分解温度；国际 标准局（ISO）规定，把失重20%和50%两点的直 线与基线的交点定义为分解温度。
反应动力学是研究化学反应的速度随时间、浓度、温度变 化的关系，最终求出活化能、反应级数，并对该反应进行 解释。 化学反应速度与浓度的关系，即质量作用定律：
astm 的tg分解温度
astm 的tg分解温度ASTM的TG分解温度是指材料在热重分析（TGA）中的温度，即在该温度下材料开始分解的温度。
TG分解温度常用于材料的热稳定性评估和性能预测。
下面将从TG分解温度的定义、测量方法、影响因素以及应用领域进行详细介绍。
TG分解温度是指在热重分析中通过测量材料的质量变化来确定材料分解的温度。
在TGA实验中，材料样品被加热至一定温度，然后通过测量样品质量的变化来推测材料的分解温度。
通常情况下，TG分解温度可以通过观察样品质量下降速率的突变点来确定。
测量TG分解温度的方法有多种，其中常用的是热重分析仪。
热重分析仪是一种能够控制和测量样品温度和质量变化的仪器。
通过将样品放置在热重分析仪中，加热样品并同时测量样品质量的变化，可以得到样品的TG分解温度。
TG分解温度的测量结果受到多种因素的影响。
首先是样品的化学成分和物理性质。
不同材料具有不同的化学成分和物理性质，因此其分解温度也会有所差异。
其次是样品的形态和结构。
例如，粉末状材料和纤维状材料的分解温度可能会有所不同。
此外，样品的含水率、氧气浓度、加热速率等实验条件也会对测得的TG分解温度产生影响。
TG分解温度在材料科学和工程中具有重要的应用价值。
首先，它可以用于评估材料的热稳定性。
热稳定性是指材料在高温下的稳定性能，对于高温工艺和应用来说是非常重要的。
通过测量材料的TG分解温度，可以预测材料在高温环境下是否会发生分解或者失去稳定性。
其次，TG分解温度也可以用于预测材料的性能。
例如，在塑料工业中，通过测量塑料的TG分解温度可以预测其耐热性能和热变形温度，从而指导材料的选择和应用。
除了在材料科学和工程中的应用外，TG分解温度还在其他领域具有重要意义。
例如，在环境科学中，通过测量有机物质的TG分解温度可以评估其热解特性和燃烧性能，从而指导有机废物的处理和回收利用。
在食品科学中，通过测量食品成分的TG分解温度可以评估食品的热稳定性和加工性能，从而提高食品的质量和安全性。
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天然壳聚糖在空气中的热重曲线
于TG曲线上的台阶数，即失
峰的面积与试验对应的质量变化成正 重的次数.
比，峰顶与失重变化速率最大相对应。
反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
Weight Loss [%] 一 阶 导 数 [%.min-1 ]
通俗来说，热分析是通过测定物质加热或冷却过程中 物理性质（目前主要是重量和能量）的变化来研究物质性 质及其变化，或者对物质进行分析鉴别的一种技术。
❖ 热分析的起源及发展
➢1889年英国罗伯特－奥斯汀（Roberts-Austen）第一次使 用了温差热电偶和参比物，大大提高了测定的灵敏度。正式 发明了差热分析（DTA）技术。
其中，P是物质的一种物理量；
T是物质的温度。
程序控制温度一般是指线性升温或线性降温，也包括恒温、 循环或非线性升温、降温。也就是把温度看作是时间的函 数：
其中t是时间。
T＝φ ( t )
即 P＝f（T或t）
❖ 热分析存在的客观物质基础
在目前热分析可以达到的温度范围内，从－150℃到 1500℃ （或2400℃ ），任何两种物质的所有物理、化学 性质是不会完全相同的。因此，热分析的各种曲线具有物 质“指纹图”的性质。
第6章 热分析
6.1 绪 论
❖ 热分析的定义及发展概况
➢ 热分析（thermal analysis）：以热进行分析的一 种方法。
➢ 1977年在日本京都召开的国际热分析协会（ICTA） 第七次会议上，给热分析下的定义：热分析是在 程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度的 关系的一类技术。
其数学表达式为：P＝f（T）
➢ 1965年英国麦肯才（Mackinzie）和瑞德弗(Redfern)等人发 起，在苏格兰亚伯丁召开了第一次国际热分析大会，并成立 了国际热分析协会。
