熱重分析學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1熱重分析熱重分析(fnx)第一頁，共63頁。第1頁/共62頁第二頁，共63頁。第2頁/共62頁第三頁，共63頁。第3頁/共62頁第四頁，共63頁。第4頁/共62頁第五頁，共63頁。第5頁/共62頁第六頁，共63頁。第6頁/共62頁第七頁，共63頁。第7頁/共62頁第八頁，共63頁。TGA基本原理： 在程序控溫下，測量物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度(wnd)（或時間）的變化關(guān)系。 TG的測量都要依靠熱天平（熱重分析儀），主要介紹熱天平及熱重測量的原理。加熱器微量熱天平鉑金樣品盤第8頁/共62頁第九頁，共63頁。熱天平(tinpng)種類：第9頁/共62頁第十頁，共63頁。第10頁/共62頁第十一頁，共

2、63頁。60ml/min40ml/min第11頁/共62頁第十二頁，共63頁。 曲線(qxin)的縱坐標(biāo)為質(zhì)量mg 或剩余百分?jǐn)?shù)%表示； 橫坐標(biāo)T為溫度。用熱力學(xué)溫度（K）或攝氏溫（）。梯度曲線第12頁/共62頁第十三頁，共63頁。第13頁/共62頁第十四頁，共63頁。精確反映樣品的起始反應(yīng)溫度，達到最大反應(yīng)速率的溫度（峰值），反應(yīng)終止溫度。利用DTG的峰面積與樣品對應(yīng)的重量變化(binhu)成正比，可精確的進行定量分析。第14頁/共62頁第十五頁，共63頁。第15頁/共62頁第十六頁，共63頁。（1）能精確反映出起始反應(yīng)溫度、最大反應(yīng)速率溫度和反應(yīng)終止溫度(相對來說，TG曲線對此就遲鈍的多）

3、；（2）能精確區(qū)分出相繼發(fā)生的熱重變化。在TG曲線上，對應(yīng)于整個變化過程中各階段的變化相互銜接而不易區(qū)分開，而同樣(tngyng)的變化過程在DTG曲線上能呈現(xiàn)出明顯的最大值，可以以峰的最大值為界把一個熱失重反應(yīng)分成兩部分。故DTG能很好地區(qū)分出重疊反應(yīng)，區(qū)分各反應(yīng)階段。第16頁/共62頁第十七頁，共63頁。TG 曲線上看，有點像一個單一(dny)步驟的過程DTG曲線則表明存在(cnzi)兩個相鄰失重階段第17頁/共62頁第十八頁，共63頁。（3）DTG曲線的峰面積精確地對應(yīng)著變化了的樣品重量，因而較TG能更精確地進行定量分析。（4）能方便地為反應(yīng)動力學(xué)計算提供反應(yīng)速率(dWdt)數(shù)據(jù)。（5）

4、DTG與DTA具有可比性，但前者與質(zhì)量變化有關(guān)且重現(xiàn)性好，后者與質(zhì)量變化無關(guān)且不易重現(xiàn)。如果DTG和DTA進行比較(bjio)，能判斷出是重量變化引起的峰還是熱量變化引起的峰，TG對此無能為力。 第18頁/共62頁第十九頁，共63頁。第19頁/共62頁第二十頁，共63頁。80-120左右，一般為游離水的失重(sh zhng)造成第20頁/共62頁第二十一頁，共63頁。這個失重的開時溫度比前一個要早一些(yxi)。推測它的失重是由水或某種有機溶劑的殘留引起的第21頁/共62頁第二十二頁，共63頁。30-60可能是因為有機溶劑引起的失重(sh zhng)，例如乙醇等。150和300是樣品(yngp

