氧化铁颜料的耐热性评价与水分测定

实验名称：氧化铁颜料的耐热性评价与水分测定
由于生产方法和操作条件的不同,水合程度不同,晶体结构和物理性质有很大差别。

着色力、遮盖力、耐光性、耐酸性、耐碱性、耐热性均佳。

200℃以上分解出结晶水,转变成红色。

氧化铁黄颜料在各类混凝土中预制件和建筑制品材料作为颜料或着色剂，直接调入水泥中应用
一、实验目的
1. 了解铁黄耐热性的意义与应用；
2. 掌握氧化铁黄的耐热性评价与水分测定的原理及方法；
3．学会使用色差仪和热分析仪（TG-DTA）；
二、实验原理
在物质匀速加热或冷却的过程中，当达到特定温度时会发生物理或化学变化。

在变化过程中，往往伴随有吸热或放热现象，这样就改变了物质原有的升温或降温速率。

差热分析就是利用这一特点，通过测定样品与一对热稳定的参比物之间的温度差与时间的关系，来获得有关热力学或热动力学的信息。

目前常用的差热分析仪一般是将试样与具有较高热稳定性的差比物（如α-Al2O3）分别放入两个小的坩埚，置于加热炉中升温。

如在升温过程中试样没有热效应，则试样与差比物之间的温度差ΔT为零；而如果试样在某温度下有热效应，则试样温度上升的速率会发生变化，与参比物相比会产生温度差ΔT。

把T和ΔT转变为电信号，放大后用双笔记录仪记录下来，分别对时间作图，得ΔT—t和T—t两条曲线。

差热分析是一种动态分析技术，影响差热分析结果的因素较多。

主要有：
(1) 升温速率
升温速率对差热曲线有重大影响，常常影响峰的形状、分辨率和峰所对应的温度值。

比如当升温速率较低时基线漂移较小，分辨率较高，可分辨距离很近的峰，但测定时间相对较长；而升温速率高时，基线漂移严重，分辨率较低，但测试时间较短。

(2) 试样
样品的颗粒一般大约在200目左右，用量则与热效应和峰间距有关。

样品粒度的大小，用量的多少都对分析有着很大的影响，甚至连装样的均匀性也会影响到实验的结果。

(3) 稀释剂的影响
稀释剂是指在试样中加入一种与试样不发生任何反应的惰性物质，常常是参比物质。

稀释剂的加入使样品与参比物的热容相近，能有助于改善基线的稳定性，提高检出灵敏度，但同时也会降低峰的面积。

(4) 气氛与压力
许多测定受加热炉中气氛及压力的影响较大，如CaC2O4•H2O在氮气和空气气氛下分解时曲线是不同的。

在氮气气氛下CaC2O4•H2O第二步热解时会分解出CO气体，产生吸热峰，而在空气气氛下热解时放出的CO会被氧化，同时放出热量呈现放热峰。

三、实验器材
实验仪器：电子天平、坩埚、烘箱、CM-5色差仪、热分析仪（TG-DTA）；
实验试剂：普通铁黄颜料、改性后的铁黄颜料；
四、实验内容与步骤
（一）耐热性评价（差热分析法）
1、打开差热分析仪电源，预热10分钟。

先在两个小坩锅内分别准确称取纯锡和α-Al2O3各10mg。

升起加热炉，逆时针方向旋转到左侧。

（用热源靠近差热电偶的任意一热偶板，若差热笔向右移动，则该端为参比热电偶板，反之，为试样板）。

用镊子小心将样品放在样品托盘上，参比放在参比托盘上，降下加热炉（注意在欲放下加热炉的时候，务必先把炉体转回原处，然后才能放下炉子，否则会弄断样品架）。

2、接通冷却水，控制水的流量约在300ml/min左右。

打开操作控制软件，设定升温速度。

3、等到绘图纸上出现一个完整的差热峰时，仪器自动停止加热，待加热炉冷却降
温至70ºC以下，将预先称好的α-Al
2O
3
和KNO
3
试样分别放在样品保持架的两个小托盘上，
在与锡相同的条件下升温加热实验。

4、按照上述步骤，测定待测物的差热曲线两次。

（二）耐热性评价（色差仪法）
称取改性后的铁黄约5g于坩埚中，放在烘箱中待温度升至240℃时，开始计时，30min后及时取出样品。

以原始普通铁黄颜料为参比，测试改性后铁黄、240℃热处理后铁黄的色差（当然也可以用改性后的铁黄为参比，测试热处理后铁黄的色差）。

启动电脑、开机→打开软件，点击联机→放上黑筒→点击零位校准键（黑色的方框）→零位校准结束后移走黑筒，再点击白板校准→校准完成后，放上标准样品（少量、
多次至呈圆锥状，然后震荡平整）→轻放到测试台上→点击T（T就是标样的意思），自动显示标样的L、a、b值，以及与标样相比的色差值ΔE→记录测试结果。

换样重复上述过程继续测试。

详细操作步骤见仪器使用操作方法。

（三）水分测试
称取3-5g左右的试样于水分测试仪中，选择设置，选择自定义，选择工作参数，选择工作温度，选择对应的键进行操作，设定程序升温至105℃，数值稳定后记录含水量即可（约维持5min）。

记录完成后按停止，打开盖子待温度冷至室温后，取出样品。

擦净样品盘进行下一个样品的测试。

五、数据记录与处理
1、记录原始铁黄、改性铁黄、240℃热处理后铁黄的色度值；
2、计算色差；
项目样品名称CIE 均匀空间
颜色座标值
室温240℃干燥后
普通铁黄颜料明度L*值63.61 62.89 色品
a*值14.58 15.34
b*值39.49 38.35
改性后的铁黄颜料明度差ΔL*值 2.24 1.02 色品差
Δa*值0.32 0.52
Δb*值 3.01 0.65 总色差ΔE值 3.77 1.32
注:Δ=试样值-原样值;ΔE =[ （ΔL＊)2+(Δa＊)2+(Δb＊)] 1/2;L＊值越大, 颜色越浅, 反之越深;a＊值:正值越大、颜色越红, 负值越小、颜色越绿;b＊值:正值越大, 颜色越黄;负值越小, 颜色越兰。

3、画出TG-DTA曲线；
50
100
150
200
250
300
350
400
40
50607080
9010010.51%
315℃
Temperature(℃)
M A S S (%)
010
20304050
60
708090
D T A (m V )
4、记录含水量；
组
称量项 ① ②
干燥前质量/g 3.316g 3.375g 干燥后质量/g 3.280g 3.323g 含水量/% 1.09%
1.54%
平均含水量/% 1.315%
六、思考题
通过文献调研，试比较色差仪法和热分析仪法评价铁黄耐热性的优缺点。

答；色差仪法简单快捷高效，但是只能通过颜色变化来比较颜料受温度变化的影响，比较局限。

而且对实验操作要求较高，无法获得具体温度下铁黄颜料的状况且误差较大。

热分析仪法虽然耗时，但可以从TG-DTA曲线中获得铁黄颜料在具体温度下的具体情况，准确度较高。