热重分析法TGA课件.ppt

热重分析法（ＴＧＡ）热重分析法（ＴＧＡ） ---Thermogravimetric Analyzer热重分析法TGA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物质的物质的质量质量温度温度程序控温下程序控温下G=f(T)热降解热氧降解降解动力学热重分析法TGATGA仪器结构与测量原理平衡砝码盘平衡砝码盘微电流微电流放大器放大器光源光源挡板挡板光电管光电管加热器加热器磁铁磁铁感应线圈感应线圈支架支架梁梁样品盘样品盘热电偶热电偶热重分析法TGA影响TGA实验结果的因素1.1.样品盘的影响样品盘的影响:样品盘一般为惰性材料（铂、陶瓷等） 注意：碱性试样不能用石英或陶瓷样品盘；铂对许多有机化合物和某些无机化合物有催化作用2.2.升温速率的影响升温速率的影响：：升温速率越大，所得特征温度越高3.3.气氛的影响：气氛的影响：一般采用动态气氛，热降解用氮气，热氧降解用空气或氧气热重分析法TGA TG在聚合物研究中的应用热重分析法TGA比较不同高聚物的相对热稳定性 五种聚合物的TGA曲线热重分析法TGA实验条件同一热失重仪上同一热失重仪上PI>PTFE>HDPE>PMMA>PVC.分解温度顺序为：相同测试条件温度范围：室温温度范围：室温~800oC；；升温速率：升温速率：10oC/min；；流动流动N2保护保护热重分析法TGA聚酰亚胺（PI--Polyimide)的结构NCCOONCCOOCH2n•PI分子结构中含有大量芳杂环，因而其热稳定性很好；分子结构中含有大量芳杂环，因而其热稳定性很好；长期使用温度可达到长期使用温度可达到250oC，短期使用温度可达到，短期使用温度可达到450 oC热重分析法TGA聚四氟乙烯（PTFE）•1.键能键能:C-F:485.3>C-H:414.2 (kJ/mol)•2.聚四氟乙烯分子中聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面子几乎覆盖了整个高分子链的表面(C C)FFFFn(C C)HHHH热重分析法TGA聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）(C C)HCH3HCnOO CH3热重分析法TGA PVC热稳定性最差，这是由它特殊的分子结构所决定的：PVC中的Cl原子与H原子形成了氢键，因为氢键的作用力较弱，因而在较低温度就可断裂。

聚氯乙烯（PVC）(C C)HClHHn热重分析法TGAPVC分解分两个阶段的原因分解分两个阶段的原因420oC左右由于左右由于PVC主链断裂引起主链断裂引起两个相互两个相互竞争的反应竞争的反应(分子内环化反应和分子间交联反应分子内环化反应和分子间交联反应)第一阶段第一阶段：：200oC~300oC之间之间由于大分子链脱由于大分子链脱HCl引起引起第二阶段：第二阶段：热重分析法TGA2 增重现象的研究热重分析法TGA3.3.材料成分分析材料成分分析 •聚合物中的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•因此可以根据各组分失重量计算出它们在样品中的百分含量热重分析法TGASiO2和碳黑填充聚四氟乙烯的TG曲线热重分析法TGA4.研究聚合物的固化过程酚醛树脂等温固化曲线 热重分析法TGA•酚醛树脂固化过程中生成小分酚醛树脂固化过程中生成小分子子H2O脱水失重量脱水失重量最多的固化温度最多的固化温度最佳的固化温度最佳的固化温度热重分析法TGA5.材料热老化寿命的估算 ln =a/T+b  -失重10%所需时间T-温度例：化纤助剂215oC和236oC恒温失重，失重10%所需时间分别为282.4min ,64min，代入上式，得 ln=7.624×103.1/T-13.172 由上式可得任何温度时的热寿命热重分析法TGA6.聚合物热降解和热氧降解动力学研究热重分析法TGA热分析联用技术•DTA-TGA联用•DSC-TGA联用•高温裂解质谱-TGA联用•IR-TGA联用热重分析法TGA•LDPE（LLDPE）具有优异的柔韧性和延展性，广泛应用于吹塑薄膜、制造器皿、挤出管材等。

其主要缺点是刚性较差、软化点较低等•纳米SiO2是一种新型无机填料，具有特殊纳米尺寸效应和表面界面效应纳米SiO2与LDPE填充共混可提高基体的模量，热稳定性和改善基体的保温性 综合实例：综合实例：纳米纳米SiO2SiO2填充填充LLDPELLDPE复合材料复合材料的热稳定性和热氧稳定性研究的热稳定性和热氧稳定性研究 热重分析法TGA热稳定性热稳定性 Fig.1 TG thermograms of LLDPE filled with different nano-SiO2 content(nitrogen atmosphere) 1:LLDPE 2:U1 3:U2 4:U3热重分析法TGA•基体热稳定性提高的原因：（1）纳米SiO2的网状结构对LLDPE的热降解起着阻碍作用2）纳米刚性粒子影响基体的热传导，致使热降解滞后热重分析法TGA热氧稳定性热氧稳定性 TG thermograms of LLDPE filled with different nano-SiO2 content(air atmosphere) 1:LLDPE 2:U1 3:U2 4:U3热重分析法TGA基体热氧稳定性提高的原因　　　由于纳米SiO2比表面积大，表面活性高，孔体积大，对抗氧剂的吸附作用显著，控制释放作用较强所致。

吸附与控制释放作用导致抗氧剂的活性降低，试样的热氧稳定性显著提高 热重分析法TGA。