文档介绍：德国耐驰仪器制造有限公司热分析应用文集
酚醛树脂的固化与分解研究(热分析联用技术和气体分析)
Anton Schranner, Stephan Knappe
NETZSCH-Gerätebau GmbH, Selb/Germany
编译:张红曾智强
耐驰仪器(上海)有限公司
引言
酚醛树脂是一类应用极其广泛的热固性材料。由于该材料的使用温度范围较宽,我们有必要对它在整个固化、使用温度
范围中的热稳定性进行全面的探讨。通常研究固化反应的手段包括差示扫描量热法(DSC)、介电固化监测法(DEA)等,
但是酚醛树脂的固化反应生成了可挥发的产物(水、氨),因此热重分析(TG)也是一种有效的方法。热重分析的另一优势
在于可以精确地测量材料的热稳定性,例如分解温度等。更进一步,我们将热重分析仪和傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)
相连接,则可以更准确地探讨酚醛树脂的固化及热分解反应。
测量原理
▪应用领域: 物质鉴定、质量控制和失效分析
▪研究目的: 使用 TG-FTIR 检测未固化酚醛树脂缩聚反应和分解过程
▪仪器: TG 209 C Iris-FTIR VECTOR 22
▪样品: 酚醛树脂(粉末)
实验条件
▪样品质量:
▪坩埚: Al2O3(敞口)
▪气氛: N2(15ml/min),常压
▪温度范围: 30~850℃
▪升温速率: 10K/min
▪ FTIR: 光谱分辨率 4cm-1,时间分辨率 19s
结果与讨论
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图一未固化酚醛树脂的 TG 曲线。失重信号和失重速率
图一显示的是未固化酚醛树脂的热重实验曲线,温度范围从室温到 850℃。为了更好的分析酚醛树脂的热重曲线,我们
将热重曲线分为两个部分:固化部分(室温到 320℃)和分解部分(320℃~850℃)。
图二中的计算热流曲线(c-DTA)清楚的表明在 148℃有一放热峰,这是酚醛树脂固化反应产生的放热效应。常规的
DSC 实验可以证明酚醛树脂在密闭的高压坩埚中会以三步反应模式进行固化,而在敞口的坩埚中只会发生一步固化反应。
结合 c-DTA 的信息和热重曲线上的失重台阶,我们可以得到正如我们所预期的结论:酚醛树脂固化反应是一个缩聚反应。
第一个失重台阶,失重 %,最大失重速率在 69℃(DTG 峰值)是因为水分的挥发。固化反应过程中又产生两个失
重台阶,失重量分别是 %(DTG 峰值 159℃)和 %(DTG 峰值 209℃)。
图二,未固化酚醛树脂的 TG 曲线。失重信号(黑色曲线)和失重速率,计算型热流曲线(C-DTA)显示放热反应(缩聚
反应)发生在 148℃处.
同步 FTIR 实验测试分别记录了 162℃和 210℃的挥发物情况(图三)。两条曲线大致相同,只是峰的强度有所不同。
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根据红外数据库谱图确定挥发物