TG和MDSC在涂料热性能研究中的应用

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇TG和MDSC在涂料热性能研究中的应用范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：本文应用tg和mdsc，在氮气气氛下对涂料的热性能进行试验，主要研究TG热重法和MDSC调制差示扫描量热法测定涂料的试验重现性，并对该涂料的组分、热稳定性及玻璃化转变温度等热性能进行研究，为涂料批量生产过程中质量控制指标的完善提供数据参考，并对涂料热性能研究实验方法的建立奠定一定的基础。

关键词：热分析；涂料；热性能

中图分类号：O657 文献标识码：A

0.引言

某涂料起到一定的辐射散热作用，因为该涂料具备良好散热性能和力学性能，应用状况较好，但随着涂料批量化生产规模的不断扩大以及生产质量体系的不断完善，对涂料性能指标的要求也越来越细致和严格，而有关其热性能没有做过分析研究。本试验主要利用热重分析（TG）和调制差示扫描量热技术（MDSC）对涂料的组分、热稳定性和玻璃化转变等进行研究，为涂料批量生产过程中质量控制指标的完善提供数据参考。

1.试验

1.1 试验原理

在控制气氛中，热重分析将重量变化量和变化率作为递增温度的函数，或在等温下作为时间的函数进行测量。

调制差示扫描量热技术是TA仪器公司在热流式DSC基础上提出的一种方法。MDSC在慢速升温背景的基础上叠加一个正弦式快速升-降温的振荡信号，起到在同一个实验中高分辨率与高灵敏度两者兼备的作用。把总的热流分解成可逆与不可逆两部分，凭此可区分具有不同性质而相互重叠的热效应。

1.2 试验主要原材料和仪器

试验所用主要原材料为某自制涂料。

试验采用美国TA公司Q50 TG热重分析仪和Q200 DSC差示扫描量热仪。

1.3 试验方法

TG法：涂料样品量5mg～15mg；在高纯氮气气氛下，气体流量100mL/min；炉子升温速率10℃/min，温度依据具体试验为室温～180℃或室温～550℃。

MDSC法：涂料样品约10mg，高纯氮气气氛，流量50mL/min，调制温度1℃，调制周期60s，升温速率3℃/min，温度范围：10℃～120℃。

2.结果与分析

2.1 TG嶂胤ㄖ叵中允匝

热重法是在程序控制温度下测量物质质量与温度关系的一种技术。取同一批次涂料，以10℃/min的升温速率做10次平行热重分析试验，分别采集120℃、140℃、160℃处的失重百分率数据点，并计算其平均值、标准偏差和相对标准偏差，对数据进行分析，以考察TG热重法检测涂料的重现性，结果见表1。

由表1试验结果，在120℃、140℃和160℃温度时热重法测量涂料的失重百分率分别为56.31%，56.82%，57.21%，相对标准偏差分别为3.0%、3.2%和3.3%，基本一致，即此试验方法重现性良好，测量精度满足试验分析要求。

2.2 MDSC调制差示扫描量热法重现性试验

为考察MDSC法分析涂料热性能的适用性，取同一批涂料进行重现性平行试验研究，结果如图1所示。

从图1中可以得出，两次MDSC试验得到的转变温度分别为55.39℃和54.77℃，基本一致性较好，由此表明采用MDSC差示扫描量热法分析该涂料的放热转变性能重现性较好。

2.3 涂料溶剂含量的分析

溶剂对涂料的涂布性能和成膜有着很大的影响，如溶剂挥发过快，涂料会过快失去流动性，涂膜温度降低、产生雾点、强度下降。TG热重法可以方便地检测由于温度、时间或环境变化而使涂料分解时重量变化的信息，图2是涂料的检测曲线，可以明显地解析出一定温度范围内的重量变化。曲线中低温部分重量的变化即表明了此涂料中所用溶剂组分的用量。

从图2可以看出，曲线的变化过程表示随着温度的变化，从室温开始溶剂挥发，在120℃～180℃之间样品的质量随温度变化开始趋缓，表明溶剂基本挥发完。表2为12个涂料样品在180℃时失重率的测量值及其与理论值的比较。

由表2可知，试验得出的样品失重率即溶剂含量为57.75%，而由涂料组成通过理论计算得到的含量为64.3%，相差6.55%，这部分主要是由于涂料各组分在混合过程中以及试验前放置过程中溶剂的挥发造成的。

2.4 涂料热稳定性分析

热稳定性是涂料使用性能的重要指标之一，一般来说，热稳定性是指聚合物分子链的热稳定性，即聚合物分子链受热后主链的断裂、侧链的分解、氧化以及结构化过程。评价高分子材料热稳定性最简单、最直接的方法是热失重分析法，主要以起始失重温度和最大失重温度表征。试验将已固化完全的涂料以10℃/min的分解速率进行热失重分析试验，可得热重-微商热重（TG-DTG）曲线如图3所示。

从图3涂料 TG-DTG曲线可知，固化后涂料的热解过程中有一个明显的失重速率变化过程，失重百分数为75.14%，起始分解温度为356.68℃，最大分解温度为425.17℃，固化物在初期的失重是共聚产物的热分解，环氧基团含量越大，共聚产物形成得越完善，分解温度越高。涂料表现出良好的热稳定性，可以作为耐热性涂料使用。

2.5 涂料玻璃化转变温度的分析

聚合物的玻璃化转变温度Tg是非晶体聚合物从橡胶态向玻璃态转变的温度。涂料一般是在玻璃化温度以上使用的，所以玻璃化温度对于涂料来说是一个非常重要的参数。涂料在玻璃态具有所要求的各种理学和理化性能，超过这个温度，涂层将处于高弹态，材料的性能被破坏，从而会影响整机的安全和使用寿命，所以，涂料玻璃化转变温度的测定与分析是其热性能研究的一项重要内容。

图4是涂料的MDSC图谱，从总热流曲线可以看出没有反应热，说明样品已经固化的很完全，同时也没有任何转变温度。但可逆热流曲线明显地给出了该涂料的玻璃化转变温度为55.24℃，这是调制MDSC将复杂转变分解为更容易理解成分功能的一个体现。

结论

（a）通过TG热重法和MDSC差示扫描量热法的重现性试验可知，利用此两种方法分析涂料测量精度一致性好，可以满足试验分析要求。

（b）涂料在氮气气氛下分解到180℃时失重率为57.75%；固化后涂层最大分解温度为425℃，玻璃化转变温度为55℃，涂料表现出良好的热稳定性。

参考文献

[1]TA Instruments. US Patent 5335993，1994.

[2]刘振海.分析化学手册第八分册：热分析[M].北京：化学工业出版社，1999.

[3]周平华，许乾慰.热分析在高分子材料中的应用[J].上海塑料，2004（1）：36-40.

[4]汪长春，包启宇.丙烯酸酯涂料[M].北京：化学工业出版社，2005.