5、n)的分部分解引起的第22頁/共62頁第二十三頁，共63頁。一般失重總在0%-100%之間，但也有例外的情況(qngkung)。這個樣品有升華現(xiàn)象，并且結(jié)晶凝在支撐管和托盤之間，這時的稱重就不再是樣品稱重，這個圖就達到了-20%第23頁/共62頁第二十四頁，共63頁。有些溶劑（多為有機溶劑），在初始溫度(wnd)時就不斷失重，恒溫很久也得不到恒定重量，這樣就不能測準(zhǔn)易揮發(fā)物的含量。第24頁/共62頁第二十五頁，共63頁。有些樣品不適合用TGA做水分，因為在到達(dod)游離水失重溫度時，樣品也已開始分解，不能達到獨立的失重平臺第25頁/共62頁第二十六頁，共63頁。第26頁/共62頁第二十七頁

6、，共63頁。900C時浮力降為時浮力降為1/4結(jié)果：試樣質(zhì)量不變時，隨溫度升結(jié)果：試樣質(zhì)量不變時，隨溫度升高，試樣增重高，試樣增重表觀增重表觀增重4.1 儀器儀器(yq)因素的影響因素的影響第27頁/共62頁第二十八頁，共63頁。浮力效應(yīng)的修正：TG 基線的測試與自動(zdng)扣除第28頁/共62頁第二十九頁，共63頁。第29頁/共62頁第三十頁，共63頁。第30頁/共62頁第三十一頁，共63頁。第31頁/共62頁第三十二頁，共63頁。4.2 實驗實驗(shyn)條件的影響條件的影響第32頁/共62頁第三十三頁，共63頁。第33頁/共62頁第三十四頁，共63頁。煤在不同(b tn)升溫速率下

7、的TG圖1-5/min; 2-10/min; 3-20 /min第34頁/共62頁第三十五頁，共63頁。第35頁/共62頁第三十六頁，共63頁。第36頁/共62頁第三十七頁，共63頁。4.3 試樣試樣(sh yn)的影響的影響第37頁/共62頁第三十八頁，共63頁。第38頁/共62頁第三十九頁，共63頁。第39頁/共62頁第四十頁，共63頁。T%細(xì)細(xì)粒粒粗粒粗粒 片片第40頁/共62頁第四十一頁，共63頁。第41頁/共62頁第四十二頁，共63頁。第42頁/共62頁第四十三頁，共63頁。A：起始分解溫度B：外延(wiyn)起始溫度C：外延(wiyn)終止溫度D：終止溫度E：分解5%的溫度F：分解

8、10%的溫度G：分解50%的溫度（半壽溫度）TG曲線關(guān)鍵溫度表示法曲線關(guān)鍵溫度表示法失重曲線上的溫度值常用來比較失重曲線上的溫度值常用來比較(bjio)材料的熱穩(wěn)定性。材料的熱穩(wěn)定性。TG曲線關(guān)鍵溫度表示法0 100 200 300 400 500 600 0ABGCDEF1050100失重%五、五、 TG TG失重曲線的處理失重曲線的處理(chl)(chl)和計算和計算第43頁/共62頁第四十四頁，共63頁。TG曲線曲線(qxin)失重量表示法失重量表示法m/%10050A:99.5%B:50%C:50%D:24.5%A點至B點溫度(wnd)失重率: 99.5-50/100=49.5%C點至

9、D點溫度(wnd)失重率: 50-24.5/100=25.5% 第44頁/共62頁第四十五頁，共63頁。微商曲線微商曲線(DTG)表示表示(biosh)和意義和意義TGDTG質(zhì)量變化Dw/dtT/C重量的變化率與溫度（時間）的函數(shù)關(guān)系。DTG是峰形曲線，可精確反映出樣品(yngpn)T起、 T，T終； DTG曲線峰面積與樣品(yngpn)對應(yīng)的重量變化成正比?？蓪崾е仉A段分成不同部分，區(qū)分各反應(yīng)階段。第45頁/共62頁第四十六頁，共63頁。六、材料六、材料(cilio)熱穩(wěn)定性的評價方法熱穩(wěn)定性的評價方法第46頁/共62頁第四十七頁，共63頁。第47頁/共62頁第四十八頁，共63頁。主要熱分