❖ 热分析应用领域及研究内容
热分析特点：
➢ 应用的广泛性
热分析广泛应用于无机，有机，高分子化合物，冶金与 地质，电器及电子用品，生物及医学，石油化工，轻工等 领域。当然这与应用化学，材料科学，生物及医学的迅速 发展有密切的关系。
6.2 热重法（TG）及微商热重法（DTG）
➢ 热重法定义（Thermogravimetry，TG） 在程序控制温度下，测量物质的质量与温度（或时间）关
系的一种技术。 数学表达式为：W=f (T或t) ➢ 微商热重法（Derivative Thermogravimetry，DTG）
将所得到的TG曲线对温度或时间取一阶导数。
DTG曲线形状图
TG曲线可得到的信息: 1、开始失重的温度； 2、失重结束时的温度； 3、失重的量； 4、失重是单阶段还是多阶段； 5、失重的速率
DTG曲线也能得到上述结 果，反映失重速率。提高 了TG曲线的分辨力
目前，解释曲线最现实的办法就是把热分析与其它仪器 串接或间歇联用，常用GC、MS、FTIR、X光衍射仪等对逸 出气体和固体残留物进行连续的或间断的，在线的或离线的 分析，从而推断出反应机理。
➢方法和技术的多样性
热分析度变化 粘弹性变化 气体发生
热传导 其他
6.2.1热重分析仪器及原理图
➢热重分析仪（TG-50/50H）
耐震性强，无须选择设置场所 可进行高灵敏度测定 TG的基线极为稳定 温度范围：
室温～1000℃/1500℃ 最大样品量：1g
热重法不能称热重分析（TGA）， 记录的曲线称为热重曲线或TG曲线， 不能叫作热谱图（Thermogram）。
100
G
AB
80
60
40
Ti：起始反应温度；
20
0 0
C
T p
H
100 200 300 400 500 600 700 800
T i
Temperature
T f
[℃ ]
Tf：反应终了温度；
反应区间：Ti与Tf之间的温度区间；
Tp：最大失重速率温度；
多步反应过程可看作是数个单步过程的连续进行或叠加。
TG曲线形状图
6.2.2热重图谱解析
Weight Loss [%]
➢TG曲线表示加热过程中样
140
120
100
80
水分
60
TG
40
20
0
可
燃
烧 物
DTG
0
100 200 300 400 500 600 700 800
Temperature [℃ ]
品失重累积量，为积分型曲 线； ➢DTG曲线是TG曲线对温度 或时间的一阶导数，即质量 变化率，dW/dT 或 dW/dt。
➢ 在动态条件下快速研究物质热特性的有效手段。 ➢可在宽广的温度范围内对样品进行研究 ➢对样品的物理状态无特殊要求 ➢所需样品量很少（0.1ug-10mg），仪器灵敏度高（质量变 化的精确度达10-5）
➢可与其它技术联用
热分析只能给出试样的重量变化及吸热或放热情况。解 释曲线常常是困难的，特别是对多组分试样作的热分析曲线 尤其困难。
➢1915年日本东北大学本多光太郎，在分析天平的基础上研 制了“热天平”即热重法（TG），后来法国人也研制了热 天平技术。
➢1964年美国瓦特逊（Watson）和奥尼尔（O’Neill）在DTA 技术的基础上发明了差示扫描量热法（DSC），美国P－E公 司最先生产了差示扫描量热仪，为热分析热量的定量作出了 贡献。
主要组成部分： 记录天平 加热炉(室温-1000℃) 程序控温系统 记录仪
热天平的基本构造:
热
光源
天
平
的
结 记录系统
构
反射镜
热电偶 炉 样品
校准重量
平衡重量 平衡点
调节装置
热天平：在程序控制温度下，连续记录质量与温度关系的仪器。 它的基本原理是：样品重量变化所引起的天平位移量转化成
电磁量，这个微小的电量经过放大器放大后，送入记录仪记录； 而电量的大小正比于样品的重量变化量。
DTA DSC
TG DTG
（微分热重分析）
TMA （热机械分析）
DMA（动态机械分析）
EGA （逸出气分析）
➢ 应用最广泛的方法是热重（thermogravimetry, TG）和差 热分析（differential thermal analysis, DTA），其次是差 示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）， 这三者构成了热分析的三大支柱，占到热分析总应用的75％ 以上。