TGA培训教程new

Volatiles
Polymer
以左图为例，除了挥发性有机 以左图为例， 物和添加剂之外， 物和添加剂之外，其余的都是 聚合物和碳黑，根据Y 聚合物和碳黑，根据Y轴可算 出含量分别为52﹪ 29﹪ 出含量分别为52﹪和29﹪。
Carbon
TGATGA-40
PU中碳黑和石墨含量
TGATGA-41
填充物 Filler
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， 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。 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。 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 选择样品皿时应考虑试样是否会和样品盘材质发生反应。 英和陶瓷盘不能用于测试碳酸钠一类的碱性试样； 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； 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、 卤素等气体腐蚀等。 会被例如磷、硫、卤素等气体腐蚀等。
微量天平
温度感应器(热电偶） 出气口
TGATGA-9
PYRIS 1 TGA 天平恒温控制系统
天平元件
• 影响 影响TGA灵敏度的最主要部件 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 • 降低噪音和漂移
TGATGA-10
Pyris 1 TGA 隔绝对流系统
对流
• 降低 降低TGA灵敏度的主要因素 灵敏度的主要因素
自动分步TGA测试曲线 测试曲线 自动分步
TGATGA-45
ABS的常规测试 vs. 自动分步 的常规测试 自动分步TGA技术 技术
常规TGA测试曲线 20 ℃ /min 测试曲线 常规
自动分步TGA测试曲线 测试曲线 自动分步
TGATGA-46
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 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)
TGATGA-44
应用 – 橡胶的常规测试 vs. 自动分步TGA 自动分步
常规TGA测试曲线 20 ℃ /min 测试曲线 常规
TGATGA-47
TGA的连接扩充 TGA的连接扩充
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
TGATGA-49
TGA/FTIR/interface System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 测试速度快 ， 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 连续测试变化结果， 连续测试变化结果 FTIR图谱 图谱 可任意做升温降温速率变化，模拟实际生产实验 可任意做升温降温速率变化， 可分析同分子量的同分异构体 有毒气体分析
TGATGA-18
挥发试样冷凝对TGA曲线影响 挥发试样冷凝对 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， 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。 杂乱无章的曲线。 防止冷凝 的方法 对于冷凝性较强的试样建议改用水平式TGA进行测量； 对于冷凝性较强的试样建议改用水平式 进行测量； 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； 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， 则可以将石英吊丝改用成铂金吊丝增加传热能力， 对于 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。 减少冷凝。
TGATGA-7
PerkinElmer TGA 型号
Pyris 1 TGA （TGA 7） ）
标准炉 高温炉
TGA 4000
室温 ~ 1000 oC 室温 ~ 1500 oC
标准炉
15 ~ 1000 oC
TGATGA-8
TGA 的设计结构 -- Pyris 1 TGA
红外线感应器
+
石英套管 进气口 样品盘 加热炉体
TGATGA-50
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 改变粘度改变粘度-方便加工 降低吸水性
常用填充物
吸水性 环氧树脂 二氧化硅 二氧化硅 炭黑 玻璃纤维
TGATGA-42
水分或者挥发份测试
TGATGA-43
自动分步 TGA的目的及依据 的目的及依据
依据 控制相同的失重速率，失重速率越快， 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 p p p p 准确性 可靠度 反应是否完成， 反应是否完成，分离是否准确 节省分析时间 自动化程度高
Indium
重量校正
100 mg 标准砝码
Nickel Perkalloy
炉体校正
温度选定后炉体自动 校正
Iron
TGATGA-27
TGA应用实例 TGA应用实例
TGA在聚合物领域中的应用 在聚合物领域中的应用
稳定性比较 各种功能添加剂的测定 材料组分定量分析 自动分步扫描TGA 自动分步扫描
TGATGA-29
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
TGATGA-21
气氛对TGA曲线的影响 曲线的影响 气氛对
1
3 2
不同气氛具有不同的导热系 从大到小排为氦气>氮 数，从大到小排为氦气 氮 氩气， 气 >氩气，一水草酸钙在三 氩气 种气氛中的分解速率是氦气 最快，之后为氮气， 最快，之后为氮气，最后为 氩气。 氩气。
偏低
TGATGA-33
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
TGATGA-34
PET中水分含量测试 130℃保温10 小时
TGATGA-35
麻纤维及改性麻纤维TG动力学测试 麻纤维及改性麻纤维TG动力学测试 TG
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
TGATGA-15
影响TGA测试的因素 影响TGA测试的因素
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
