热重分析TG

转变与反应。 转变与反应。
TG基本原理 6.2 TG基本原理
热重法又称热失重法（Thermogravimetry,TG) 热重法又称热失重法（
在程序控温下，测量物质的质量随温度（或时间） 在程序控温下，测量物质的质量随温度（或时间）的变化 物质的质量 关系。对于材料的热稳定性、 关系。对于材料的热稳定性、组成以及热反应变化进行有 效表征。 效表征。
TG在聚合物材料中的应用 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
TG在聚合物材料中的应用 6.4 TG在聚合物材料中的应用
1.聚合物热稳定性的评价 1.聚合物热稳定性的评价 比较起始失重温度
TG在聚合物材料中的应用 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 聚合物中常用的添加增塑剂，其用量和品种不同， 增塑剂 作用效果不同。 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 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。 条件。
曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区。 曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区。 失重区 热稳定区
TG实验技术 6.3 TG实验技术
1. 试样量和试样皿 试样量： 试样量：5-10mg 试样皿： 试样皿：铝、三氧化二铝或铂金 注意事项： 注意事项：
•对于膨胀型的材料适量减少试样量； 对于膨胀型的材料适量减少试样量； 对于膨胀型的材料适量减少试样量 •试样量过多，传质阻力大，使试样温度偏离线性程 试样量过多，传质阻力大， 试样量过多 序升温，TG曲线发生变化 曲线发生变化； 序升温，TG曲线发生变化； •试样粒度越小越好，尽可能平铺； 试样粒度越小越好，尽可能平铺； 试样粒度越小越好 •＜600℃采用铝皿， ＞600℃采用三氧化二铝皿； ＜600℃采用铝皿， 600℃采用三氧化二铝皿； •碱性样品不能采用铝皿。 碱性样品不能采用铝皿。 碱性样品不能采用铝皿
2. 升温速率
1-20℃/min 常用：10常用：10-20℃/min
注意事项： 注意事项：
•升温速度越快，温度滞后越严重； 升温速度越快，温度滞后越严重； 升温速度越快 •升温速度快，使曲线的分辨力下降，会丢失某些中间 升温速度快，使曲线的分辨力下降， 升温速度快 产物的信息，如对含水化合物慢升温可以检出分步失水 产物的信息， 的一些中间物； 的一些中间物； •同系列样品比较，在没有特殊要求下最好采用相同升 同系列样品比较， 同系列样品比较 温速率。 温速率。
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。 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 阻燃剂在聚合物中有特殊效果 在聚合物中有特殊效果， 适当，可大大改善聚合物材料的阻燃性能。 适当，可大大改善聚合物材料的阻燃性能。
无机阻燃 剂
TG在聚合物材料中的应用 6.4 TG在聚合物材料中的应用
5. 研究聚合物的降解反应动力学
• 降解反应动力学是研究材料降解的速度随时间、温度的变 降解反应动力学是研究材料降解的速度随时间、 活化能、 化关系，最终求出活化能 反应级数并对该反应机理进行解 化关系，最终求出活化能、反应级数并对该反应机理进行解 释。 •活化能是材料发生分解所需的临界能量，活化能越高，材料 活化能是材料发生分解所需的临界能量 活化能是材料发生分解所需的临界能量，活化能越高， 的热稳定性越好。 的热稳定性越好。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ. 气氛的影响
氮气、空气。 氮气、空气。 流速：40mL/min，利于传热、逸出气体。 流速：40-100 mL/min，利于传热、逸出气体。
注意事项： 注意事项：
• 热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著。 热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著。 TG曲线影响显著
TG失重曲线的处理和计算 4. TG失重曲线的处理和计算
乙烯-乙酸乙烯酯共聚体中组分含量的测定 乙烯-
乙酸
乙酸乙烯酯相对分子质 量 乙酸乙烯酯含量 % = × TG曲线第一阶段失重量 乙酸相对分子质量
共混物的分析
