热重分析及其在高分子材料方面的应用.docxVIP

热重分析及其在高分子材料方面的应用

热重分析方法在高分子材料领域的应用

[摘要]热分析是研究物质的物理化学性质随温度变化的一类技术，随着计算机在线分析和反馈控制技术的发展及多种手段联用技术的发展，热分析技术也得到了显著的发展。热分析是高分子的常规表征手段，可用于表征结构相变，分析残余单体和溶剂含量，添加剂的检测，热降解的研究；同时被用于产品质量的检测，生产过程的优化及考察外因对高分子性质的影响等。热重法定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。根据这一特点，可以说，只要物质受热时发生质量的变化，都可以用热重法来研究。我们可以看出，这些物理变化和化学变化都是存在着质量变化的，如升华、汽化、吸附、解吸、吸收和气固反应等。热重法测定的结果与实验条件有关，为了得到准确性和重复性好的热重曲线，我们有必要对各种影响因素进行仔细分析。影响热重测试结果的因素，基本上可以分为三类：仪器因素、实验条件因素和样品因素。

[关键词]热重分析法；质谱；联用技术

根据热分析协会(ICTA)的归纳分类，目前热分析法共分为9类17种，其中主要和常用的热分析方法是热重法(Thermogravimetry，TG)，差热分析法(DifferentialThermalAnalysis，DTA)，差示扫描热量法(DifferentialScanningCalorimetry，DSC)。热重法是在程序控温下，测量物质的质量与温度的关系，通常热重法分为非等温热重法和等温热重法。它具有操作

简便、准确度高、灵敏快速以及试样微量化等优点。但热重分析法无法对体系在受热过程中逸出的挥发性组分加以检测，这严重阻碍了热分析技术的应用与发展。因此，将TG法与其它先进的检测系统联用，如TG/MS、TG/FTIR等，是现代热分析仪器的一个发展趋势。

1热分析技术发展简史

热分析方法是仪器分析方法之一，它与紫外分光光度法、红外光谱分析法、原子吸收光谱法、核磁共振波谱法、电子能谱分析法、扫描电子显微镜法、质谱分析法和色谱分析法等相互并列和互为补充的一种仪器分析方法。

热分析技术是在程序温度(指等速升温、等速降温、恒温或步级升温等)控制下测量物质的物理性质随温度变化，用于研究物质在某一特定温度时所发生的热学、力学、声学、光学、电学、磁学等物理参数的变化。由此进一步研究物质的结构和性能之间的关系；研究反应规律；制订工艺条件等。最早发现的一种热分析现象是热失重，由英国人Edgwood在1786年研究陶瓷粘土时首先

3热重法在高分子材料领域的应用

热重分析仪主要适用于研究物质的相变、分解、化合、脱水、吸附、解析、熔化、凝固、升华、蒸发等现象及对物质作鉴别分析、组分分析、热参数测定和动力学参数测定等。它已应用在：(1)无机物、有机物及聚合物的热分解，如邓娜、张于峰、赵薇等[11]利用差热热重分析仪，在氮气气氛下进行热重实验，探讨了二者热失重行为和机制，分析了反应过程中热量变化及热解剩余物性状，建立了反应动力学模型；(2)矿物质的煅烧和冶炼，用热重分析法采用不同升温速率研究了六种煤样的TG，DTG，DTA及T曲线，用基辛格法计算得到不同煤燃烧反应的活化能，研究了同生矿物和后生矿物对煤着火和燃烧的不同影响；(3)煤、石油和木材的热解过程，热重分析法两种手段对去灰煤样、酒精和蒸馏水洗静毗啶溶胀煤样和NMP二次溶胀煤样进行化学结构与热解性质的分析，表征煤溶胀前后结构与热解反应性质的变化情况，定性地认识煤的溶胀反应过程；(4)液体的蒸馏和气化，将热重分析(TGA)用于正十六烷、正十七烷和正十八烷等3个正构烷烃的蒸气压测定，分别采用常数法和比较法计算蒸气压，结果表明，只要选择合适的参考物质，TGA可以成功地应用于未知液体物质蒸气压的测定；(5)爆炸材料的研究；(6)发展新化合物，利用硝酸氧化聚丙烯腈基半碳化纤维制备了一种新型的弱酸性阳离子交换纤维，他们利用热重分析等手段表征了纤维表面的氧化性基团的含量、表面化学结构和热稳定性等性能；(7)吸附和解析，利用红外光谱、热重分析等手段表征了该螯合纤维的结构，研究了纤维对金属离子的吸附性能，采用TGA热重分析仪考察了温度、CO2浓度、升温速率及分解温度等操作条件和粒径对吸附剂吸附率的影响；(8)表面积的测定；(9)氧化稳定性和还原稳定性的研究；(10)反应机制的研究等诸多方面均得到广泛的应用。此外，热重分析能够对高分子材料进行热分解过程分析和组分的定量分析。如陈栋华，刘景民等用热重分析技术对微悬浮法氯乙烯－醋酸乙烯酯共聚树脂的热降解反应进行了研究[8]；高亚萍[9]利用热重分析技术研究了阻燃电缆绝缘材料