熱分析方法-TG

1、第六章第六章 熱分析方法熱分析方法第二節(jié)第二節(jié)熱重法熱重法一引言一引言 熱重法是在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫?zé)嶂胤ㄊ窃诔绦蚩刂茰囟认?，測(cè)量物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)，度關(guān)系的一種技術(shù)，也是使用得最多、最廣泛的也是使用得最多、最廣泛的一種熱分析之一，這說(shuō)明了它在熱分析技術(shù)中的一種熱分析之一，這說(shuō)明了它在熱分析技術(shù)中的重要性。重要性。 熱重法通常有下列兩種類型：熱重法通常有下列兩種類型： 等溫（或靜態(tài)）熱重法等溫（或靜態(tài)）熱重法 在恒溫下測(cè)定物質(zhì)質(zhì)量在恒溫下測(cè)定物質(zhì)質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系。變化與溫度的關(guān)系。 非等溫（或動(dòng)態(tài)）熱重法非等溫（或動(dòng)態(tài)）熱重法 在程序升溫下測(cè)定物在程序升溫下測(cè)定物質(zhì)

2、質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系。質(zhì)質(zhì)量變化與溫度的關(guān)系。 一般認(rèn)為等溫法比較準(zhǔn)確，但由于比較費(fèi)事，目一般認(rèn)為等溫法比較準(zhǔn)確，但由于比較費(fèi)事，目前采用得較少。前采用得較少。Sorensen1提出準(zhǔn)等溫法提出準(zhǔn)等溫法（Quasi-Isothermal），即在接近等溫條件下研），即在接近等溫條件下研究反應(yīng)的進(jìn)行過(guò)程，該法的優(yōu)點(diǎn)是：究反應(yīng)的進(jìn)行過(guò)程，該法的優(yōu)點(diǎn)是： 可精確測(cè)定反應(yīng)溫度；可精確測(cè)定反應(yīng)溫度； 相近的反應(yīng)易于分開(kāi)；相近的反應(yīng)易于分開(kāi)； 在一次掃描過(guò)程中可測(cè)出每個(gè)中間反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)在一次掃描過(guò)程中可測(cè)出每個(gè)中間反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 因此，準(zhǔn)等溫法要比等溫法簡(jiǎn)便，因?yàn)橥ǔ５葴匾虼?，?zhǔn)等溫法要比等溫法簡(jiǎn)

3、便，因?yàn)橥ǔ５葴胤ㄐ枰谳^寬溫度范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。法需要在較寬溫度范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 在熱重法中非等溫法最為簡(jiǎn)便，所以采用得最多。在熱重法中非等溫法最為簡(jiǎn)便，所以采用得最多。本章將主要討論非等溫?zé)嶂胤?。本章將主要討論非等溫?zé)嶂胤ā６嶂胤治鰞x二熱重分析儀 熱重分析儀的基本構(gòu)造是由精密天平熱重分析儀的基本構(gòu)造是由精密天平和線性程序控溫的加熱爐所組成。熱和線性程序控溫的加熱爐所組成。熱天平主要有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)，如天平主要有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)，如圖圖2-1所示。所示。 圖圖2-1 熱天平結(jié)構(gòu)示意圖熱天平結(jié)構(gòu)示意圖 （a）立式；）立式； （b）臥式）臥式圖圖2-2 立式結(jié)構(gòu)立式結(jié)構(gòu)的熱重分析儀的的熱重

4、分析儀的示意圖示意圖1.光源；光源；2.光閥；光閥；3.光電倍增管；光電倍增管；4.緊帶緊帶 5.砝碼；砝碼；6.磁鐵；磁鐵；7.反饋線圈；反饋線圈；8.天平梁；天平梁；9.試樣盤(pán)；試樣盤(pán)；10.加熱爐；加熱爐；11.熱電偶；熱電偶；12.溫度調(diào)節(jié)器；溫度調(diào)節(jié)器；13.重量測(cè)量放大重量測(cè)量放大器；記錄裝置。器；記錄裝置。NETZSCH TG 209 Technical Datal Weighing systemWeighing range: 500mgResolution: 1gSample weight: 1g max.(inclu. sample crucible)l Heating sy

5、stemTemperature range: (10)20-1000Heating rate: 0.1-80K/min.Cooling time: 10min.(1000 to 100)l Sample atmosphereVacuum: 10-2mbarStatic/dynamic: inert, reactive gases (non-toxic, non-flammable, non-explodable), forming gasGas change: via PC or manuablly三熱重曲線的分析和計(jì)算方法三熱重曲線的分析和計(jì)算方法 由熱重法記錄的重量變化對(duì)溫度的關(guān)系曲線稱熱

6、由熱重法記錄的重量變化對(duì)溫度的關(guān)系曲線稱熱重曲線（重曲線（TG曲線）。曲線的縱坐標(biāo)為質(zhì)量，橫曲線）。曲線的縱坐標(biāo)為質(zhì)量，橫坐標(biāo)為溫度。例如固體的熱分解反應(yīng)為：坐標(biāo)為溫度。例如固體的熱分解反應(yīng)為： 其熱重曲線如圖其熱重曲線如圖2-3所示。所示。A（固）B（固）C（氣）+（2-1）圖圖2-3 固體熱分解反應(yīng)的典型熱重曲線固體熱分解反應(yīng)的典型熱重曲線EabcdTiTfTCoA（固）B（固） Ti起始溫度，即累積質(zhì)量變化達(dá)到熱天平可起始溫度，即累積質(zhì)量變化達(dá)到熱天平可以檢測(cè)時(shí)的溫度。以檢測(cè)時(shí)的溫度。 Tf終止溫度，即累積質(zhì)量變化達(dá)到最大值時(shí)終止溫度，即累積質(zhì)量變化達(dá)到最大值時(shí)的溫度。的溫度。 Tf-T

7、i反應(yīng)區(qū)間，起始溫度與終止溫度的溫度反應(yīng)區(qū)間，起始溫度與終止溫度的溫度間隔。間隔。 TG曲線上質(zhì)量基本不變的部分稱為平臺(tái)，如圖曲線上質(zhì)量基本不變的部分稱為平臺(tái)，如圖2-3中的中的ab和和cd。 從熱重曲線可得到試樣組成、熱穩(wěn)定性、熱分解從熱重曲線可得到試樣組成、熱穩(wěn)定性、熱分解溫度、熱分解產(chǎn)物和熱分解動(dòng)力學(xué)等有關(guān)數(shù)據(jù)。溫度、熱分解產(chǎn)物和熱分解動(dòng)力學(xué)等有關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)還可獲得試樣質(zhì)量變化率與溫度或時(shí)間的關(guān)同時(shí)還可獲得試樣質(zhì)量變化率與溫度或時(shí)間的關(guān)系曲線，即微商熱重曲線。系曲線，即微商熱重曲線。下面以下面以CuSO45H2O脫去結(jié)晶水的反應(yīng)為例分析熱脫去結(jié)晶水的反應(yīng)為例分析熱重法的基本原理和兩種類型

8、熱重曲線之間的關(guān)系。重法的基本原理和兩種類型熱重曲線之間的關(guān)系。CuSO45H2O的熱分解曲線如圖的熱分解曲線如圖2-4所示。所示。圖圖2-4 CuSO45H2O的熱重曲線的熱重曲線(TG)(DTG)dW/dtWW0W1W2W3T1T2T3T4100200300100300200ABCDEFG HToC 圖圖2-4中中TG曲線在曲線在A點(diǎn)和點(diǎn)和B點(diǎn)之間沒(méi)有發(fā)生點(diǎn)之間沒(méi)有發(fā)生重量變化重量變化,即試樣是穩(wěn)定的。在即試樣是穩(wěn)定的。在B點(diǎn)開(kāi)始脫點(diǎn)開(kāi)始脫水，曲線上呈現(xiàn)出失重，失重的終點(diǎn)為水，曲線上呈現(xiàn)出失重，失重的終點(diǎn)為C點(diǎn)。點(diǎn)。這一步的脫水反應(yīng)為這一步的脫水反應(yīng)為 在該階段在該階段CuSO45H2O失