TGATGA-17
样品盘选择对TGA曲线影响 曲线影响 样品盘选择对
TGATGA-13
TGA 的设计结构 – TGA 4000
小尺寸炉体 下置式天平 炉体材质为陶瓷 测温热电偶 冷却结合水冷和风冷 样品盘支架 天平与炉体 隔离层 天平室保持 恒温恒湿惰性环境
TGATGA-14
TGA热重分析仪应用 热重分析仪应用 热重分析仪
TGA-FTIR/TGA-MS 热稳定性能测试 不稳定材料测试 异味材料测试 添加剂种类测试 TGA-GC/MS 未知材料判别 混合溶液判断
Pyris 1 TGA
TGA 4000 & STA 6000
TGATGA-3
TGA测试曲线 测试曲线 测试
求导曲线有助于 解析分解过程的数量
TGATGA-4
热分析得到的结果示意
样品品质 -固体 -结晶 -半结晶 变化 熔融 再结晶 升华 固固转变 -无定形 -半结晶 玻璃化转变 不发生Tg的软化 不发生Tg的软化 交联 -常规 分解 键合脱除 （吸附、解吸附） 吸附、解吸附） -液态 -反应性样品 蒸发 化学反应 反应度 %
TGATGA-25
样品制备
TGA 样品盘
铂金
陶瓷
TGATGA-26
准确、方便、快速的校正功能 准确、方便、 居里温度校正
温度校正
五种磁性标准材料的 居里点校正
• 温度准确 (一般的无机粉末保存，影响准确性) • 速度快 (一次测量五个标准值) • 应用范围广 (磁性材料研究)
Off set 計算
TGATGA-22
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TGA的分析要点 TGA的分析要点
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
TGATGA-24
TGA 实验室系统
例如: 例如: Pyris 1 TGA ，备选自动进样器, 气体切换器 ，备选自动进样器,
隔绝对流系统
• 降低不确定性 • 测试结果是目前 测试结果是目前TGA测试最 测试最 佳
TGATGA-11
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
TGATGA-12
TGA 样品盘
白金， 白金，陶瓷 不易腐蚀 易于清理 抗静电 惰性， 惰性，不易与样品反应
邻苯二甲酸盐、 邻苯二甲酸盐、己二酸等添加剂一 般出现在150-300 °C 般出现在 由于是挥发居多，而非分解， 由于是挥发居多，而非分解，因此 温度较为固定 复杂组分需要用求导曲线辅助观察、 复杂组分需要用求导曲线辅助观察、 或者使用控制速率扫描功能
炭黑的形貌会影响分解温度， 炭黑的形貌会影响分解温度，分为 普通炭黑、乙炔导电炭黑、 普通炭黑、乙炔导电炭黑、石墨等 类比试验需保持条件一致性 聚合物分解后剩下的碳质残渣会影 响炭黑含量的测定
TGATGA-19
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升温速率对TG曲线的影响 升温速率对 曲线的影响
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麻纤维及改性麻纤维TG动力学测试 麻纤维及改性麻纤维TG动力学测试 TG
Ozawa 法测定等转化率扫速对数与温度倒数线性关系
TGATGA-20
样品粒度及堆积密度对TG曲线影响 样品粒度及堆积密度对 曲线影响
热分析技术培训
Part II : TGA
来自百度文库华诚 TEA专员 2011.9
TGA分析的原理 TGA分析的原理 及仪器结构
热重分析仪 - TGA
热重分析法
(THERMOGRAVIMETRIC ANALYZER)
将样品置于控制环境下， 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。 种技术。
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应用 – 热稳定性比较
T1 T2
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 、所有条件需要保持一致，如升温速率、 2、可以起始分解温度作为比较的目标 、
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TGATGA-30
应用 – 聚合物中各种功能添加剂的测定
助剂、 抗UV助剂、抗臭氧助剂等 助剂 需要特定测试环境 抗氧化剂 分为氧化交联以及分解， 分为氧化交联以及分解，后者适用
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弹性体TGA曲线
一阶导数曲线
TGATGA-32
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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 中 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 部分
Ethylene部分 部分
乙酸、丁烯、 乙酸、丁烯、乙醛等
VA含量 = VA分子量 × 失重百分比 / 醋酸分子量 = 86 × 21.021% / 60 = 30.13% 含量 分子量
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导电银胶含量
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封装树脂成分分析 -- TGA 测试
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PCB——TGA测试
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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， 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， 增强成分来提高橡胶制品的强度，或者作为 填充料。 填充料。
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DSC(Ex )
TGA
TMA
DMA
TGA设计原理 设计原理
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
扭力马达 感应器
样品
Tare重量 重量
TGATGA-6
TGA主流设计方案 主流设计方案
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