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绝热加速量热仪测定空气中易变质样品的自分解反应过程

发表时间:2022-03-16  |  点击率:450

本期预览

     本文使用TAC-500A绝热加速量热仪,并通过一种特殊的装样方式,研究了在空气中极易吸湿水解的氨基钛类物质处于氮气保护下的热分解反应过程,并与空气气氛实验进行了对比。实验结果表明,上述方法可有效规避制样及装样过程中样品变性的问题,获得更真实的物质热分解数据。



前言


绝热加速量热仪(ARC)、差式扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)等典型热分析仪器已被广泛应用于研究化学品热引发自分解反应过程,获得分解热以及分解动力学数据。但这些仪器都面临同样一个特殊应用场景的挑战:对于暴露于空气中容易发生吸湿反应(如金属有机络合物、丙烯酸酯类等物质)或氧化变质(如锂电池正负极材料、酚类物质等)的样品,除非将仪器和辅助设备整体放置于手套箱中,否则在制样和装样过程中难以严格避免样品接触空气,样品部分变性将导致测试结果的准确性和有效性下降。


本文充分利用杭州仰仪科技TAC-500A型绝热加速量热仪的仪器结构,通过设计一种特殊的装样方式,研究了极易吸湿水解的某氨基钛类物质分别在氮气与空气气氛下的热分解过程。通过比较两种工况下热分解曲线,证明惰性气体气氛下样品具有更低的初始分解温度以及更高的放热速率和分解热,而空气氛围下样品的分解放热特征明显减弱。结果表明,该方法可以有效隔绝空气对样品的干扰,可为这类特殊样品的自分解特性研究提供一条严谨、有效的途径。



实验部分


1.样品准备
样品:氨基钛类试剂


2.实验条件

实验仪器:杭州仰仪科技有限公司TAC-500A绝热加速量热仪

温度控制模式:HWS模式

样品池类型:哈氏合金

启动区间温度:50℃

目标温度:450

台阶升温速率:5/min

台阶升温步长:10

温升检测阈值:0.02


3.实验结果


3.1 氮气气氛实验

(1) 称量0.6g样品,装入量热弹内。在量热弹进样口处放置截压管,随后与接头组焊连接,组件拧紧后截压管可将量热弹完全密封。整个制样过程在氮气手套箱内完成;

(2) 将热电偶插入量热弹的盲孔内,随后将接头组焊从炉盖底部穿过陶瓷纤维保温层;

(3) 将接头组焊与四通阀连接,关闭仪器上盖,设置实验参数后开始实验。


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3.2 空气气氛实验

在手套箱外按照常规方式装样,样品量为0.6g。



实验结果



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图1 (a)氮气和(b)空气气氛下样品温度随时间变化曲线


如图1所示,氮气气氛下,样品能够被检测到3个放热区间,而空气气氛下仅能检测到2个放热区间。同时可以观察到对应区间内,氮气氛围下样品放热峰更为明显。说明部分样品可能已经在空气环境中吸湿变性。


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图2 (a)氮气和(b)空气气氛下样品温升速率-温度曲线


绝热温升区间内样品的温升速率-温度曲线如图2所示。可以发现,氮气气氛下样品的最大温升速率达到0.7/min,而空气气氛不超过0.3℃/min,这可能是由于样品部分变性导致反应物减少,样品自分解反应速率下降。

两种工况下样品的自放热起始温度(Tonset)和绝热温升(ΔTad)数据如表1所示。可以看出,在第2和第3个放热阶段,两组实验样品的Tonset温度具有较高一致性,但空气氛围中ΔTad显著下降,说明在这两个阶段两个样品仍然发生相同的自分解反应,但由于空气组实验样品变性的原因,参与分解反应的物质含量下降。


表1氮气和空气气氛样品绝热数据对比

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实验结论



通过本实验测试结果,确认利用TAC-500A绝热加速量热仪可有效测定空气中易变性样品的自分解放热特性。本文描述的方法可解决常规热分析仪器针对该类型样品测试存在的数据准确性和严谨性缺陷。