9、去兩個(gè)水分子。失去兩個(gè)水分子。在在C點(diǎn)和點(diǎn)和D點(diǎn)之間試樣再一次處于穩(wěn)定狀態(tài)。點(diǎn)之間試樣再一次處于穩(wěn)定狀態(tài)。然后在然后在D點(diǎn)進(jìn)一步脫水，在點(diǎn)進(jìn)一步脫水，在D點(diǎn)和點(diǎn)和E點(diǎn)之間點(diǎn)之間脫掉兩個(gè)水分子。在脫掉兩個(gè)水分子。在E點(diǎn)和點(diǎn)和F點(diǎn)之間生成了點(diǎn)之間生成了穩(wěn)定的化合物，從穩(wěn)定的化合物，從F點(diǎn)到點(diǎn)到G點(diǎn)開(kāi)始脫掉最后點(diǎn)開(kāi)始脫掉最后一個(gè)水分子。一個(gè)水分子。G點(diǎn)到點(diǎn)到H點(diǎn)的平臺(tái)表示形成穩(wěn)點(diǎn)的平臺(tái)表示形成穩(wěn)定的無(wú)水化合物。定的無(wú)水化合物。2H2OCuSO45H2O3H2OCuSO4+(2-2)第二、三步脫水反應(yīng)的方程式為：第二、三步脫水反應(yīng)的方程式為：(2-3)2H2OCuSO43H2OH2OCuSO4+(2-

10、4)H2O+H2OCuSO4CuSO4 根據(jù)熱重曲線上各平臺(tái)之間的重量變化，可根據(jù)熱重曲線上各平臺(tái)之間的重量變化，可計(jì)算出試樣各步的失重量。圖中的縱坐標(biāo)計(jì)算出試樣各步的失重量。圖中的縱坐標(biāo)通常表示：通常表示：l質(zhì)量或重量的標(biāo)度；質(zhì)量或重量的標(biāo)度；l總的失重百分?jǐn)?shù)；總的失重百分?jǐn)?shù)；l分解函數(shù)。分解函數(shù)。 利用熱重法測(cè)定試樣時(shí)，往往開(kāi)始有一個(gè)很小的利用熱重法測(cè)定試樣時(shí)，往往開(kāi)始有一個(gè)很小的重量變化，這是由試樣中所存在的吸附水或溶劑重量變化，這是由試樣中所存在的吸附水或溶劑引起的。當(dāng)溫度升至引起的。當(dāng)溫度升至T1，才產(chǎn)生第一步失重。第，才產(chǎn)生第一步失重。第一步失重量為一步失重量為W0-W1，其失重百

11、分?jǐn)?shù)為：，其失重百分?jǐn)?shù)為： (2-5) 式中：式中：W0試樣重量；試樣重量；W1第一次失重后第一次失重后試樣的重量。試樣的重量。 第一步反應(yīng)終點(diǎn)的溫度為第一步反應(yīng)終點(diǎn)的溫度為T(mén)2，在，在T2形成穩(wěn)定相形成穩(wěn)定相CuSO43H2O。此后，失重從。此后，失重從T2到到T3，在，在T3生成生成CuSO4H2O。再進(jìn)一步脫水一直到。再進(jìn)一步脫水一直到T4，在，在T4無(wú)水無(wú)水%100010WWW 硫酸銅生成。根據(jù)熱重曲線上的各步失重量可以硫酸銅生成。根據(jù)熱重曲線上的各步失重量可以很簡(jiǎn)便地計(jì)算出各步的失重百分?jǐn)?shù)，從而判斷試很簡(jiǎn)便地計(jì)算出各步的失重百分?jǐn)?shù)，從而判斷試樣的熱分解機(jī)理和各步的分解產(chǎn)物。從熱重曲線

12、樣的熱分解機(jī)理和各步的分解產(chǎn)物。從熱重曲線 可看出熱穩(wěn)定性溫度區(qū)、反應(yīng)區(qū)、反應(yīng)所產(chǎn)生的可看出熱穩(wěn)定性溫度區(qū)、反應(yīng)區(qū)、反應(yīng)所產(chǎn)生的中間體和最終產(chǎn)物。該曲線也適合于化學(xué)量的計(jì)中間體和最終產(chǎn)物。該曲線也適合于化學(xué)量的計(jì)算。算。 在熱重曲線中，水平部分表示重量是恒定的，曲在熱重曲線中，水平部分表示重量是恒定的，曲線斜率發(fā)生變化的部分表示重量的變化，因此從線斜率發(fā)生變化的部分表示重量的變化，因此從熱重曲線可求算出微商熱重曲線。新型熱重分析熱重曲線可求算出微商熱重曲線。新型熱重分析儀都有重量微商單元。通過(guò)重量微商線路可直接儀都有重量微商單元。通過(guò)重量微商線路可直接記錄微商熱重曲線。記錄微商熱重曲線。微商熱

13、重曲線（微商熱重曲線（DTG曲線）表示重量隨時(shí)間的變化曲線）表示重量隨時(shí)間的變化率（率（dW/dt），見(jiàn)圖），見(jiàn)圖2-4。它是溫度或時(shí)間的函數(shù)：。它是溫度或時(shí)間的函數(shù)：dW/dt = f (T或或t) (2-6) DTG曲線的峰頂曲線的峰頂d2W/dt2=0，即失重速率的最大值，即失重速率的最大值，它與它與TG曲線的拐點(diǎn)相應(yīng)。曲線的拐點(diǎn)相應(yīng)。DTG曲線上的峰的數(shù)目曲線上的峰的數(shù)目和和TG曲線的臺(tái)階數(shù)相等，峰面積與失重量成正比。曲線的臺(tái)階數(shù)相等，峰面積與失重量成正比。因此，可從因此，可從DTG的峰面積算出失重量。的峰面積算出失重量。含有一個(gè)結(jié)晶水的草酸鈣的熱重曲線和微商熱重曲含有一個(gè)結(jié)晶水的草酸

14、鈣的熱重曲線和微商熱重曲線，如圖線，如圖2-5所示。所示。CaC2O4H2O的熱分解過(guò)程分的熱分解過(guò)程分下列幾步進(jìn)行：下列幾步進(jìn)行： 圖圖2-5 CaC2O4H2O的熱重曲線的熱重曲線DTGTG402006080100400600800W %oCT(2-7)H2O+H2OCaC2O4CaC2O4(2-8)CO+CaC2O4CaCO3(2-9)CO2+CaCO3CaO CaC2O4H2O在在100以前沒(méi)有失重現(xiàn)象，其熱以前沒(méi)有失重現(xiàn)象，其熱重曲線呈水平狀，為重曲線呈水平狀，為T(mén)G曲線中的第一個(gè)平臺(tái)。曲線中的第一個(gè)平臺(tái)。在在100和和200之間失重并開(kāi)始出現(xiàn)第二個(gè)平臺(tái)。之間失重并開(kāi)始出現(xiàn)第二個(gè)平臺(tái)

15、。這一步的失重量占試樣總重量的這一步的失重量占試樣總重量的12.5%，相當(dāng)于，相當(dāng)于每每mol CaC2O4H2O失掉失掉1mol水。在水。在400和和500之間失重并開(kāi)始呈現(xiàn)第三個(gè)平臺(tái)，其失重之間失重并開(kāi)始呈現(xiàn)第三個(gè)平臺(tái)，其失重量占試樣總重量的量占試樣總重量的18.5%，相當(dāng)于每，相當(dāng)于每mol CaC2O4分解出分解出1mol CO。最后，在。最后，在600和和800之間之間失重并出現(xiàn)第四個(gè)平臺(tái)，為失重并出現(xiàn)第四個(gè)平臺(tái)，為CaCO3分解成分解成CaO和和CO2的過(guò)程。的過(guò)程。 圖圖 2 - 5 中中 D T G 曲 線 所 記 錄 的 三 個(gè) 峰 是 與曲 線 所 記 錄 的 三 個(gè) 峰

