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熱分析儀在各行業(yè)的主要應(yīng)用

  熱分析儀作為一種科學(xué)的實(shí)驗(yàn)儀器，在無(wú)機(jī)、有機(jī)、化工、冶金、醫(yī)藥、食品、塑料、橡膠、能源、建筑、生物及空間技術(shù)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。它的核心就是研究物質(zhì)在受熱或冷卻時(shí)產(chǎn)生的物理和化學(xué)的變遷速率和溫度以及所涉及的能量和質(zhì)量變化。以下簡(jiǎn)單介紹熱分析技術(shù)在一些行業(yè)的應(yīng)用。

　　一、熱分析儀對(duì)塑料行業(yè)熱穩(wěn)定性（氧化誘導(dǎo)期）的測(cè)定

　　塑料是中國(guó)四大基礎(chǔ)建材之一。我國(guó)是塑料制品的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。塑料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和日常生活中得到了廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)空間十分廣闊，尤其是電子電器、交通運(yùn)輸及建筑業(yè)的發(fā)展對(duì)塑料零部件和各種制品提出越來(lái)越高的要求，迫使塑料的產(chǎn)業(yè)升級(jí)和產(chǎn)品的更新?lián)Q代，塑料實(shí)現(xiàn)高價(jià)比、節(jié)能、環(huán)保及使用安全。因此，塑料行業(yè)作為朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，仍有很大的發(fā)展空間。

　　需要特別關(guān)注的是，塑料材料在貯存、加工和日常使用中受光、熱和氧氣等的作用，極易引起高分子材料的老化反應(yīng)，使材料的物理機(jī)械性能變壞，縮短使用壽命。因此在塑料的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和性能測(cè)試中正確評(píng)價(jià)抗氧劑添加的效果具有重要的意義。而氧化誘導(dǎo)時(shí)間和氧化誘導(dǎo)溫度本身可作為高聚物熱氧化穩(wěn)定性的一種度量，近年來(lái)廣泛被采用。隨著測(cè)試技術(shù)和測(cè)試儀器的發(fā)展，采用差示掃描量熱法(DSC)測(cè)定材料氧化誘導(dǎo)時(shí)間和氧化誘導(dǎo)溫度已成為評(píng)價(jià)塑料熱穩(wěn)定性的重要方法。

　　熱分析測(cè)定聚合物的氧化誘導(dǎo)時(shí)間和氧化誘導(dǎo)溫度是加速老化實(shí)驗(yàn)之一。采用差示掃描量熱法（DSC）可以方便快捷地測(cè)量塑料原料的氧化誘導(dǎo)時(shí)間和溫度。將塑料試樣與惰性參比物置于差熱分析儀中，在氧氣或空氣氣氛中，在規(guī)定的溫度下恒溫或以恒定的速率升溫時(shí)，測(cè)定試樣中的抗氧化穩(wěn)定體系抑制其氧化所需的時(shí)間或溫度。氧化誘導(dǎo)時(shí)間或溫度是評(píng)價(jià)被測(cè)材料熱穩(wěn)定性的一種手段。

　　二、熱分析儀在熱固性樹(shù)脂固化度測(cè)試方面的應(yīng)用

　　熱固性樹(shù)脂，是指樹(shù)脂加熱后產(chǎn)生化學(xué)變化，逐漸硬化成型，再受熱也不軟化，也不能溶解的一種樹(shù)脂。常見(jiàn)的熱固性樹(shù)脂有酚醛、環(huán)氧、氨基、不飽和聚酯以及硅醚樹(shù)脂等。其中環(huán)氧粉末涂料是熱固性聚合物材料重要的一類(lèi)，由于它具有良好的粘接性能，介電性能和化學(xué)穩(wěn)定性，所以被廣泛應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。

　　固化反應(yīng)是指在適當(dāng)?shù)臏囟认颅h(huán)氧官能基與硬化劑作用產(chǎn)生鏈結(jié)反應(yīng)。固化度是熱固性聚合物材料一個(gè)很重要的參數(shù)，固化反應(yīng)一般都是放熱反應(yīng).放熱的多少與樹(shù)脂官能度的類(lèi)型、參加反應(yīng)的官能團(tuán)的數(shù)量、固化劑的種類(lèi)及其用量等有關(guān).但是對(duì)于一個(gè)配方確定的樹(shù)脂體系，固化反應(yīng)熱是一定的，因此用DSC可以很方便地進(jìn)行固化度的測(cè)定。

