热重分析TG

• 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。
无机阻燃 剂
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 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 的热稳定性越好。
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。
酯
含
量%

乙
酸 乙 烯 酯 相 对 分 子 质量 乙酸相对分子质量

TG
曲
线
第
一
阶
段
失
重
量
共混物的分析
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×百分含量叠加的结果
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，适用于 固化过程中失去低分子 物的缩聚反应。
•精确反映样品的起始反应温度，达 到最大反应速率的温度（峰值）， 反应终止温度。
•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
温度和热焓的变化
热物理性质变化：
质量的变化 尺寸的变化
力学特性的变化
电磁学变化
从事材料工作必备的几种热分析仪器：
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）
用于测量物质的静态转变、熔融、脱水、升华、吸 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、分解等性质的
梯度曲线
曲线的纵坐标为质量 mg 或剩余百分数%表 示；
横坐标T为温度。用热 力学温度（K）或摄氏 温度（℃）。
曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区。
6.3 TG实验技术
1. 试样量和试样皿 试样量：5-10mg 试样皿：铝、三氧化二铝或铂金
注意事项：
•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 序升温，TG曲线发生变化； •试样粒度越小越好，尽可能平铺； •＜600℃采用铝皿， ＞600℃采用三氧化二铝皿； •碱性样品不能采用铝皿。
注意事项：
• 热天平周围气氛的改变对TG曲线影响显著。
4. TG失重曲线的处理和计算
TG-5% TG-10%
起始分解温度
外延起始温度 TG-50% 终止温度 外延终止温度
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，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 的峰形曲线。
利用酚醛树脂固化过程中 生成水，测定脱水失重量 最多的固化温度，其固化 程度最佳。
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。
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
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-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 规共聚物 c-苯乙烯-α-甲基苯乙烯嵌 段共聚物 d-聚α-甲基苯乙烯
乙烯-乙酸乙烯酯共聚体中组分含量的测定 乙酸
乙
酸
乙
烯
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6.4 TG在聚合物材料中的应用
1.聚合物热稳定性的评价 比较起始失重温度
几种高分子材料的TG曲线
比较失重速率
热稳定性TG曲线比较示意图
c＞b＞a
6.4 TG在聚合物材料中的应用
2.聚合物组成的剖析 添加剂的分析
树脂 80%
水 2% 玻璃 18%
TG法确定玻璃钢 材料中玻璃纤维 成分的含量
聚四氟乙烯中炭黑和SiO2的含量确定
2. 升温速率
1-20℃/min
常用：10-20℃/min
注意事项：
•升温速度越快，温度滞后越严重； •升温速度快，使曲线的分辨力下降，会丢失某些中间 产物的信息，如对含水化合物慢升温可以检出分步失水 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 温速率。
3. 气氛的影响
氮气、空气。 流速：40-100 mL/min，利于传热、逸出气体。
材料的热分解动力学公式：
指前因子 升温速率
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
转变与反应。
6.2 TG基本原理
热重法又称热失重法（Thermogravimetry,TG)
在程序控温下，测量物质的质量随温度（或时间）的变化 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。
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)。
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