16、是 與CaC2O4H2O三步失重過(guò)程相對(duì)應(yīng)的。根據(jù)這三三步失重過(guò)程相對(duì)應(yīng)的。根據(jù)這三個(gè)個(gè)DTG的峰面積，同樣可算出的峰面積，同樣可算出CaC2O4H2O各個(gè)各個(gè)熱分解過(guò)程的失重量或失重百分?jǐn)?shù)。熱分解過(guò)程的失重量或失重百分?jǐn)?shù)。 在熱重法中，在熱重法中，DTG曲線比曲線比TG曲線更為有用，曲線更為有用，因?yàn)樗c因?yàn)樗cDTA曲線相類似，可在相同的溫曲線相類似，可在相同的溫度范圍進(jìn)行對(duì)比和分析而獲得有價(jià)值的資度范圍進(jìn)行對(duì)比和分析而獲得有價(jià)值的資料。料。 實(shí)際測(cè)定的實(shí)際測(cè)定的TG和和DTG曲線與實(shí)驗(yàn)條件，如曲線與實(shí)驗(yàn)條件，如加熱速率、氣氛、試樣重量、試樣純度和加熱速率、氣氛、試樣重量、試樣純度和試樣粒

17、度等密切相關(guān)。最主要的是精確測(cè)試樣粒度等密切相關(guān)。最主要的是精確測(cè)定定TG曲線開(kāi)始偏離水平時(shí)的溫度即反應(yīng)的曲線開(kāi)始偏離水平時(shí)的溫度即反應(yīng)的開(kāi)始溫度?？傊_(kāi)始溫度。總之，TG曲線的形狀和正確的曲線的形狀和正確的解釋取決于恒定的實(shí)驗(yàn)條件。解釋取決于恒定的實(shí)驗(yàn)條件。四熱重曲線的影響因素四熱重曲線的影響因素 在前一節(jié)已提到許多因素影響熱重曲線。為了獲在前一節(jié)已提到許多因素影響熱重曲線。為了獲得精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析各種因素對(duì)得精確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析各種因素對(duì)TG曲線的曲線的影響是很重要的。影響影響是很重要的。影響TG曲線的主要因素基本曲線的主要因素基本上包括下列幾方面：上包括下列幾方面： 儀器因素儀器因

18、素浮力、試樣盤(pán)、揮發(fā)物的冷凝等；浮力、試樣盤(pán)、揮發(fā)物的冷凝等； 實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)條件升溫速率、氣氛等；升溫速率、氣氛等； 試樣的影響試樣的影響試樣質(zhì)量、粒度等。試樣質(zhì)量、粒度等。1儀器因素儀器因素1儀器因素儀器因素(1) 浮力的影響浮力的影響由于氣體的密度在不同的溫度下有所不同，所以隨著溫度的由于氣體的密度在不同的溫度下有所不同，所以隨著溫度的上升試樣周圍的氣體密度發(fā)生變化，造成浮力的變動(dòng)。在上升試樣周圍的氣體密度發(fā)生變化，造成浮力的變動(dòng)。在300時(shí)浮力為常溫時(shí)的時(shí)浮力為常溫時(shí)的1/2左右，在左右，在900時(shí)大約為時(shí)大約為1/4?？梢?jiàn)，在試樣重量沒(méi)有變化的情況下，由于升溫，似乎試樣可見(jiàn)，在試樣重量

19、沒(méi)有變化的情況下，由于升溫，似乎試樣在增重，這種現(xiàn)象通常稱之為表觀增重。表觀增重（在增重，這種現(xiàn)象通常稱之為表觀增重。表觀增重（ W）可用下列公式計(jì)算：可用下列公式計(jì)算： (2-10)式中：式中：d試樣周圍氣體在試樣周圍氣體在273K時(shí)的密度；時(shí)的密度；V加熱區(qū)加熱區(qū)試樣盤(pán)和支撐桿的體積。試樣盤(pán)和支撐桿的體積。TdVW/2731 Simons等等5對(duì)熱重分析儀中由浮力引起對(duì)熱重分析儀中由浮力引起的表觀增重現(xiàn)象作了詳細(xì)的研究。研究結(jié)的表觀增重現(xiàn)象作了詳細(xì)的研究。研究結(jié)果表明，果表明，200mg的試樣盤(pán)升溫到的試樣盤(pán)升溫到1073，其總的表觀增重為其總的表觀增重為5mg。并指出在。并指出在200以

20、前增重速率最大，在以前增重速率最大，在200-1000表觀增表觀增重與溫度呈線性關(guān)系。不同氣氛對(duì)表觀增重與溫度呈線性關(guān)系。不同氣氛對(duì)表觀增重的影響也很不同。重的影響也很不同。 除了浮力的影響，還有對(duì)流的影響。為了除了浮力的影響，還有對(duì)流的影響。為了減小浮力和對(duì)流的影響，減小浮力和對(duì)流的影響，可在真空下測(cè)定可在真空下測(cè)定或選用水平結(jié)構(gòu)的熱重分析儀或選用水平結(jié)構(gòu)的熱重分析儀。因?yàn)樗健Ｒ驗(yàn)樗降奶炱娇杀苊飧?dòng)效應(yīng)。的天平可避免浮動(dòng)效應(yīng)。(2) 試樣盤(pán)的影響試樣盤(pán)的影響試樣盤(pán)的影響包括盤(pán)的大小、形狀和材料的性質(zhì)試樣盤(pán)的影響包括盤(pán)的大小、形狀和材料的性質(zhì)等。盤(pán)的大小實(shí)際上與試樣用量有關(guān)。它主要影等。盤(pán)

21、的大小實(shí)際上與試樣用量有關(guān)。它主要影響響熱傳導(dǎo)和熱擴(kuò)散熱傳導(dǎo)和熱擴(kuò)散。盤(pán)的形狀與表面積有關(guān)。它。盤(pán)的形狀與表面積有關(guān)。它影響著試樣的揮發(fā)速率。因此，盤(pán)的結(jié)構(gòu)對(duì)影響著試樣的揮發(fā)速率。因此，盤(pán)的結(jié)構(gòu)對(duì)TG曲線的影響是一個(gè)不可忽視的因素，在測(cè)定動(dòng)力曲線的影響是一個(gè)不可忽視的因素，在測(cè)定動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)更顯得重要。學(xué)數(shù)據(jù)時(shí)更顯得重要。通常采用的試樣盤(pán)以輕巧的淺盤(pán)最好，可使試樣通常采用的試樣盤(pán)以輕巧的淺盤(pán)最好，可使試樣在盤(pán)中攤成均勻的薄層，有利于熱傳導(dǎo)和熱擴(kuò)散。在盤(pán)中攤成均勻的薄層，有利于熱傳導(dǎo)和熱擴(kuò)散。在熱重分析時(shí)試樣盤(pán)應(yīng)是惰性材料制作的。在熱重分析時(shí)試樣盤(pán)應(yīng)是惰性材料制作的。常用盤(pán)材料為鉑、鋁和陶瓷等。

22、顯然，對(duì)常用盤(pán)材料為鉑、鋁和陶瓷等。顯然，對(duì)Na2CO3一類的堿性試樣是不可能使用鋁、一類的堿性試樣是不可能使用鋁、石英和陶瓷試樣盤(pán)，因?yàn)樗鼈兌己瓦@類堿性石英和陶瓷試樣盤(pán)，因?yàn)樗鼈兌己瓦@類堿性試樣發(fā)生反應(yīng)而改變?cè)嚇影l(fā)生反應(yīng)而改變TG曲線。這種影響在高曲線。這種影響在高聚物分析中也很明顯。例如聚四氟乙烯在一聚物分析中也很明顯。例如聚四氟乙烯在一定條件下與石英、陶瓷試樣盤(pán)反應(yīng)生成揮發(fā)定條件下與石英、陶瓷試樣盤(pán)反應(yīng)生成揮發(fā)性的硅酸鹽化合物。目前常用的試樣盤(pán)是鉑性的硅酸鹽化合物。目前常用的試樣盤(pán)是鉑制的。但必須注意鉑對(duì)許多有機(jī)化合物和某制的。但必須注意鉑對(duì)許多有機(jī)化合物和某些無(wú)機(jī)化合物有催化作用，并且