　　三、熱分析在淀粉類(lèi)食品行業(yè)的應(yīng)用

　　淀粉類(lèi)食品包括小米、黑米、蕎麥、燕麥、薏仁米、高粱、土豆、山藥、薯類(lèi)等。淀粉是葡萄糖的高聚體，水解到二糖階段為麥芽糖，*水解后得到葡萄糖。天然淀粉有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩類(lèi)構(gòu)成，直鏈淀粉含幾百個(gè)葡萄糖單元，支鏈淀粉含幾千個(gè)葡萄糖單元。為了深入了解淀粉類(lèi)食品的化學(xué)性能，熱分析技術(shù)在其研究、探討過(guò)程中被廣泛使用。

　　DSC法可用于研究淀粉結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，特別是熱力學(xué)性質(zhì)的測(cè)定?？山Y(jié)合物化方法分析淀粉、淀粉混合物體系的熔融性和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，利用DSC是測(cè)定淀粉糊化和回生的經(jīng)典方法。采用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法測(cè)定一定糊化程度的淀粉與DSC峰面積的關(guān)系，再根據(jù)未知樣品的峰面積計(jì)算糊化度；根據(jù)淀粉重結(jié)晶分子大小與DSC峰面積大小的關(guān)系，可確定淀粉的回生程度。而且在糊化和老化相變的過(guò)程中，伴隨著能量的變化，可以利用DSC法進(jìn)行測(cè)量。

　　四、熱重分析（TGA）在聚烯烴管材炭黑含量測(cè)試上的應(yīng)用

　　聚烯烴材料是指以由一種或幾種烯烴聚合或共聚制得的聚合物為基材的材料。聚烯烴塑料即烯烴的聚合物，是一類(lèi)產(chǎn)量zui大、應(yīng)用zui多的高分子材料；其中以聚乙烯、聚丙烯zui為重要。由于原料豐富、價(jià)格低廉、容易加工成型、綜合性能優(yōu)良等特點(diǎn)，在現(xiàn)實(shí)生活中應(yīng)用z為廣泛。

　　近年來(lái)，聚乙烯管材已成為繼PVC之后，世界消費(fèi)量第二大的塑料管道品種，廣泛應(yīng)用于給水、農(nóng)業(yè)灌溉、燃?xì)廨斔汀⑴盼?、油田、化工、通訊等領(lǐng)域。無(wú)添加劑的聚乙烯耐氣候老化和日光曝曬性能很差，因而實(shí)際使用時(shí)都會(huì)添加炭黑。炭黑能使材料具有足夠的抗紫外老化能力，當(dāng)炭黑含量為2.0%～3.0%時(shí)可確保有效地防止紫外線(xiàn)的影響。由于炭黑含量大小對(duì)聚乙烯管材具有重要的影響，許多標(biāo)準(zhǔn)都對(duì)聚乙烯中的炭黑含量作了規(guī)定，為了研發(fā)生產(chǎn)和銷(xiāo)售的目的，炭黑含量是聚乙烯管材必須進(jìn)行檢測(cè)的指標(biāo)。目前管道用塑料中炭黑含量的測(cè)試方法，以熱重分析儀測(cè)試為現(xiàn)在常用的熱分析方法，用來(lái)測(cè)量高聚物的成分極為方便、準(zhǔn)確、，熱重分析儀也可以用于測(cè)定硫化橡膠中的炭黑含量。

　　需要注意的是，熱重分析法操作方便、快捷，結(jié)果直觀，但是由于所用樣品量小，測(cè)試結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，測(cè)試中容易出現(xiàn)異常值，應(yīng)該從多個(gè)顆粒上取樣，盡可能增加樣品量，測(cè)試次數(shù)至少2次，當(dāng)出現(xiàn)兩次偏差較大時(shí)，增加測(cè)試次數(shù)。