高分子材料研究方法

PAGEPAGE7高分子材料研究方法课程论文热分析法的发展及其应用姓名：邓美琪班级：高分子专08-3老师：麦东东日期：2010-12-19摘要论述了热分析技术在高分子材料物理化学性质研究中的具体应用,如玻璃化转变温度、熔点、氧化诱导期、分解温度以及化学组成含量等,并对样品的分析条件进行了探讨。关键词热分析,高分子材料,热重分析,差示扫描量热分析热分析是在程序控制温度下,测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。热分析技术主要用于研究物质的物理变化(晶型转变、相态变化和吸附等)和化学变化(脱水、分解、氧化和还原等)。通过这些变化的研究可对材料作出鉴别、分析和选择。我所新材料的研究方向主要是高分子聚合物,如:饱和聚酯、塑料、涂料、油漆等,热分析技术在这些研究工作中广泛应用,可以提供玻璃化转变温度、熔点、氧化诱导期、热稳定性、分解温度、组分分析等性能参数,在新材料的研究开发中起着重要的作用。1.热重分析聚合物热分解过程的许多规律可以通过热重分析进行研究。其中包括聚合物的热稳定性的测定、共聚物、共混物体系的定量分析、含湿量和添加剂含量的测定等等,热重法因其快速简便,已经成为研究聚合物热变化过程的重要手段。影响热重曲线的因素主要也是升温速率、样品用量和样品颗粒大小,如图1是ABS塑料在不同升温速率下的热重曲线,可以看出,升温速率越大,分解温度越滞后。同样道理,样品的用量、颗粒大小对热重曲线的影响与DSC曲线的影响相似,因此在进行热重分析时,样品尽量制备成细小颗粒,并装填紧密,使样品颗粒间接触良好,有利于热传导,减小热滞后现象。样品用量大,样品内部温度梯度也大,而且反应产物的扩散作用也慢,因此实验时尽量使用少量的样品。热重分析可以准确地分析出高分子材料中填料的含量。根据填料的物理化学特性,可以判断出填料的种类。一般情况下,高分子材料在500℃左右基本全部分解,因此对于600～800℃之间的失重,可以判断为碳酸盐的分解,失重量为放出的二氧化碳,可以计算出碳酸盐的含量。剩余量即为热稳定填料的含量,如:玻纤、钛白粉、钡白等含量。图1ABS塑料在不同升温速率下的热重曲线升温速率[1]:5K/min;[2]:10K/min2.热分析与红外光谱相结合随着新材料技术的日新月异,掌握国内外新材料的成分组成,对于研究工作者意义重大。一种材料通过红外光谱分析,可以对主体材质进行定性分析,由多种成分共混或共聚的复杂材料,很难将每种成分一一分析出来。通过热重分析与红外光谱相结合,对于几种分解温度相差较明显的混合物进行定性定量分析,能够得到较满意的分析结果。由于我们的TG209与NEXUS670红外光谱仪没有联机使用,所以不能对热重分解产物进行红外光谱分析,但是通过对热重曲线进行分析,将样品热处理后再进行红外分析,也可以得到较满意的结果。如一种涂装材料用稀释剂,不是由单一材料组成,热重曲线如图2。从图2可以知道稀释剂由二种成分组成,第一种组分的分解温度为139.8℃,分解结束温度为191.8℃,含量为86.40%。191.8～310.6℃温度范围处于热稳定状态。第二种组分的分解温度为310.6℃,含量为13.18%。图2稀释剂的热重曲线图3稀释剂的红外谱图图3为稀释剂的红外谱图,谱图非常复杂,只能判断出主体成分来。从稀释剂的热重曲线可以将样品在250℃恒温加热1h,第一种组分分解完全,第二种组分还没有达到分解温度,保持稳定不变,然后将稀释剂分解剩余物做红外分析,谱图如图4,再进行解谱。可以看出,热处理后稀释剂的红外谱图有所变化,没有图3复杂了。从图3与图4可以判断出稀释剂的成分组成。图4稀释剂经过250℃恒温1h后的红外谱图对于高分子材料中填料种类的判断,也可以通过热重法与红外光谱相结合。热重分析只能得出填料的含量,不能分析出填料的种类,将热重分析残渣进行红外分析,便可判断出填料的种类。红外光谱技术与DSC分析相结合,也可以准确判断高分子材料的成分。例如PA6与PA66,红外谱图基本相同,很难确定到底是PA6还是PA66,根据PA6与PA66熔点不同,PA6的熔点峰值为225℃,而PA66的熔点峰值为260℃,将尼龙材料进行DSC测试,从室温至300℃以10K/min升温,得到的熔点值可以确定材料为PA6或PA66。如果既含PA6又含PA66,DSC曲线将会出现两个熔点。3.氧化诱导期的测量氧化诱导期是评价高聚物抗氧化降解性能的指标。根据GB/T2951.37-94标准,将样品尽可能制成细小颗粒,样品用量3～5mg,放入开口铝坩埚内,置于DSC204样品支架上,升温速率10K/min,升温至200±0.5℃,恒温5min,用工业氧气迅速切换氮气,保持恒温200±0.5℃至基线发生明显偏离。氧化诱导期定义为自气体切换为氧气至基线发生明显偏离与基线的切线点的时间。由于升温程序需要预先设定,样品的氧化诱导期未知,因此切换成氧气后的恒温时间,尽量设定长些,防止设定的时间过短,还没到氧化诱导期实验就结束,导致实验失败。DSC204的操作程序为智能化控制,操作简便,切换气体快捷准确。分析软件配备氧化诱导期参数计算方法,能够准确方便地计算出分析结果。4.结论(1)对未知样品,最好先进行热重分析,再进行低于分解温度范围的DSC分析测试;(2)用DSC204进行高分子材料玻璃化转变温度测试时,在低温点恒温后再升温,得到的DSC曲线稳定、误差小;取第二次的升温曲线,结果准确可靠;(3)进行氧化诱导期测试,设定控制程序时,尽量将氧化时间设定长些,才能得到好的结果;(4)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;(5)通过热分析和红外光谱相结合,可以对复杂样品进行定量和定性分析。参考文献[1].H.Mohler:DieThermischeAnalyseinderKunststoffprufung.Kunststoffe(1994)6,pp.736ff[2].E.Kaisersberger:ThermischeAnalyseinderMaterialforschung.Laborpraxis(1990)9,pp.704ff[3].S.Knappe:ThermischeAnalyseinderQualitatssicherung.Kunststoffe(1992)10,pp.993ff[4].E.Kaiserberger:ThermischeAnalysebeiPolymer-Recycling.Laborpraxis(1992)3,pp.243ff[5].S.Knappe,C.Urso:ApplicationsofthermalanalysisintherubberIndustry.ThermochimicaActa(1993)227,pp.35ff[6].S.Knappe,C.Mayo:ThermischeAnalyse–integriertimQS-SystembeiAutomobilzulieferern.Kunststoffe(1995)12,pp.2066ff[7].S.Knappe,R.Merkl:Aushartungu.VerarbeitungungesattigterPolyesterl