各组分的失重温度没有太大变化， 各组分的失重温度没有太大变化， 各组分失重量=各组分纯物质的失重× 各组分失重量=各组分纯物质的失重×百分含量叠加的结果
微量热 天平 铂金样 品盘
加 热 器
热重分析通常可分为两类：动态(升温)和静态(恒温) 热重分析通常可分为两类：动态(升温)和静态(恒温)。
谱图表示方法： 谱图表示方法： 样品的重量或重量分数随温度或时间的变化曲线
梯度曲线
曲线的纵坐标为质量 mg 或剩余百分数 表 或剩余百分数%表 示； 横坐标T为温度。用热 横坐标 为温度。 为温度 力学温度（ ） 力学温度（K）或摄氏 温度（ 温度（℃）。
材料的热分解动力学公式： 材料的热分解动力学公式：
活化能 指前因子 反应级数
失重率
升温速率
气体常数
E dα n ln[β ] = ln A(1 − α ) − RT dT
1 dα ln[ β ]− − − − 在多个升温速率下，给定失重率， 在多个升温速率下，给定失重率，以 RT dT 作图，斜率为活化能E 作图，斜率为活化能E，截距为
性质随温度变化的一类技术。 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 的变化， 通过检测样品本身的 热物理性质随 温度或时间 的变化 ， 热物理性质 来研究物质的分子结构 聚集态结构、 分子结构、 来研究物质的 分子结构 、 聚集态结构 、 分子运动的变 化等。 温度和热焓的变化 质量的变化 热物理性质变化： 热物理性质变化： 尺寸的变化 力学特性的变化 电磁学变化
起始分解温度
外延起始温度 TG-5% TG-50% TG-10% 终止温度
外延终止温度
微商曲线(DTG) (DTG)表示和意义 5. 微商曲线(DTG)表示和意义 重量的变化率与温度或时间的函数关系， TG曲线对 重量的变化率与温度或时间的函数关系，是TG曲线对 温度或时间的一阶导数。 DTG曲线是一个热失重速率 温度或时间的一阶导数 。 DTG 曲线是一个热失重速率 的峰形曲线。 的峰形曲线。
玻璃 18%
聚四氟乙烯中炭黑和SiO 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%
乙丙橡胶中炭黑和油的含量
共聚物的分析
苯乙烯苯乙烯-α-甲基苯乙烯共聚物的热稳定性 a-聚苯乙烯 b-苯乙烯-α-甲基苯乙烯无 苯乙烯规共聚物 c-苯乙烯-α-甲基苯乙烯嵌 苯乙烯段共聚物 d-聚α-甲基苯乙烯
TG在聚合物材料中的应用 6.4 TG在聚合物材料中的应用
3. 研究聚合物固化 静态热重分析， 静态热重分析，适用于 固化过程中失去低分子 固化过程中失去低分子 的缩聚反应。 物的缩聚反应。
利用酚醛树脂固化过程中 生成水， 生成水，测定脱水失重量 最多的固化温度， 最多的固化温度，其固化 程度最佳。 程度最佳。
[
]
ln A(1 − α )
[
n
]
ln A(1 − α ) = ln A + n ln(1 − α )
n
[
]
以截距对ln(1作图，可求出反应级数n和指前因子A 以截距对ln(1-α)作图，可求出反应级数n和指前因子A ln(1
•精确反映样品的起始反应温度，达 精确反映样品的起始反应温度， 精确反映样品的起始反应温度 到最大反应速率的温度（ 峰值） 到最大反应速率的温度 （ 峰值 ） ， 反应终止温度。 反应终止温度。 •利用 DTG 的峰面积与样品对应的重 利用DTG 利用 DTG的峰面积与样品对应的重 量变化成正比， 量变化成正比 ， 可精确的进行定量 分析。 分析。
几种高分子材料的TG曲线 几种高分子材料的TG曲线 TG
比较失重速率
热稳定性TG曲线比较示意图 热稳定性TG曲线比较示意图 TG
c ＞b ＞a
TG在聚合物材料中的应用 6.4 TG在聚合物材料中的应用
2.聚合物组成的剖析 2.聚合物组成的剖析 添加剂的分析
水 2%
树脂 80%
TG法确定玻璃钢 TG法确定玻璃钢 材料中玻璃纤维 成分的含量
从事材料工作必备的几种热分析仪器： 从事材料工作必备的几种热分析仪器：
差示扫描量热仪（ 差示扫描量热仪（DSC) 差热分析仪 （DTA） ） 热重分析仪 （TGA） ） 热机械分析仪 （DMA） ）
静态转变、熔融、脱水、升华、 用于测量物质的静态转变、熔融、脱水、升华、吸 解吸、玻璃化转变、液晶转变、燃烧、固化、 附、解吸、玻璃化转变、液晶转变、燃烧、固化、 模量、 阻尼、 热化学常数、 纯度、 模量 、 阻尼 、 热化学常数 、 纯度 、 分解 等性质的
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 TG基本原理 6.2 TG基本原理 TG实验技术 6.3 TG实验技术 TG在聚合物材料中的应用 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 指在程序控温下，