23、鉑制試樣盤(pán)些無(wú)機(jī)化合物有催化作用，并且鉑制試樣盤(pán)也不適用于含有磷、硫和鹵素的高聚物。所也不適用于含有磷、硫和鹵素的高聚物。所以在分析時(shí)選用合適的試樣盤(pán)也是十分重要以在分析時(shí)選用合適的試樣盤(pán)也是十分重要的。的。(3) 揮發(fā)物冷凝的影響揮發(fā)物冷凝的影響 試樣受熱分解或升華，逸出的揮發(fā)物往往在熱重分析試樣受熱分解或升華，逸出的揮發(fā)物往往在熱重分析儀的低溫區(qū)冷凝，這不僅污染儀器，而且使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生儀的低溫區(qū)冷凝，這不僅污染儀器，而且使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的偏差。例如在分析砷黃鐵礦時(shí)，三氧化二砷先凝聚嚴(yán)重的偏差。例如在分析砷黃鐵礦時(shí)，三氧化二砷先凝聚在較冷的懸吊部件上，進(jìn)一步升溫時(shí)凝聚的三氧化二砷再在較冷的

24、懸吊部件上，進(jìn)一步升溫時(shí)凝聚的三氧化二砷再蒸發(fā)，以致蒸發(fā)，以致TG曲線十分混亂。尤其是揮發(fā)物在試樣桿上曲線十分混亂。尤其是揮發(fā)物在試樣桿上的冷凝，會(huì)使測(cè)定結(jié)果毫無(wú)意義。對(duì)于冷凝問(wèn)題，可從兩的冷凝，會(huì)使測(cè)定結(jié)果毫無(wú)意義。對(duì)于冷凝問(wèn)題，可從兩方面來(lái)解決：一方面從儀器上采取措施，在試樣盤(pán)的周圍方面來(lái)解決：一方面從儀器上采取措施，在試樣盤(pán)的周圍安裝一個(gè)耐熱的屏蔽套管或者采用水平結(jié)構(gòu)的熱天平；另安裝一個(gè)耐熱的屏蔽套管或者采用水平結(jié)構(gòu)的熱天平；另一方面可從實(shí)驗(yàn)條件著手，盡量減少試樣用量和選擇合適一方面可從實(shí)驗(yàn)條件著手，盡量減少試樣用量和選擇合適的凈化氣體的流量。應(yīng)該指出，在熱重分析時(shí)應(yīng)對(duì)試樣的的凈化氣體的

25、流量。應(yīng)該指出，在熱重分析時(shí)應(yīng)對(duì)試樣的熱分解或升華情況有個(gè)初步估計(jì)，以免造成儀器的污染。熱分解或升華情況有個(gè)初步估計(jì)，以免造成儀器的污染。(4) 溫度測(cè)量上的誤差溫度測(cè)量上的誤差在熱重分析儀中，由于熱電偶不與試樣接觸，顯在熱重分析儀中，由于熱電偶不與試樣接觸，顯然試樣真實(shí)溫度與測(cè)量溫度之間是有差別的。另然試樣真實(shí)溫度與測(cè)量溫度之間是有差別的。另外，由升溫和反應(yīng)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)往往使試樣周外，由升溫和反應(yīng)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)往往使試樣周圍的溫度分布紊亂，而引起較大的溫度測(cè)量誤差。圍的溫度分布紊亂，而引起較大的溫度測(cè)量誤差。為了消除由于使用不同熱重分析儀而引起的熱重為了消除由于使用不同熱重分析儀而引起的熱

26、重曲線上的特征分解溫度的差別，迫切要求有一系曲線上的特征分解溫度的差別，迫切要求有一系列校核溫度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。列校核溫度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。Kettch對(duì)對(duì)5校核溫度的校核溫度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作過(guò)系統(tǒng)的研究，推薦了一些適合于熱標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作過(guò)系統(tǒng)的研究，推薦了一些適合于熱重分析儀校核溫度用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，見(jiàn)表重分析儀校核溫度用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，見(jiàn)表2-1。表表2-1 熱重分析儀溫度校核的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)熱重分析儀溫度校核的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)化合物化合物特征特征分解分解溫度溫度化合物化合物特征特征分解分解溫度溫度Al3(SO4)212H2O50(CHOHCOOH)2180Ba(OH)28H2O50蔗糖蔗糖205H2C2O42H2O50CuSO

27、45H2O235Zn(C2H5COO)22H2O50ZnSO45H2O250K2SO4Al3(SO4)212H2O50NaHC4H4O6H2O240CuSO45H2O52KHC4H4O6260Cd(C2H5COO)22H2O60鄰苯二酸氫鉀鄰苯二酸氫鉀245Mg(C2H5COO)24H2O60Cd(C2H5COO)2H2O250CuSO45H2O86Mg(C2H5COO)24H2O320K2C2O42H2O80鄰苯二酸氫鉀鄰苯二酸氫鉀370K2C2O4H2O90Ba(C2H5COO)2445H3BO3100NaHC4H4O6H2O545H2C2O4118鄰苯二酸氫鉀鄰苯二酸氫鉀565Cu(C2

28、H5COO)2H2O120Cu(C2H5COO)2H2O1055(NH4)H2PO4185CuSO45H2O1055表表2-1 熱重分析儀溫度校核的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)熱重分析儀溫度校核的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(續(xù)續(xù))Norem7等提出利用磁性物質(zhì)來(lái)標(biāo)定熱重分析儀的溫等提出利用磁性物質(zhì)來(lái)標(biāo)定熱重分析儀的溫度。因?yàn)榇判晕镔|(zhì)在居里點(diǎn)處發(fā)生表觀重量的變化。度。因?yàn)榇判晕镔|(zhì)在居里點(diǎn)處發(fā)生表觀重量的變化。他們選用的五種磁性材料及其居里點(diǎn)溫度列于表他們選用的五種磁性材料及其居里點(diǎn)溫度列于表2-2。這五種磁性材料的熱重曲線如圖這五種磁性材料的熱重曲線如圖2-6所示。所示。mg1800600400200oCT表觀失重100020123

29、45圖圖2-6 五種磁性材料居里點(diǎn)的五種磁性材料居里點(diǎn)的TG曲線曲線1鎳鋁合金；鎳鋁合金；2鎳；鎳；3派克合金；派克合金；4鐵；鐵；5Hisat。表表2-2 五種磁性材料的居里點(diǎn)溫度五種磁性材料的居里點(diǎn)溫度符符號(hào)號(hào)磁性材料磁性材料實(shí)驗(yàn)值實(shí)驗(yàn)值文獻(xiàn)值文獻(xiàn)值1鎳鋁合金鎳鋁合金1551632鎳鎳3553543派克合金派克合金5995964鐵鐵7887805Hisat100410002實(shí)驗(yàn)條件的影響實(shí)驗(yàn)條件的影響2實(shí)驗(yàn)條件的影響實(shí)驗(yàn)條件的影響(1) 升溫速率的影響升溫速率的影響 升溫速率對(duì)熱重法的影響比較大，所以在這方面升溫速率對(duì)熱重法的影響比較大，所以在這方面的研究也比較廣泛。的研究也比較廣泛。 由

30、于升溫速率越大，所產(chǎn)生的熱滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重，由于升溫速率越大，所產(chǎn)生的熱滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重，往往導(dǎo)致熱重曲線上的起始溫度往往導(dǎo)致熱重曲線上的起始溫度Ti和終止溫度和終止溫度Tf偏高。偏高。 有不少文章討論了升溫速率對(duì)熱重曲線的影響。有不少文章討論了升溫速率對(duì)熱重曲線的影響。Herbell8研究了三種不同的升溫速率對(duì)研究了三種不同的升溫速率對(duì)CaC2O4H2O熱重曲線的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨熱重曲線的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明隨著升溫速率的增大著升溫速率的增大Ti和和Tf都增高。一般采用都增高。一般采用2.5、5、10/min升溫速率所產(chǎn)生影響就很小，如圖升溫速率所產(chǎn)生影響就很小，如圖2-7所示。所示。圖圖2-

