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1、热分析技术在高分子材料研究中的应用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1前言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。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
2、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。2实验部分分析仪器：德国NETZSCH公司的DSC204差示扫描量热仪、TG209热重分析仪;美国NICOLET公司的NEXUS670红外光谱仪。2.1熔点与玻璃化温度熔点Tm是结晶聚合物的主要热转变温度,玻璃化温度Tg主要是无定型聚合物的热转变温度。熔点和玻璃化温度也是聚合物使用时的重要指标，熔点和玻璃化温度可用DSC测定。图1促进剂的热重和熔点曲线为了延长DSC204炉体的寿命，减少分解杂质对炉体的污染,在实验中最高温度尽量低于样品的分解温度,使炉子经常保持清洁状态，必要时，可
3、通高纯氮气或空气、氧气，进行炉子空烧实验，彻底消除附着杂质对实验结果的影响。因此,对于未知的样品，需要首先进行热重分析，然后在低于分解温度的温度范围内进行DSC分析，从相转变的曲线形状再进行玻璃化温度、熔点或结晶温度的判定.。如图1,粉末涂料中的一种促进剂，成分未知，先用TG209进行测试，测试出分解温度为252.6℃,然后从室温开始至200℃(低于分解温度)进行DSC测试，从相转变曲线判断出促进剂熔点为78.2℃。用DSC204开展最多的分析工作就是对聚合物材料的玻璃化温度Tg和熔点Tm的测试，实验中样品的用量、颗粒、升温速率对结果的影响较大升温速率越大，热滞后越严重，如图2所
4、示，升温速率越大，玻璃化转变温度越高，峰形越陡。样品的用量也影响分析结果，如图3所示，样品为细小微粒，在坩埚中装填均匀，分别进行了样品用量为1.00、2.00、5.00、10.10mg的玻璃化转变温度测试，结果表明，当样品用量由1.00～5.00mg增加时，玻璃化转变温度也变大，但样品用量增大为10.10mg时，Tg为63.5℃，并没有随势升高，只是基线倾斜较严重，峰形最陡。样品的颗粒大小对结果的影响比较复杂，随着样品比重的改变，装填密度的变化，样品的导热也将发生改变，一般认为采用小颗粒样品为好。图2不同升温速率的DSC曲线曲线1-升温速率:2K/minTg=60.3℃曲线2-升
5、温速率:5K/minTg=62.1℃曲线3-升温速率:10K/minTg=63.4℃曲线4-升温速率:15K/minTg=65.3℃图3不同样品用量的DSC曲线曲线1-样品用量:1.00mgTg=63.4℃曲线2-样品用量:2.00mgTg=63.6℃曲线3-样品用量:5.00mgTg=63.8℃曲线4-样品用量:10.10mgTg=65.3℃因此在样品的测试过程中，我们尽量将高聚物样品制成细小微粒。样品用量一般为3～5mg，升温速率大都采用10K/min，用密封铝坩埚,上盖扎孔，氮气保护气氛，如饱和聚酯的Tg测试。图4饱和聚酯的玻璃化温度曲线曲线1-20～130℃第一次升温DS
6、C曲线曲线2-10℃～130℃第二次升温DSC曲线升温程序为:室温～130℃；130～-10℃；-10℃恒温5min；-10～130℃，在-10℃恒温是为了第二次的升温线稳定，聚酯的玻璃化曲线准确可靠。如图4，曲线1为室温～130℃样品第一次升温的DSC曲线，曲线2为-10～130℃样品第二次升温的DSC曲线，可以看出，曲线1的Tg为67.8℃，曲线的玻璃化温度为63.6℃，这是因为样品颗粒偏大，与坩埚不够压实，所以第一次的玻璃化转变峰很高，结果偏高，即发生热滞后现象，进行第二次升温程序时，由于样品已经形成玻璃化，与坩埚贴得很实，样品颗粒之间也几乎没有空隙，所以第二次的玻璃化转变
7、峰形标准，基本消除了凸峰。因此为了得到准确的结果，在测试样品中，我们通常进行两次升温程序，结果取第二次的DSC曲线分析。2.2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
