热重分析法
苹果之父-发展对象转预备发言稿
2023年2月23日发(作者：国家安全监管总局)1/5
第三章PANI/Sm2O3复合材料的热重分析(TG-DTG)
3.1PANI/Sm2O3复合材料的热重分析(TG-DTG)
热稳定性是评价聚苯胺复合材料性能好坏的重要指标。了解聚苯胺复合材
料的热行为有助于确定其适宜的加工条件和可能的应用。良好的稳定性能赋予聚
合物器件更好的使用性能。因此有必要对影响复合材料的热稳定性的各种因素进
行研究。
本文采用北京恒久科学仪器厂生产的微机差热天平（HCT-1）对合成的
PANI/Sm
2
O
3
复合材料的热性能进行分析。(校正方法)
测试方法：取少量（10毫克左右）样品置于样品池后升温，升温速率为10℃
/min,温度范围：室温～800℃,实验气氛为空气。
本章主要考察了Sm
2
O
3
用量对PANI/Sm
2
O
3
复合材料的热稳定性及其热力学行
为的影响。
/Sm2O3复合材料成分计算
。
PANI/Sm
2
O
3
复合材料的成分可以从TG曲线中分析得到。具体计算方法如下
（以PANI/Sm
2
O
3
（78/22(w/w)）复合材料为例）：由图3-1可知，PANI/Sm2
O
3
复
合材料的TG曲线在592℃时总的质量损失为93.6%，并保持到800℃，其质量不
再损失。相比较而言，在同样的温度范围内，纯PANI的总质量损失为85.2%，
纯Sm
2
O
3
的质量损失为8.8%。根据参考文献[16]介绍的方法可知，每克PANI/Sm
2
O
3
复合材料中聚苯胺的含量为（100-8.8-14.8）%=78%，Sm
2
O
3
的含量为22%。
0900
0
20
40
60
80
100
3
2
M
a
s
s
/
%
Temperature/℃
1-纯Sm2O3
2-100%PANI
3-10%Sm2O3
PANI/Sm2O3--78%/22%(W/W)
1
2/5
0900
0
20
40
60
80
100
3
2
M
a
s
s
/
%
Temperature/℃
1-Sm2O3
2--PANI
3—PANI/Sm2O3
PANI/Sm2O3--78%/22%(W/W)
1
图3-1PANI,Sm2O3，10%的PANI/Sm2O3TG曲线
Figure.3-1TGcurvesofaSm
2
O
3,
apurePANIandPANI/Sm
2
O
3
composite(78/22(w/w))
现将不同Sm
2
O
3
用量的PANI/Sm
2
O
3
复合材料中PANI/Sm
2
O
3
的质量分数之比的计算结果
列于表3-1
表3-1不同Sm
2
O
3
用量的PANI/Sm
2
O
3
复合材料中PANI/Sm
2
O
3
的质量分数之比
序号123456789
（W/W
）
78/2
2
78/2
2
75.3/24
.7
57.7/42
.3
82.8/17
.2
81.2/18
.8
82.1/17
.9
84.6/15
.4
84.8/15
.2
0900
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
a-PANI
b-PANI/Sm
2
O
3
=78%/22%
b
a
D
e
r
i
v
.
w
e
i
g
h
t
(
%
/
℃
)
Temperature(℃)
3/5
图3-2PANI及PANI/Sm
2
O
3
（78/22(w/w)）复合材料的DTG曲线
Figure.3.2DTGcurvesofpurePANIandPANI/Sm
2
O
3
composite(78/22(w/w))
图3-1中曲线2表明Sm
2
O
3
粉末从室温到800℃有两步重量损失。在267～368℃
的温度范围内为第一次重量损失，在424～503℃的温度范围内为第二次重量损
失。由于轻稀土Sm
2
O
3
在空气中极易水化和碳酸化，其水化和碳酸化的产物为Sm
(OH)
3
,六方Sm
2
O
2
CO
3
,四方Sm
2
O
2
CO
3
,和Sm
2
O(CO
3
)[参考文献]。这两步质量损失分
别为Sm
2
O
3
的水化和碳酸化的产物失水和失二氧化碳。大体上来说，纯的PANI
从室温到800℃的温度范围内有两步重量的损失。在55～125℃的温度范围内发
生的第一步重量损失是由水分子及掺杂剂HCl从聚苯胺基体中脱离所致。在
275～640℃的温度范围内的第二步重量损失则是由聚苯胺骨架的大规模降解所
致。而复合物的热降解曲线与纯的PANI有着类似的趋势，都有两步重量损失。
由图3-2中a,b两曲线可知，PANI重量损失最快时的温度为487℃，而
PANI/Sm
2
O
3
（78/22(w/w)）复合材料重量损失最快的温度为518℃，这表明掺杂
了Sm
2
O
3
的PANI/Sm
2
O
3
复合材料的热稳定性能较纯的PANI有所提高。
3.2Sm2O3用量对PANI/Sm2O3复合材料热稳定性的影响
10
30
50
70
90
110
0900
0
20
40
60
80
100
Temperature/℃
d
c
e
M
a
s
s/
