建筑材料中热重分析检测方案

热重和红外联用分析现代建筑材料 象面砖粘合剂这样的现代建筑材料不仅由传统组分如水泥及其添加物砂子、石灰等组成，而且还含有分散状态的聚合物。这些聚合物添加剂为建筑材料提供了所要求的性能如弹性、粘合力、防冻等。这样的复合配方要求在生产过程中进行一定数量的质量控制。而且，不断增强的竞争迫使进一步开发具竞争力的新产品。 除了传统的机械和化学试验外，包括基本的热重分析在内的热分析已经得到了十分重要的应用。热分析法的长处在于只需极短时间、不用任何化学品就能获得被测试的混合物的“指纹”。“指纹”存在于重量随温度而变的实验曲线的形状中。单组分的重量百分数可由计算机得到。在下例中，重量在300C到500C范围内对应于聚合物分数即含量的分解而降低。由550C到750C之间的失重率，可计算出碳酸钙中失去的二氧化碳的含量。热重分析本身提供的定量成分信息，一般是组分信息；混合物中各个聚合物通常难以被分离，这一涉及物质定性的问题尚未解决，对此需要外加的信息和与已知体系的曲线的对比。不过降解过程中释放的气体的性质能够推断相应的物质，这也就能对组分作定性分析。 下面是一个改性面砖粘合剂的热重分析和对相应分解气体作联合红外分析的实例。 图1：面砖粘合剂的TGA和FTIR曲线 热重分析仪TGA/SDTA851e通过一根内层涂有玻璃涂层的电热铜质输送管与一台傅里叶红外光谱（FTIR）分析仪连接。样品气体由载气（约100ml/min的氮气）输送到红外分析仪光路中的以KBr为窗口的热玻璃池中。两台仪器的测试由电控制完全同步，这样与时间有关的函数如化学谱和Gram Schmidt曲线能与TG曲线的实际时间结合起来。FTIR分析仪的数据由它自己的软件储存在JCAMP格式中，然后可被读入STARe软件。 图1中最上面的是温度范围为25C至1000C、升温速率为20Kmin的热重实验曲线。图中可见几个台阶般的失重，部分由于含结晶水的盐失去水份引起，部分由于聚合物的分解和碳酸盐失去二氧化碳引起。时间微分曲线（DTG曲线）进一步说明了这些过程，它是重量变化速率的量度。此外在红外图谱中记录了几个时间函数，Gram-Schmidt谱显示了在整个波长范围内图谱的积分变化。气体组成发生剧烈变化过程的温度和时间区域因此而可被确定；从DTG曲线上很容易看出样品的重量变化。在非常严格的波长范围内，例如在出现分解气体的典型的吸收带的波长内，化学谱提供了类似的信息；这样，能够在测试中显示特殊物质的出现。本例所显示的2765至2746cm-1和1817至1753cm-1之间的化学谱，前者代表了a，b-不饱和醛的典型吸收带，后者为酮或酯的羰基吸收带。 测试时储存的红外图谱可与数据库中的气相物质红外图谱进行对照。以31分钟后（第一个重要的重量变化步阶）测试的红外图谱为例，发现是2-丁基巴豆醛；测得的图谱和数据库中的图谱见图2。用相同的方法由其他图谱得到了以下的化合物或化合物类：42分钟：乙酸；50分钟：丙酮；59分钟：烃类混合物（包括甲烷）；115分钟：二氧化硫。最后两个气体可能产生于含碳酸盐和硫酸盐的添加剂。当然上述测定的作用是有限制的，其“命中率”一方面取决于图谱数据库的大小，另一方面取决于所输送出的气体的均一性。尽管在其他气体中的伴随性气体如水蒸气或CO2可以由软件从图谱中除去，但是它们对于对照最适合的化合物图谱还是有不利的影响。根据由这个方法发现的片段，可将样品母体中的该物质的结构复原，而它们的含量能从TG失重中算出。 图2：31分钟后FTIR谱 梅特勒-托利多热分析应用