10、解溫度為375650，最大失重溫度為459，最大失重速率為0.117 /s。在557時還有一小的失重峰，應(yīng)該(ynggi)歸于煤中黃鐵礦和碳酸鹽等礦物質(zhì)的分解。100200300400500600700800708090100 Temperature (oC)Weight loss(wt%, daf)-0.12-0.10-0.08-0.06-0.04-0.020.0010K/minN2 25ml/min25mgRate of weight loss (%/s)1、煤的TGDTG分析(fnx) 第48頁/共62頁第四十九頁，共63頁。2、CuSO45H2O脫水(tu shu)歷程CuSO45H2

11、O的TG曲線(qxin)推導(dǎo)出CuSO45H2O 的脫水(tu shu)方程如下：CuSO45H2O= CuSO43H2O +2H2OCuSO43H2O= CuSO4H2O +2H2OCuSO4H2O= CuSO4 +H2O第49頁/共62頁第五十頁，共63頁。CaC2O4H2OCaC2O4 H2OCaC2O4CaCO3 COCaCO3CaO CO2第50頁/共62頁第五十一頁，共63頁。4、聚合物熱穩(wěn)定性的評價(pngji)幾種(j zhn)高分子材料的TG曲線比較(bjio)起始失重溫度第51頁/共62頁第五十二頁，共63頁。熱穩(wěn)定性TG曲線(qxin)比較示意圖比較(bjio)失重速率c

12、ba第52頁/共62頁第五十三頁，共63頁。5、聚合物組成(z chn)的分析玻璃纖維(b lixinwi)成分的分析水水 2%2%樹脂樹脂 80%80%玻璃玻璃 18%18%第53頁/共62頁第五十四頁，共63頁。聚四氟乙烯中炭黑(tn hi)和SiO2的含量確定PTFE PTFE 31.5%31.5%炭黑炭黑(tn (tn hi) hi) 18.0%18.0%SiOSiO2 2 50.5%50.5%第54頁/共62頁第五十五頁，共63頁。共聚物的分析(fnx)苯乙烯-甲基苯乙烯共聚物的熱穩(wěn)定性a-聚苯乙烯b-苯乙烯-甲基苯乙烯無規(guī)共聚物c-苯乙烯-甲基苯乙烯嵌段共聚物d-聚-甲基苯乙烯第5

13、5頁/共62頁第五十六頁，共63頁。共混物的分析(fnx)各組分的失重(sh zhng)溫度沒有太大變化，各組分失重(sh zhng)量=各組分純物質(zhì)的失重(sh zhng)百分含量疊加的結(jié)果第56頁/共62頁第五十七頁，共63頁。6、 研究(ynji)聚合物固化靜態(tài)(jngti)熱重分析，適用于固化過程中失去低分子物的縮聚反應(yīng)。利用酚醛樹脂固化過程中生成水，測定脫水失重量最多的固化溫度，其固化程度(chngd)最佳。第57頁/共62頁第五十八頁，共63頁。7、研究(ynji)聚合物中添加劑的作用增塑劑聚合物中常用的添加增塑劑，其用量和品種不同，對材料(cilio)作用效果不同第58頁/共62頁第五十九頁，共63頁。發(fā)泡劑發(fā)泡劑的性能和用量直接影響泡沫材料的性能和制造(zhzo)工藝條件?？色@得適宜的成型溫度條件(tiojin)，即發(fā)泡劑開始分解的溫度。第59頁/共62頁第六十頁，共63頁。無機(wj)阻燃劑阻燃劑在聚合物中有特殊效果，阻燃劑的種類和用量選擇適當(dāng)(shdng)，可大大改善聚合物材料的阻燃性能。第60頁/共62頁第六十一頁，共63頁。 謝 謝！第61頁/共62頁第六十二頁，共63頁。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)會