31、7 CaC2O4H2O的的TG曲線曲線升溫速率為：升溫速率為：12.5/min；25/min； 310/min； 100oCT500700123 從圖從圖2-7看出雖然分解溫度隨升溫速率的變化而改變，看出雖然分解溫度隨升溫速率的變化而改變，但失重量保持恒定。但失重量保持恒定。 在熱重曲線中，中間產(chǎn)物的檢測(cè)是與升溫速率密切在熱重曲線中，中間產(chǎn)物的檢測(cè)是與升溫速率密切相關(guān)的。升溫速率快往往不利于中間產(chǎn)物的檢出，相關(guān)的。升溫速率快往往不利于中間產(chǎn)物的檢出，因?yàn)橐驗(yàn)門(mén)G曲線上的拐點(diǎn)很不明顯。升溫速率慢可得到曲線上的拐點(diǎn)很不明顯。升溫速率慢可得到明確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，例如明確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，例如Fruchart等

32、等9用用0.6/min的的升溫速率對(duì)升溫速率對(duì)NiSO47H2O進(jìn)行測(cè)定。其熱分解過(guò)程的進(jìn)行測(cè)定。其熱分解過(guò)程的中間產(chǎn)物（含有中間產(chǎn)物（含有6、4、2和和1個(gè)結(jié)晶水的個(gè)結(jié)晶水的NiSO4）可）可以全部檢測(cè)出。在熱重法中，采用高的升溫速率一以全部檢測(cè)出。在熱重法中，采用高的升溫速率一般對(duì)熱重曲線的測(cè)定是不利的，但是如果試樣很少，般對(duì)熱重曲線的測(cè)定是不利的，但是如果試樣很少，還是可以采用高升溫速率，在熱分解過(guò)程中的中間還是可以采用高升溫速率，在熱分解過(guò)程中的中間產(chǎn)物仍然能夠被檢出，例如在產(chǎn)物仍然能夠被檢出，例如在160/min的升溫速率的升溫速率下測(cè)定下測(cè)定CuSO45H2O的熱重曲線，如圖的熱重

33、曲線，如圖2-8所示。整所示。整個(gè)實(shí)驗(yàn)只需個(gè)實(shí)驗(yàn)只需6.5分鐘就可全部測(cè)完。分鐘就可全部測(cè)完。CuSO45H2O熱熱分解的各個(gè)過(guò)程由曲線拐點(diǎn)或水平平臺(tái)顯示出來(lái)。分解的各個(gè)過(guò)程由曲線拐點(diǎn)或水平平臺(tái)顯示出來(lái)。 圖圖2-8 在快速升溫速率下在快速升溫速率下CuSO45H2O的熱重曲線的熱重曲線 總之，升溫速率對(duì)熱分解的起始溫度、終止溫度總之，升溫速率對(duì)熱分解的起始溫度、終止溫度和中間產(chǎn)物的檢出都有著較大的影響。在熱重法和中間產(chǎn)物的檢出都有著較大的影響。在熱重法中一般采用低的升溫速率為宜。中一般采用低的升溫速率為宜。 (2) 氣氛的影響氣氛的影響 熱重法通常可在靜態(tài)氣氛或動(dòng)態(tài)氣氛下進(jìn)行測(cè)定。熱重法通常

34、可在靜態(tài)氣氛或動(dòng)態(tài)氣氛下進(jìn)行測(cè)定。在靜態(tài)氣氛下，如果測(cè)定的是一個(gè)可逆的分解反在靜態(tài)氣氛下，如果測(cè)定的是一個(gè)可逆的分解反應(yīng)，雖然隨著升溫，分解速率增大，但是由于試應(yīng)，雖然隨著升溫，分解速率增大，但是由于試樣周圍的氣體濃度增大又會(huì)使分解速率下降。另樣周圍的氣體濃度增大又會(huì)使分解速率下降。另外爐內(nèi)氣體的對(duì)流可造成樣品周圍的氣體濃度不外爐內(nèi)氣體的對(duì)流可造成樣品周圍的氣體濃度不斷地變化。這些因素會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以斷地變化。這些因素會(huì)嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，所以通常不采用靜態(tài)氣氛。為了獲得重復(fù)性好的實(shí)驗(yàn)通常不采用靜態(tài)氣氛。為了獲得重復(fù)性好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一般在嚴(yán)格控制的條件下采用動(dòng)態(tài)氣氛。結(jié)果，一般在嚴(yán)格控制

35、的條件下采用動(dòng)態(tài)氣氛。 氣氛對(duì)熱重曲線的影響與反應(yīng)類型、分解產(chǎn)物的氣氛對(duì)熱重曲線的影響與反應(yīng)類型、分解產(chǎn)物的性質(zhì)和所通氣體的類型有關(guān)。熱重法所研究的反性質(zhì)和所通氣體的類型有關(guān)。熱重法所研究的反應(yīng)大致有下列三種類型：應(yīng)大致有下列三種類型： 在測(cè)定過(guò)程中通入惰性氣體，對(duì)反應(yīng)在測(cè)定過(guò)程中通入惰性氣體，對(duì)反應(yīng)(2-11)、(2-1)是有利的，而對(duì)反應(yīng)是有利的，而對(duì)反應(yīng)(2-12)不利。如果所通氣不利。如果所通氣體與反應(yīng)產(chǎn)生的氣體相同，對(duì)可逆反應(yīng)體與反應(yīng)產(chǎn)生的氣體相同，對(duì)可逆反應(yīng)(2-11)有有影響而對(duì)反應(yīng)影響而對(duì)反應(yīng)(2-1)并不影響。在反應(yīng)并不影響。在反應(yīng)(2-12)中，中，如果氣體如果氣體B的成分

36、發(fā)生變化，那么這種變化是否的成分發(fā)生變化，那么這種變化是否會(huì)影響反應(yīng)將取決于所通入氣體的性質(zhì)，例如氧會(huì)影響反應(yīng)將取決于所通入氣體的性質(zhì)，例如氧化性或還原性氣體都會(huì)影響熱重曲線。化性或還原性氣體都會(huì)影響熱重曲線。(2-11)(2-1)(2-12)A（固）B（固） C（氣）D（氣）B（固）+A（固）C（氣）+A（固） + B（氣）C（固） + 現(xiàn)以現(xiàn)以CaC2O4H2O分別在分別在N2和和O2中的中的熱分解加以說(shuō)明。熱分解加以說(shuō)明。CaC2O4H2O的熱重的熱重曲線見(jiàn)圖曲線見(jiàn)圖2-9。 圖圖2-9 CaC2O4H2O在在N2和和O2中的中的TG曲線曲線 為為N2氣氛；氣氛； 為為O2氣氛氣氛第一步

37、反應(yīng)為：該反應(yīng)的失水過(guò)程是可逆的，N2和O2對(duì)反應(yīng)沒(méi)有影響。第二步反應(yīng)為：由于O2 與CO發(fā)生反應(yīng)，這個(gè)氧化反應(yīng)是放熱的，使溫度升高而加快了反應(yīng)(2-14)的速率。所以在較低的爐溫O2中的分解速率要比在N2中快。第三步反應(yīng)為：(2-13)CaC2O4（固） H2O（氣）+CaC2O4 H2O（固）(2-14)CaCO3（固） CO（氣）+CaC2O4（固）(2-15)CaO（固） CO2（氣）+CaCO3（固） 也是個(gè)可逆反應(yīng)，也是個(gè)可逆反應(yīng)，N2和和O2對(duì)這個(gè)反應(yīng)并不影對(duì)這個(gè)反應(yīng)并不影響。從圖響。從圖2-9所示的中的所示的中的TG曲線稍有差別，重要曲線稍有差別，重要由于第二步反應(yīng)分解速率不同

