热重复杂气氛下的测试--圆派科学

热重复杂气氛下的测试

• 文章来源： 圆派科学
• 时间：2020-11-03 14:51

热重复杂气氛下的测试

王荣

利用热重分析仪测量样品质量随时间/温度的变化，可以对聚合物或混合物的组成及各组分所占的比例进行分析。从保护仪器的角度出发，常规的TG测试建议采用动态吹扫气氛，如N₂、Ar或空气，但是对于某些特殊场合，比如塑料或橡胶的成分比例测试，可以考虑真空下测试（前提是确保真空下样品反应释出的气体对仪器没有危害），因为真空气氛能够降低小分子的沸点，达到分离失重台阶的目的。

下图为三元乙丙橡胶在动态气氛（N₂切换成Air）下的测试结果，其中红色曲线为TG（质量变化%）曲线，绿色曲线为DTG（质量变化率）曲线，TG曲线记录各反应过程中样品质量的变化，结合DTG曲线可以判断各反应发生的起始/终止温度。从图上可以看出，此样品在室温至420°C发生了第一步反应，失重量为13.80%，此步反应为增塑剂的挥发；420°C至570°C间为第二步反应，失重量为36.85%，此步反应为高分子主链的分解；600°C至820°C范围内为第三步反应，失重量为6.68%，对应无机填料的分解；转换成空气后的反应为碳骨架的燃烧，失重量为29.91%。

但是，第一步反应和第二步反应有重叠，影响了第一步反应的终止点的判断，导致难以准确测定增塑剂和高分子组分各自的含量。

下图所示为同种材料在真空下的测试结果，由于真空下增塑剂的沸点降低，在较低的温度挥发出来，这样就能有效区分第一步反应和第二步反应，准确测得增塑剂和高分子组分的含量，分别为22.30%和27.89%。

为了进一步验证此方法，测试一个含量已知的橡胶样品。下图所示为样品在真空-N₂-空气复杂气氛下的测试结果，在真空气氛下升温到600°C，在氮气气氛下恒温过渡10min后，切换成空气气氛升温到900°C。在真空气氛下，橡胶中的添加剂先挥发出来（约300°C前），失重量为20.43%（理论值20.6%）；300°C至600°C范围内，高分子主链分解，失重量为42.57%（理论值41.9%）。切换成空气后，碳骨架燃烧，失重量为9.08%（理论值9.1%）。

综上可见，在保证仪器安全的前提下，对于某些应用，真空测试不失为一种有效分离失重台阶的方法。