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              絕熱加速量熱儀測定空氣中易變質樣品的自分解反應過程

              • 發布時間:2022-07-14
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              前言

              絕熱加速量熱儀(ARC)、差式掃描量熱儀(DSC)和熱重分析儀(TG)等典型熱分析儀器已被廣泛應用于研究化學品熱引發自分解反應過程,獲得分解熱以及分解動力學數據。但這些儀器都面臨同樣一個特殊應用場景的挑戰:對于暴露于空氣中容易發生吸濕反應(如金屬有機絡合物、丙烯酸酯類等物質)或氧化變質(如鋰電池正負極材料、酚類物質等)的樣品,除非將儀器和輔助設備整體放置于手套箱中,否則在制樣和裝樣過程中難以嚴格避免樣品接觸空氣,樣品部分變性將導致測試結果的準確性和有效性下降。

              本文充分利用杭州仰儀科技TAC-500A型絕熱加速量熱儀的儀器結構,通過設計一種特殊的裝樣方式,研究了極易吸濕水解的某氨基鈦類物質分別在氮氣與空氣氣氛下的熱分解過程。通過比較兩種工況下熱分解曲線,證明惰性氣體氣氛下樣品具有更低的初始分解溫度以及更高的放熱速率和分解熱,而空氣氛圍下樣品的分解放熱特征明顯減弱。結果表明,該方法可以有效隔絕空氣對樣品的干擾,可為這類特殊樣品的自分解特性研究提供一條嚴謹、有效的途徑。


              實驗部分

              1、樣品準備

              樣品:氨基鈦類試劑

              2、實驗條件

              實驗儀器:杭州仰儀科技有限公司TAC-500A絕熱加速量熱儀

              溫度控制模式:HWS模式

              樣品池類型:哈氏合金

              啟動區間溫度:50℃

              目標溫度:450℃

              臺階升溫速率:5℃/min

              臺階升溫步長:10℃

              溫升檢測閾值:0.02℃

              3.實驗結果

              3.1 氮氣氣氛實驗

              (1) 稱量0.6g樣品,裝入量熱彈內。在量熱彈進樣口處放置截壓管,隨后與接頭組焊連接,組件擰緊后截壓管可將量熱彈完全密封。整個制樣過程在氮氣手套箱內完成;

              (2) 將熱電偶插入量熱彈的盲孔內,隨后將接頭組焊從爐蓋底部穿過陶瓷纖維保溫層;

              (3) 將接頭組焊與四通閥連接,關閉儀器上蓋,設置實驗參數后開始實驗。




              3.2 空氣氣氛實驗

              在手套箱外按照常規方式裝樣,樣品量為0.6g。


              實驗結果


              圖1 (a)氮氣和(b)空氣氣氛下樣品溫度隨時間變化曲線


              如圖1所示,氮氣氣氛下,樣品能夠被檢測到3個放熱區間,而空氣氣氛下僅能檢測到2個放熱區間。同時可以觀察到對應區間內,氮氣氛圍下樣品放熱峰更為明顯。說明部分樣品可能已經在空氣環境中吸濕變性。

              圖2 (a)氮氣和(b)空氣氣氛下樣品溫升速率-溫度曲線


              絕熱溫升區間內樣品的溫升速率-溫度曲線如圖2所示??梢园l現,氮氣氣氛下樣品的最大溫升速率達到0.7℃/min,而空氣氣氛不超過0.3℃/min,這可能是由于樣品部分變性導致反應物減少,樣品自分解反應速率下降。

              兩種工況下樣品的自放熱起始溫度(Tonset)和絕熱溫升(ΔTad)數據如表1所示??梢钥闯?,在第2和第3個放熱階段,兩組實驗樣品的Tonset溫度具有較高一致性,但空氣氛圍中ΔTad顯著下降,說明在這兩個階段兩個樣品仍然發生相同的自分解反應,但由于空氣組實驗樣品變性的原因,參與分解反應的物質含量下降。


              表1氮氣和空氣氣氛樣品絕熱數據對比