38、，而使所形成的由于第二步反應(yīng)分解速率不同，而使所形成的CaCO3晶體結(jié)構(gòu)不同引起的。晶體結(jié)構(gòu)不同引起的。 對(duì)于反應(yīng)對(duì)于反應(yīng)(2-15)，由于它是一個(gè)可逆反應(yīng)，因，由于它是一個(gè)可逆反應(yīng)，因此在真空、空氣和此在真空、空氣和CO2下所測(cè)得的熱重曲線必定下所測(cè)得的熱重曲線必定有很大的差別。有很大的差別。 在在CO2、Ar和和O2氣氛下，氣氛下，Ca(CH3COO)2H2O的熱重曲線如圖的熱重曲線如圖2-10所示所示10。從圖。從圖2-10可看到，可看到，在這三種氣氛下，第一步的脫去結(jié)晶水的反應(yīng)完在這三種氣氛下，第一步的脫去結(jié)晶水的反應(yīng)完全相同。對(duì)于第二步反應(yīng)，在全相同。對(duì)于第二步反應(yīng)，在O2氣氛下由于

39、分解氣氛下由于分解產(chǎn)物產(chǎn)物CO和和O2發(fā)生放熱反應(yīng)而顯示出明顯的差別，發(fā)生放熱反應(yīng)而顯示出明顯的差別，分解溫度移向較低的溫度。分解溫度移向較低的溫度。圖圖2-10 Ca(CH3COO)2H2O的的TG曲線曲線1. CO2 氣氛；氣氛；2. Ar氣氛；氣氛；3. O2氣氛氣氛 最后一步反應(yīng)是最后一步反應(yīng)是CaCO3分解為分解為CaO和和CO2，只有，只有CO2氣氛對(duì)反應(yīng)有影響，使分解氣氛對(duì)反應(yīng)有影響，使分解溫度移向高溫。溫度移向高溫。 目前，在熱重法中大多數(shù)采用動(dòng)態(tài)氣目前，在熱重法中大多數(shù)采用動(dòng)態(tài)氣氛。由于氣氛性質(zhì)、純度、流速等對(duì)熱重氛。由于氣氛性質(zhì)、純度、流速等對(duì)熱重曲線的影響較大，因此為了獲

40、得正確而重曲線的影響較大，因此為了獲得正確而重復(fù)性好的熱重曲線，選擇合適的氣氛和通復(fù)性好的熱重曲線，選擇合適的氣氛和通入氣氛的條件是很重要的。入氣氛的條件是很重要的。3試樣的影響試樣的影響3試樣的影響試樣的影響試樣對(duì)熱重分析的影響很復(fù)雜，現(xiàn)就試樣用量和粒度的影響試樣對(duì)熱重分析的影響很復(fù)雜，現(xiàn)就試樣用量和粒度的影響作以下簡(jiǎn)單的討論：作以下簡(jiǎn)單的討論：(1) 試樣的用量試樣的用量在熱重法中，試樣的用量應(yīng)在熱重分析靈敏度范圍內(nèi)盡量小，在熱重法中，試樣的用量應(yīng)在熱重分析靈敏度范圍內(nèi)盡量小，因?yàn)樵嚇佑昧看髸?huì)導(dǎo)致熱傳導(dǎo)差而影響分析結(jié)果。因?yàn)樵嚇佑昧看髸?huì)導(dǎo)致熱傳導(dǎo)差而影響分析結(jié)果。Coat等等11曾對(duì)試樣用

41、量作了大量研究工作，研究結(jié)果表明試曾對(duì)試樣用量作了大量研究工作，研究結(jié)果表明試樣用量的影響大致有下列三個(gè)方面：樣用量的影響大致有下列三個(gè)方面：試樣的吸熱或放熱反應(yīng)會(huì)引起試樣溫度發(fā)生偏差。試樣用試樣的吸熱或放熱反應(yīng)會(huì)引起試樣溫度發(fā)生偏差。試樣用量越大，這種偏差也越大。量越大，這種偏差也越大。試樣用量對(duì)逸出氣體擴(kuò)散的影響。試樣用量對(duì)逸出氣體擴(kuò)散的影響。試樣用量對(duì)熱梯度的影響。試樣用量對(duì)熱梯度的影響?？傊傊?，試樣用量大對(duì)熱傳導(dǎo)和氣體擴(kuò)散都是不利的。試樣用量大對(duì)熱傳導(dǎo)和氣體擴(kuò)散都是不利的。圖圖2-11列出了列出了CuSO4不同用量的不同用量的TG曲線。從中曲線。從中可看到用量少所測(cè)得的結(jié)果比較好，

42、可看到用量少所測(cè)得的結(jié)果比較好，TG曲線上曲線上反映熱分解反應(yīng)中間過(guò)程的平臺(tái)很明顯。因此，反映熱分解反應(yīng)中間過(guò)程的平臺(tái)很明顯。因此，為了提高檢測(cè)中間產(chǎn)物的靈敏度應(yīng)采用少量試為了提高檢測(cè)中間產(chǎn)物的靈敏度應(yīng)采用少量試樣，以得到較好的檢測(cè)效果。樣，以得到較好的檢測(cè)效果。 圖圖2-11 CuSO45H2O的的TG曲線曲線 (2) 試樣粒度的影響試樣粒度的影響試樣粒度同樣對(duì)熱傳導(dǎo)、氣體擴(kuò)散有著較大的影響，例試樣粒度同樣對(duì)熱傳導(dǎo)、氣體擴(kuò)散有著較大的影響，例如粒度的不同會(huì)引起氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散作用較大的變化，如粒度的不同會(huì)引起氣體產(chǎn)物的擴(kuò)散作用較大的變化，而這種變化可導(dǎo)致反應(yīng)速率和而這種變化可導(dǎo)致反應(yīng)速率和TG

43、曲線形狀的改變。曲線形狀的改變。粒度粒度越小反應(yīng)速率越快，使越小反應(yīng)速率越快，使TG曲線上的曲線上的Ti和和Tf溫度降低，反溫度降低，反應(yīng)區(qū)間變窄，應(yīng)區(qū)間變窄，試樣顆粒度大往往得不到較好的試樣顆粒度大往往得不到較好的TG曲線。曲線。Martinez12用纖蛇紋石做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分解溫度用纖蛇紋石做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明分解溫度隨粒度變小而下降。粉狀試樣在隨粒度變小而下降。粉狀試樣在50-850連續(xù)失重，在連續(xù)失重，在600-700分解得最快。可是塊狀試樣直到分解得最快?？墒菈K狀試樣直到600左右才左右才開(kāi)始有少量失重。開(kāi)始有少量失重。粒度減小不僅使熱分解的溫度下降，而且也可使分解反粒度減小不僅

44、使熱分解的溫度下降，而且也可使分解反應(yīng)進(jìn)行得很完全。所以粒度在熱重分析中是一個(gè)不可忽應(yīng)進(jìn)行得很完全。所以粒度在熱重分析中是一個(gè)不可忽視的影響因素。視的影響因素。熱重法在高聚物中的應(yīng)用熱重法在高聚物中的應(yīng)用7高聚物高聚物 自六十年代開(kāi)始，熱重法在研究高聚物性質(zhì)上已自六十年代開(kāi)始，熱重法在研究高聚物性質(zhì)上已獲得大量應(yīng)用。這方面的研究工作不僅在應(yīng)用上獲得大量應(yīng)用。這方面的研究工作不僅在應(yīng)用上而且在高聚物理論上都有很大價(jià)值。所涉及的研而且在高聚物理論上都有很大價(jià)值。所涉及的研究工作大致有下列幾個(gè)方面：究工作大致有下列幾個(gè)方面：測(cè)定高聚物的熱穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)和構(gòu)測(cè)定高聚物的熱穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)

45、和構(gòu) 型的關(guān)系以及添加劑對(duì)高聚物性質(zhì)的影響。型的關(guān)系以及添加劑對(duì)高聚物性質(zhì)的影響。.高聚物熱降解過(guò)程和機(jī)理。高聚物熱降解過(guò)程和機(jī)理。高聚物的降解動(dòng)力學(xué)。高聚物的降解動(dòng)力學(xué)。(1) 高聚物熱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)高聚物熱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)近三十年來(lái)，高聚物的發(fā)展是驚人的，特別是，近三十年來(lái)，高聚物的發(fā)展是驚人的，特別是，為了滿足宇航工業(yè)的要求而研制出的各種各樣耐為了滿足宇航工業(yè)的要求而研制出的各種各樣耐高溫的高聚物。關(guān)于高聚物熱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)至今高溫的高聚物。關(guān)于高聚物熱穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)至今已作了大量研究工作。測(cè)定高聚物相對(duì)穩(wěn)定性的已作了大量研究工作。測(cè)定高聚物相對(duì)穩(wěn)定性的方法有：非等溫?zé)嶂胤?、等溫?zé)嶂胤?、差熱分析?/p>

