热重分析（TGA）：评估加氢石油树脂热分解温度的实验室实践

一、实验原理与目的

热重分析（TGA）通过在程序控温环境中测量样品质量随温度的变化，揭示物质的热稳定性、分解过程及成分组成。对于加氢石油树脂，其热分解温度是衡量材料耐热性的关键指标 —— 当温度升高至分子链断裂或官能团分解时，样品质量会显著下降，通过 TGA 曲线可精准定位这一临界温度，为树脂在高温加工（如热熔胶、涂料制备）或耐候性应用中的选型提供数据支撑。

二、实验前准备：仪器与样品处理

仪器与耗材

TGA 仪器：配备温控系统（室温～1000℃）、高精度天平（精度 10⁻⁵g）及惰性气体（氮气或氩气，纯度≥99.99%）供应装置，确保测试环境无氧化干扰。

样品容器：氧化铝或铂金坩埚（耐温性好，避免与样品反应），使用前需在高温（如 800℃）下灼烧 30 分钟去除杂质。

样品制备

加氢石油树脂需研磨成均匀细粉（粒径 < 100μm），避免颗粒过大导致内部传热不均；称取 5~10mg 样品（精确至 0.1mg），平铺于坩埚底部，确保受热面积均匀。

空白实验：同步进行空坩埚测试，用于扣除仪器基线漂移和背景噪声。

三、实验流程：参数设置与操作步骤

测试参数设计

温度范围：从室温开始，以 10℃/min 的升温速率升至 600℃（覆盖加氢石油树脂可能的分解区间）。

气体氛围：全程通入氮气（流量 50~100mL/min），抑制树脂氧化分解，确保热分解仅由温度驱动。

数据采集：每秒记录一次质量变化，分辨率需达到 0.01% 样品质量。

操作步骤

将坩埚放入 TGA 仪器样品仓，密封后先以 10℃/min 升温至 100℃并保持 10 分钟，除去样品表面吸附的水分或低沸点杂质，避免干扰后续分解信号。

待基线稳定后，按设定参数开始程序升温，实时记录热重（TG）曲线和微商热重（DTG）曲线 ——TG 曲线反映质量随温度的累积变化，DTG 曲线（质量变化速率）则用于定位分解速率很快的温度点。

四、数据解读：热分解温度的确定方法

TG 曲线分析

加氢石油树脂的 TG 曲线通常呈现 “平台 - 陡降” 特征：

初始平台期（室温～200℃）：质量基本不变，对应树脂中残留溶剂或小分子助剂的挥发（若有）。

分解起始点（T₁）：当温度升高至分子链开始断裂时，质量开始显著下降，一般定义为质量损失 5% 时的温度（国际标准 ISO 11358 中常用方法）。

分解温度上限值（Tmax）：通过 DTG 曲线的峰值确定，此时树脂分子链大规模断裂，质量损失速率很快。

典型案例参考

氢化 C₉石油树脂的热分解起始温度（T₁）通常在 280~320℃，Tmax 约为 350~380℃；而氢化 C₅石油树脂因分子链更短、支链更少，T₁可能提前至 250~270℃，Tmax 为 320~350℃。若树脂中含有抗氧剂等添加剂，T₁可能延后 50~80℃（如添加受阻酚类抗氧剂时）。

五、影响因素与实验注意事项

关键影响因素

升温速率：速率越快，热滞后效应越明显，T₁和 Tmax 会向高温偏移（如速率从 10℃/min 增至 20℃/min 时，Tmax 可能升高 10~20℃），因此需严格控制升温速率并保持实验重复性。

样品量与堆积密度：样品量过多会导致内部传热不均，分解温度测量值偏低；堆积过密则可能因局部缺氧影响分解机理，建议样品厚度 < 1mm。

注意事项

实验结束后，需待样品仓冷却至室温再取出坩埚，避免高温下空气倒吸导致残留树脂氧化；

若需对比不同批次加氢石油树脂的热稳定性，需同步测试样品的软化点（如环球法）和分子量分布（GPC），因分子链完整性和交联度直接影响热分解行为。

六、拓展应用与实验价值

通过 TGA 数据可进一步计算热分解动力学参数（如活化能 Ea，采用 Coats-Redfern 法），揭示加氢石油树脂在高温加工中的降解机理。例如，当 Ea>150kJ/mol 时，树脂在挤出成型（温度≤220℃）中具有良好的热稳定性；若 Ea<100kJ/mol，则需添加热稳定剂（如有机锡类）以抑制加工过程中的热氧老化。这一实验为树脂在高温场景（如道路标线涂料、电子封装材料）的应用提供了量化依据。

本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/