%
b
c-PANI/Sm
2
O
3
=78/22(w/w)
d-PANI/Sm
2
O
3
=57.7/42.3(w/w)
e-PANI/Sm
2
O
3
=84.6/15.4(w/w)
a-Sm
2
O
3
b-PANI
c-PANI/Sm
2
O
3
d-PANI/Sm
2
O
3
e-PANI/Sm
2
O
3
a
图3-3Sm2O3用量分别为0.1030g，0.4407g，0.8812g的PANI/Sm
2
O
3
复合材料的TG曲线
为了研究不同Sm
2
O
3,
用量的PANI/Sm
2
O
3
复合材料的热力学行为，我们将已
4/5
合成的9个PANI/Sm
2
O
3
复合材料的TG曲线作在一起进行了比较，并从中选出
具有代表性的样品，将它们的TG曲线同纯的PANI,Sm
2
O
3
的TG曲线一起进行
了分析比较。图3-3中（a）,(b),(c)，（d）,(e)分别为纯Sm
2
O
3,
PANI-HCl,以及
Sm
2
O
3
的用量分别为0.1030g,0.4407g,0.8812g的PANI/Sm
2
O
3-
TG曲线。从图中可
以看出，含Sm
2
O
3
的复合材料的热降解过程与PANI的热降解过程类似，都有两步
重量损失。第一步重量损失是由水分子及掺杂剂HCl从聚苯胺基体中脱离所致。
第二步重量损失则是由聚苯胺骨架的大规模降解所致.而其中含Sm
2
O
3
为
0.1030g的PANI/Sm
2
O
3
复合材料的TG曲线与其余略有差别，这可能是由于掺杂
的HCl极易脱附所致。
图3-4PANI与Sm2O3用量分别为0.4407g，0.8812g的PANI/Sm
2
O
3
复合材料的TG曲线
图3.4的a,b分别为PANI,Sm2
O
3
,与含Sm
2
O
3
分别为0.4407g,0.8812g的
PANI/Sm
2
O
3
复合材料的TG曲线。与含Sm
2
O
3
为0.1030g的PANI/Sm
2
O
3
复合材料中
PANI,Sm
2
O
3
含量的计算方法类似，算得其中PANI/Sm
2
O
3
分别为
57.7/42.3,84.6/15.4。从图中还可以看出，含Sm
2
O
3
的复合材料的热降解过程与
PANI的热降解过程类似，都有两步重量损失。第一步重量损失是由水分子及掺
杂剂HCl从聚苯胺基体中脱离所致。第二步重量损失则是由聚苯胺骨架的大规模
降解所致。
表3-1从PANI/Sm
2
O
3
复合材料的热重曲线上获得的数据
SAM
PLE
T0(
℃)
T10
(℃)
T20
(℃)
T30
(℃)
T40
(℃)
T50
(℃)
T60
(℃)
T70
(℃)
T80
(℃)
T90
(℃)
Tf(
℃)
PANI/Sm
2
O
3
(W/W)
PANI3/0
2/22
233736741078/22
333737442275.3/24.7
4328356388457.7/42.3
531836352382.8/17.2
00900
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
1
1--PANI
2—PANI/Sm
2
O
3
M
a
s
s/
%
Temperature/℃
a
PANI/Sm2O3--57.7%/42.3%(W/W)
2
1800
0
20
40
60
80
100
1
1--PANI
2—PANI/Sm
2
O
3b
PANI/Sm2O3-84.6%/15.4%(W/W)
2
M
a
s
s/
%
Temperature/℃
5/5
632636842581.2/18.8
7345447650982.1/17.9
8345648151184.6/15.4
9322357399432463492562684.8/15.2
Sm
2
O
3
2682892973734554775680/100
根据文献[9]可知，评价材料热稳定性好坏的主要参数是T
10
(重量损失10%的温
度)，T
0
(开始分解的温度)。表3-1为PANI,Sm
2
O
3
,以及不同Sm
2
O
3
含量的PANI/Sm
2
O
3
复合材料在各百分重量损失下的温度。
从表3-1中T
0
，T
10
的数据可以看出，不同Sm
2
O
3
含量的PANI/Sm
2
O
3
复合材料在
各百分重量损失下的温度均高于纯的PANI。这说明该复合材料的热稳定性高于
聚苯胺。
本章小结：
本章通过对已合成的PANI/Sm
2
O
3
复合材料热稳定性及其热力学行为的研究，
可以得出，掺杂了一定量Sm
2
O
3
的复合材料的热稳定性较纯的PANI好，但其热稳
定性的提高并不与Sm
2
O
3
的用量成正比，而是随着Sm
2
O
3
的用量的增加先升高后降
低。在热降解过程中，PANI/Sm
2
O
3
复合材料与纯的PANI的热降解趋势相似，都有
两步重量损失。第一步重量损失是由水分子及掺杂剂HCl从聚苯胺基体中脱离所
致。第二步重量损失则是由聚苯胺骨架的大规模降解所致。
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