46、方法有：非等溫?zé)嶂胤?、等溫?zé)嶂胤?、差熱分析、熱機(jī)械分析等等。熱機(jī)械分析等等。其中以非等溫?zé)嶂胤ㄊ褂玫米钇渲幸苑堑葴責(zé)嶂胤ㄊ褂玫米顬閺V泛。為廣泛。例如利用熱重法獲得例如利用熱重法獲得6種耐高溫的高聚物：種耐高溫的高聚物：聚砜、聚碳酸酯、聚酰亞胺薄膜、聚芳酰胺、聚聚砜、聚碳酸酯、聚酰亞胺薄膜、聚芳酰胺、聚苯醚、聚苯并咪唑的具有明顯差別的熱降解曲線，苯醚、聚苯并咪唑的具有明顯差別的熱降解曲線，見(jiàn)圖見(jiàn)圖2-2236。圖圖2-22 熱重法評(píng)價(jià)高聚物的熱穩(wěn)定性熱重法評(píng)價(jià)高聚物的熱穩(wěn)定性1. 聚苯酰胺；聚苯酰胺；2. 聚碳酸酯；聚碳酸酯；3. 聚苯醚；聚苯醚；4. 聚酰亞胺薄膜；聚酰亞胺薄膜；5. 聚苯并咪

47、唑；聚苯并咪唑；6. 聚砜聚砜由于通常從熱重曲線測(cè)得的高聚物的分解溫度在很由于通常從熱重曲線測(cè)得的高聚物的分解溫度在很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法，所以嚴(yán)格地大程度上取決于實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法，所以嚴(yán)格地對(duì)比高聚物的熱穩(wěn)定性只能在相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)對(duì)比高聚物的熱穩(wěn)定性只能在相同的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行。行。Chiu37在相同實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定了聚氯乙烯在相同實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定了聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、高壓聚）、高壓聚乙烯（乙烯（HPPE）、聚四氟乙烯（）、聚四氟乙烯（PTFE）和芳香聚四）和芳香聚四酰亞胺（酰亞胺（PI）的熱重曲線，如圖）的熱重曲線，如圖2-2

48、3所示。所示。根據(jù)熱重曲線能夠很簡(jiǎn)便地比較高聚物的熱穩(wěn)定性。根據(jù)熱重曲線能夠很簡(jiǎn)便地比較高聚物的熱穩(wěn)定性。顯然，這種對(duì)比方法只要嚴(yán)格控制好實(shí)驗(yàn)條件可以顯然，這種對(duì)比方法只要嚴(yán)格控制好實(shí)驗(yàn)條件可以獲得比較可靠的結(jié)果。獲得比較可靠的結(jié)果。圖圖223 五種高聚物熱穩(wěn)定性的五種高聚物熱穩(wěn)定性的TG曲線曲線實(shí)際上，在解釋非等溫?zé)嶂厍€時(shí)關(guān)于高聚物熱實(shí)際上，在解釋非等溫?zé)嶂厍€時(shí)關(guān)于高聚物熱穩(wěn)定的臨界溫度的標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。至今，所采用穩(wěn)定的臨界溫度的標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。至今，所采用的標(biāo)準(zhǔn)有下列幾種：的標(biāo)準(zhǔn)有下列幾種：拐點(diǎn)溫度、起始失重溫度、拐點(diǎn)溫度、起始失重溫度、最大失重速率溫度、積分程序分解溫度預(yù)定的失最大失重

49、速率溫度、積分程序分解溫度預(yù)定的失重百分?jǐn)?shù)溫度、外推起始溫度和外推終止溫度等重百分?jǐn)?shù)溫度、外推起始溫度和外推終止溫度等等。等。現(xiàn)僅對(duì)其中幾種標(biāo)準(zhǔn)作如下簡(jiǎn)要的介紹和討現(xiàn)僅對(duì)其中幾種標(biāo)準(zhǔn)作如下簡(jiǎn)要的介紹和討論。論。起始失重溫度和最大失重速率溫度起始失重溫度和最大失重速率溫度Wrasidlo等等38，39He氣下利用熱重法研究了幾氣下利用熱重法研究了幾種雜環(huán)高聚物的氧化性和熱降解。這些雜環(huán)高聚種雜環(huán)高聚物的氧化性和熱降解。這些雜環(huán)高聚物包括聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、物包括聚苯并咪唑、聚苯并噁唑、聚苯并噻唑、聚喹喔啉以及聚酰亞胺。所測(cè)定的相對(duì)熱穩(wěn)定的聚喹喔啉以及聚酰亞胺。所測(cè)定的相對(duì)熱穩(wěn)定的

50、結(jié)果列于表結(jié)果列于表2-9。表表2-9 雜環(huán)高聚物在雜環(huán)高聚物在He氣中的相對(duì)熱穩(wěn)定性氣中的相對(duì)熱穩(wěn)定性高聚物高聚物起始失重溫起始失重溫度度最大失重速最大失重速率溫度率溫度最大失重速率最大失重速率%/min聚苯并噻唑聚苯并噻唑6357501.1聚酰亞胺聚酰亞胺5607000.5聚苯并咪唑聚苯并咪唑5856901.8聚苯并噁唑聚苯并噁唑5506751.1聚喹喔啉聚喹喔啉5205501.0他們根據(jù)這些高聚物的起始失重溫度和他們根據(jù)這些高聚物的起始失重溫度和最大失重速率溫度所得的熱穩(wěn)定性次序最大失重速率溫度所得的熱穩(wěn)定性次序與與Ehlers40發(fā)表的數(shù)據(jù)并不一致。后發(fā)表的數(shù)據(jù)并不一致。后者認(rèn)為聚苯并

51、噁唑要比聚酰亞胺穩(wěn)定得者認(rèn)為聚苯并噁唑要比聚酰亞胺穩(wěn)定得多。通常在氦氣中復(fù)雜降解機(jī)理的熱重多。通常在氦氣中復(fù)雜降解機(jī)理的熱重曲線會(huì)顯得更為復(fù)雜，相反地，氧化降曲線會(huì)顯得更為復(fù)雜，相反地，氧化降解的失重曲線要簡(jiǎn)單得多，因?yàn)樵诳諝饨獾氖е厍€要簡(jiǎn)單得多，因?yàn)樵诳諝庵懈呔畚锟芍懈呔畚锟?00%揮發(fā)，最大失重速率揮發(fā)，最大失重速率要比氦氣中高要比氦氣中高3-5倍，并且在空氣中最倍，并且在空氣中最大失重速率溫度也比在氦氣中高大失重速率溫度也比在氦氣中高50-100。積分程序分解溫度（積分程序分解溫度（IPDT）法）法該法是根據(jù)失重曲線下面的面積來(lái)分析高該法是根據(jù)失重曲線下面的面積來(lái)分析高聚物的熱穩(wěn)定性。

52、將所有要對(duì)比的高聚物聚物的熱穩(wěn)定性。將所有要對(duì)比的高聚物處在相同的程序條件下，測(cè)定處在相同的程序條件下，測(cè)定25-900溫溫度范圍內(nèi)的熱重曲線，如圖度范圍內(nèi)的熱重曲線，如圖2-24所示。所示。先將先將TG曲線下的面積曲線下的面積A（OAFG部分）以部分）以占圖總面積（占圖總面積（OACG部分）的分?jǐn)?shù)表示，部分）的分?jǐn)?shù)表示，即即A=OACG面積面積OAFG(2-30)圖圖224 根據(jù)高聚物的根據(jù)高聚物的TG曲線求算積分程序分解溫度曲線求算積分程序分解溫度A= OACGOAFG然后，通過(guò)下列方程式把然后，通過(guò)下列方程式把A轉(zhuǎn)換成溫度轉(zhuǎn)換成溫度TA： (2-31)TA是一個(gè)假設(shè)溫度。并假定所研究的高

