2.6.4 热重分析

热重分析 (TGA) 是一种热分析技术，可以测量样品在温度和时间变化时的重量（质量）变化。TGA 通常用于确定聚合物的降解温度、残留溶剂水平、吸收的水分含量，以及聚合物或复合材料成分中的无机（不可燃）填料的含量。

        简而言之，在 TGA 中，样品被放置在一个经过去皮的 TGA 样品盘中，该盘与一个灵敏的微量天平装置相连。样品托架部分随后被放入高温炉中。天平装置在室温下测量样品的初始重量，并在加热过程中测量样品重量的变化。TGA 测试可以在受控的升温模式下进行，也可以在恒温状态下进行。

        典型的重量损失曲线可以分析在任意温度下的重量损失或损失百分比，在某个最终温度下的非燃烧残渣的数量或百分比，以及各种样品降解过程的温度。可以使用不同的气氛来研究样品反应。此外，TGA 可以与红外光谱相结合 (TGA/I-, I IR)，以识别挥发气体。

TGA 的典型应用包括：

• 重量损失/增益；

• 干燥速率；

• 与气氛的反应性；

• 氧化降解；

• 反应动力学；

• 挥发分析；

• 化合物成分；

• 稳定剂的有效性。

  

  图2.66 两种硅橡胶的TGA扫描曲线

        图 2.66 展示了 TGA 的一个例子，其中包含两条硅橡胶的 TGA 扫描曲线。第一条是未填充硅橡胶的扫描曲线，第二条是含 40 pph 炭黑的硅橡胶扫描曲线。图中显示，高填充硅橡胶在比未填充硅橡胶更高的温度开始降解。

2.6.5 拉曼光谱分析

        拉曼光谱是一种用于研究材料系统中的振动、旋转和其他低频模式的光谱技术。它依赖于单色光的非弹性散射，或拉曼散射，通常来自可见光、近红外或近紫外范围内的激光。系统中的声子或其他激发可以被激光吸收或释放，从而导致激光光子的能量上升或下降。能量的变化提供了有关系统中声子模式的信息。红外光谱也提供了类似但互补的信息。当光从分子上散射时，大部分光子是弹性散射的，散射光子具有与入射光子相同的能量（频率）和波长。然而，只有一小部分光子（大约 107 个光子中有 1 个）在光学频率上散射，这通常低于入射光子的频率。这种导致非弹性散射的过程被称为拉曼效应。拉曼散射可能发生在分子的振动、旋转或电子能量改变的情况下。聚合物化学家主要关注振动拉曼效应。在本文中，我们将仅将拉曼效应一词用于指代振动拉曼效应。入射光子与拉曼散射光子之间的能量差等于散射分子的振动能量。散射光的强度与能量差的关系图称为拉曼光谱。

        在拉曼光谱学中，激光束用于照射待研究样品上的一个点。拉曼效应产生的散射辐射包含有关分子振动和旋转的能量的信息，这些信息取决于构成分子的特定原子或离子、连接它们的化学键、它们的分子结构对称性以及它们所在的物理化学环境。通常情况下，样品被激光束照射，来自照射点的光由透镜收集并通过单色仪传输。靠近激光线的波长（由于弹性瑞利散射）会被过滤掉，而在远离激光线的某个光谱窗口内的光会分散到探测器上。自发拉曼散射通常非常微弱，因此拉曼光谱学的主要困难在于将弱的非弹性散射光与强烈的瑞利散射激光光分开。拉曼光谱仪通常使用全息衍射光栅和多个色散阶段，以实现高程度的激光过滤。光子计数光电倍增管 (PMT) 或更常用的 CCD 摄像机用于检测拉曼散射光。

        拉曼光谱学常用于聚合物，因为振动信息对分子中的化学键非常具体。因此，它提供了一种指纹，通过这种指纹可以识别分子。