热分析、扫描电镜、能谱仪在高分子材料分析中的应用

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1、热分析在高分子材料分析中的应用热分析应用于高聚物方面的研究已有四十多年的历史，并发展起来各种各样的分析方法，如热重法(TG)、差示扫描量热法(DSC)、动态机械分析法(DMA)等。热分析在各个领域的研究中，以高聚物的研究为最重要。这里仅用几个例子说明热分析在高聚物鉴定中的应用。关键词一、热重法（TG）在高分子材料分析中的应用热重法是指在程序控制温度下，测量物质的质量与温度之间的关系。热重法的主要特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化及变化速率。热重法可以用来研究高分子材料的热稳定性，添加剂对热稳定的影响、材料的氧化

2、稳定性，溶剂的含量、结晶水的含量、高聚物的分解温度，填料的含量等，在高聚物的剖析中主要用于定量分析。热重法的试验结果与试验条件存在很大的关系，例如升温速率，气氛等对试验结果都会产生很大的影响。1、填料的含量在高分子材料的填料中，常用的填料大多数为无机填料，如；二氧化硅、二氧化钛等氧化物，还有玻璃纤维，碳酸盐，硫酸盐等，其分解温度通常比高分子材料高几百度，有的填料根本不分解，根据这个特点，可以用热重法测定高分子材料中填料的含量。用热重法测定填料含量时要注意所用气氛的影响。a.含有二氧化硅的聚四氟乙烯热失重分析。图1表示纯

3、聚四氟乙烯和含有胶状二氧化硅的聚四氟乙烯（含量10%，25%，50%）的TG曲线。一组样品在空气内试验，一组样品在氮气中试验。在空气中试验时，温度在600℃之前，不仅失去聚四氟乙烯，同时还失去一定量的二氧化硅。在氮气中试验，在600℃时只有聚合物失去，余留物恰好等于加入的二氧化硅的理论值。从分析结果发现，在有空气存在时，聚合物和二氧化硅发生相互作用：（C2F4）n＋SiO2＋O2→2COF2＋SiF4＋2CO2＋（n-2）C2F4 显然，上述反应必须有氧存在，而且是分几步进行的。第一步是聚合物分解：(C2F4)n(固)

4、→C2F4（气）＋C3F6（气）＋C4F8（气） 这是在空气和惰性气体中都会发生的反应。但紧接着的反应就只能在有氧存在的情况下发生：C2F4＋O2→2COF22COF2＋SiO2→SiF4＋2CO2 b、碳黑含量的测定碳黑作为一种重要的填料经常在橡胶、色母粒中得到应用。一般高分子材料在惰性气氛下600°C以下都已经裂解，但是碳黑一般不分解。在600°C以上时改用氧化性气氛，此时碳黑与氧气反应产生二氧化碳而释放出来，此时的失重量即为碳黑的含量，见图2。图22、共聚物分析图3为典型的乙烯－乙酸乙烯酯共聚物的TG曲线。分解初

5、期，迅速而定量的放出乙酸，只有在惰性气氛和高温下，才出现残留的碳氢链段的分解。从初期失重可估计出共聚物的组分，这与用化学的，红外光谱的以及核磁共振等方法相比，TG法具有快速而又精确的特点。图3下表为乙酸乙烯酯的含量从4.3～31.1％的六种共聚物的TG结果。可以看出，TG的结果与化学皂化法的结果是相近的。乙酸乙烯酯/(%)(化学分析)乙酸的失重/(%)乙酸乙烯酯/(%)绝对偏差/(%)4.33.24.60.38.25.88.30.011.27.60.314.910.214.60.327.118.927.10.031.1

6、二、差示扫描量热法（DSC）在高分子材料分析中的应用差示扫描量热法（DSC）是指在程序控制温度下，测量输入到物质和参比物之间功率差与温度之间的关系。用DSC可以研究聚合物的相转变，测定结晶温度、结晶度、熔点、玻璃化转变温度。虽然聚合物的这些物理常数通常不能作为聚合物鉴定的最好方法，但在特殊情况下对于鉴定分析仍然十分重要。1、尼龙6，尼龙66，尼龙11的鉴别尼龙6，尼龙66，尼龙11的熔点分别为214~233℃，265～270℃，182～186℃，用DSC测定它们的熔点，根据他们的熔点可以判断为何种尼龙。另外对于他们的共

7、混物可以根据这些共混物的熔融峰面积，可以求得共混物中各组成的相对含量(图4)。             2、高、中、低压聚乙烯共混物的鉴定利用高、中、低压聚乙烯的熔点分别为106.5℃、121.8℃和136℃，可以鉴定用各种方法制造的聚乙烯或它们的共混物。图5为聚乙烯、聚丙烯已经它们的共混物的DSC谱图，从共混物谱图的熔融峰面积可以得到两种共混物的比例，这是红外光谱不能得到的。