53、聚物在是一個(gè)假設(shè)溫度。并假定所研究的高聚物在990以前是完全揮發(fā)的。以前是完全揮發(fā)的。由于所對(duì)比的材料多數(shù)具有難揮發(fā)的成分，在由于所對(duì)比的材料多數(shù)具有難揮發(fā)的成分，在900以前不能完全揮發(fā)，所以還要引進(jìn)一個(gè)校以前不能完全揮發(fā)，所以還要引進(jìn)一個(gè)校正因子正因子K。K為為25到到TA溫度的溫度的TG曲線下的面積曲線下的面積（DAHE部分）與由部分）與由TA和剩余重量部分所圍成的和剩余重量部分所圍成的矩形面積（矩形面積（DABE部分）之比。于是通過(guò)下列關(guān)部分）之比。于是通過(guò)下列關(guān)系可求得積分程序分解溫度值：系可求得積分程序分解溫度值：25875ATAIPDTKA+25875=C。( )(2-32)一些

54、常見(jiàn)高聚物的積分程序分解溫度的數(shù)據(jù)見(jiàn)表一些常見(jiàn)高聚物的積分程序分解溫度的數(shù)據(jù)見(jiàn)表2-10。實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明由這種方法所測(cè)得的數(shù)據(jù)重復(fù) 性 比 較 好 。結(jié)果表明由這種方法所測(cè)得的數(shù)據(jù)重復(fù) 性 比 較 好 。 表表2-10 常見(jiàn)高聚物的積分程序分解溫度常見(jiàn)高聚物的積分程序分解溫度高高 聚聚 物物積分程序分解溫度積分程序分解溫度聚苯乙烯聚苯乙烯395順式丁烯二酸酐固化的環(huán)氧樹(shù)脂順式丁烯二酸酐固化的環(huán)氧樹(shù)脂405有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃345尼龍尼龍-66419聚四氟乙烯聚四氟乙烯555基倫基倫-F410氟橡膠氟橡膠A460硅樹(shù)脂硅樹(shù)脂505積分程序分解溫度是衡量高聚物熱穩(wěn)定性的一種指標(biāo)，積分程序分解溫度

55、是衡量高聚物熱穩(wěn)定性的一種指標(biāo)，是一種具有實(shí)用價(jià)值和通用性的指標(biāo)。是一種具有實(shí)用價(jià)值和通用性的指標(biāo)。Happey42采采用積分程序分解溫度法測(cè)定了纖維的用積分程序分解溫度法測(cè)定了纖維的IPDT值，并以此值，并以此對(duì)比了各種天然和合成的纖維材料的熱穩(wěn)定性。對(duì)比了各種天然和合成的纖維材料的熱穩(wěn)定性。預(yù)定的失重百分比溫度預(yù)定的失重百分比溫度雖然熱重法衡量熱穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)有許多種，但是通常采雖然熱重法衡量熱穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)有許多種，但是通常采用起始分解溫度用起始分解溫度TD作為評(píng)定高聚物熱穩(wěn)定性的指標(biāo)。作為評(píng)定高聚物熱穩(wěn)定性的指標(biāo)。實(shí)際上，根據(jù)熱重曲線確定起始分解溫度實(shí)際上，根據(jù)熱重曲線確定起始分解溫度TD

56、是很困難是很困難的。于是提出以各種失重百分?jǐn)?shù)的溫度作為評(píng)價(jià)熱穩(wěn)定的。于是提出以各種失重百分?jǐn)?shù)的溫度作為評(píng)價(jià)熱穩(wěn)定性的指標(biāo)，性的指標(biāo)，例如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)局規(guī)定失重例如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)局規(guī)定失重20%和和50%兩點(diǎn)連兩點(diǎn)連線與基線交點(diǎn)作為分解溫度。還有以失重線與基線交點(diǎn)作為分解溫度。還有以失重1%、10%和和50%的溫度作為評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)等等。最近，有不少研究者的溫度作為評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)等等。最近，有不少研究者采用失重采用失重1%的溫度（的溫度（T1%）作為熱穩(wěn)定性的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)）作為熱穩(wěn)定性的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)43，44。主要由于這種方法很簡(jiǎn)便，而且受試樣重量主要由于這種方法很簡(jiǎn)便，而且受試樣重量和加熱速率的影響要比起始分解溫度法小

57、得多。和加熱速率的影響要比起始分解溫度法小得多。 圖圖225高聚物的高聚物的TG曲線曲線Cullis等等44對(duì)一些有機(jī)高聚物的熱穩(wěn)定性對(duì)一些有機(jī)高聚物的熱穩(wěn)定性進(jìn)行了研究和對(duì)比，他們用進(jìn)行了研究和對(duì)比，他們用10mg試樣，在試樣，在氮?dú)夂偷獨(dú)夂?0/min升溫速率下測(cè)定了升溫速率下測(cè)定了TD和和T1%值，數(shù)據(jù)列于表值，數(shù)據(jù)列于表2-11中。有關(guān)高聚物的特中。有關(guān)高聚物的特征熱重曲線如圖征熱重曲線如圖2-25所示。所示。 表表2-11 某些高聚物熱穩(wěn)定性的對(duì)比表某些高聚物熱穩(wěn)定性的對(duì)比表 聚合物TD KT1% K聚氧化甲烯503548聚甲基異丁烯酸酯528555聚丙烯531588低壓聚乙烯490

58、591高壓聚乙烯506548聚苯乙烯436603ABC共聚物440557聚丁二烯482507聚異戊二烯460513棉花379488表表2-11 某些高聚物熱穩(wěn)定性的對(duì)比表某些高聚物熱穩(wěn)定性的對(duì)比表(續(xù)續(xù))聚乙烯醇聚乙烯醇337379羊毛羊毛413463尼龍尼龍-6583硅油硅油418450聚偏二氟乙烯聚偏二氟乙烯628683聚氯乙烯聚氯乙烯356457聚四氟乙烯聚四氟乙烯746775他們還研究了試樣重量和升溫速率對(duì)他們還研究了試樣重量和升溫速率對(duì)TD和和T1%的影響，實(shí)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別列于表驗(yàn)結(jié)果分別列于表2-12和表和表2-13。從這些數(shù)據(jù)可清楚看到。從這些數(shù)據(jù)可清楚看到T1%法要比法要

59、比TD法好。法好。 表表2-12 聚丁二烯的重量對(duì)聚丁二烯的重量對(duì)TD和和T1%的影響的影響聚丁二烯重量聚丁二烯重量mgTD KT1% K9.652456419.052156236.550856278.2482567表表2-13 升溫速率對(duì)升溫速率對(duì)TD和和T1%的影響的影響高聚物高聚物升溫速率升溫速率/minTD KT1% K聚聚4 乙烯吡啶乙烯吡啶129831010298308硅油硅油137643610418450聚乙烯醇聚乙烯醇136045510356457聚乙二醇聚乙二醇141350110444507聚異戊二烯聚異戊二烯128952310460513表表2-13 升溫速率對(duì)升溫速率對(duì)T

60、D和和T1%的影響（續(xù)）的影響（續(xù)）聚氧化甲烯聚氧化甲烯147454210503548聚甲基異丁烯酸聚甲基異丁烯酸酯酯146354310528555高壓聚乙烯高壓聚乙烯1485548550654610506548ABS共聚物共聚物536054810440557聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯136155910514557表表2-13 升溫速率對(duì)升溫速率對(duì)TD和和T1%的影響（續(xù)）的影響（續(xù)）聚丁二烯聚丁二烯15245643521562550856210482567乙烯乙烯-醋酸乙烯醋酸乙烯酯共聚物酯共聚物149757010517564聚苯乙烯聚苯乙烯142559310436603聚四氟乙烯聚四氟乙烯1