Дериватографический анализ наполнителей

Лабораторная  работа №1

Дериватографический анализ наполнителей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис1.1 Конструкция дериватографа

1.           Тигель для образца.                                       1.Штампованный образец

2.           Тигель для инертного материала                 2.Штампованный инертный материал

3.                                                         Фарфоровая трубка

4.                                                                 Термопары

5.                                                          Электрические печи

6.           Свободный от крутки отвод тока.               6.Безторсионные выводные проволоки

7.                                                                       Весы

8.                                                                    Катушка

9.                                                                     Магнит

10.                                                        ДТГ-гальвано-метр

11.                                                         Т-гальванометр

12.                                                       ДТА-гальвано-метр

13.                                                                 Лампы

14.                                                          Оптическая щель

15.       Фоторегистриру-ющий  валик                        15. Регистрирующий барабан

16.                                                                Фотобумага

17.                                                                                 17.   Кварцевой пруток.

 

Методика расшифровки дериватограмм

На рис. 1.2 приведена дериватограмма каолинита, глуховецкого, состоящая из двух частей - верхней и нижней. В верхней части дериватограммы расположены кривые Т, ДТГ и ДТА. По оси ординат дана шкала температур от 0 до 1000 °С Через каждые 100⁰ С параллельно оси абсцисс проведены контурные, через каждые 20 °С - пунктирные линии. Деления; температурной шкалы неравномерные. По оси абсцисс дается время проведения анализа. В нижней части дериватограмм, расположена суммарная кривая потери массы ТГ. По оси ординат в равномерной шкале дается координата потери массы в миллиграммах. По оси абсцисс можно расположить координату времени, шкала времени равномерная.

Рис. 1.2. Дериватограмма каолинита глуховецкого:

I - простая кривая нагревания Т; 2 - дифференциальная кривая потери массы ДТГ; 3 •- дифференциальная кривая нагревания ДТА 4 - суммарная кривая потери массы, ТГ

 

Поскольку кривые ДТГ и ДТА имеют  неравномерную шкалу температур, их необходимо перестроить как изображено на Рис. 1.3. По оси абсцисс отроят шкалу температур в масштабе, по оси ординат откладывают ин-теноявнооть термопиков. На рис. 1.3 переносят наиболее характерные точки кривой ДТГ (ДТА) - точки перегибов кривой. Для удобства построения в качестве базисной (см. рис. 1.2) принимаем линию, соответствую- щую темпёратура 800 °С, на рис. 1.3 - линию АБ . Для точек а-, б , в,г, д (рис 1.2) определяют ординату (отклонение от базисной ли-нйи) и абсциссу - температуру. Ордината измеряется линейкой, для конкретного случая она соответственно равна: I, 2, 15, 3, I мм. Для определения температуры через указанные точки проводят прямые, параллельные оси ординат, до пересечения о кривой I (рис._1_.2). Получают точки a, b,в',г ,д, которые соответствуют температурам 100, 500, 590, 685 и 850 "С. По полученным координатам отроят точки а, б,в,г,д на рис. 1.3, соединяют их и получают кривую ДГГ (рис.1,3, кривая 2).

Рис. 1.3. Пример, перестройки кривых ДТГ, ДГА и ТГ каолинита глуховецкого: I - кривая ДТА; 2 - кривая ДТГ; 3 - кривая ТГ

Аналогично  отроят кривую ДГА на том, же графике. В данном случае за базисную линию (рис. 1.2) удобно принять контурную линию, соответствующую температуре 200°С и линию ВГ на рис. 1.3. Выделяют на Кривой ДТА (рис.1.2) характерные точки - е,ж,и,к,л,м,н,п,р. Аналогично описанному определяют для них ординату (отклонение от базисной линии) и абсциссу (температуру). Ординаты характерных точек равны соответственно 2, 3,8, 0, 10, 4, 4, 15, 4 мм; температуры указанных точек соответственно равны 25, 240, 400, 540, 590, 665,'930, 985 и 1000 °С. Строят данные точки на рис. 1.3, соединяют их и полу-  чают кривую ДТА (рис. 1.3, кривая I

Кривую ТГ необходимо построить  в координатах потеря массы в  процентах - температура в градусах Цельсия. Ее удобно расположить на том же рисунке, использовав уже существующую ось абсцисс. Ось ординат -проводят вниз от оси абсцисс (кривую ТГ можно построить и на отдельном рисунке).

Как видно из рис. 1.6, нижняя часть  дериватограммы по оси ординат разделена  на 200 малых делений. Масштаб этой шкалы указан в верхней части дериватограммы ТГ 200. Это означает, что вся шкала ординат имеет масштаб 200 мг. Следовательно, цена одного малого деления составляет 1 мг. Масса исходной невески материала также указывается в верхней части дериватограммы и составляет 0,487 г. По кривой ТГ (рис. 1.2) определяют суммарные потери массы в миллиграммах (они составляют 73 иг). Из простого соотношения рассчитывают суммарные потери массы:

•  0..О73*100/0,487 =15%.

Таким образом, можно выбрать требуемый  масштаб потерь массы на оси ординат.

Выделяют наиболее характерные точки на кривой ТГ (рис. 1.2) -О ,c,m,у,ф,х. Для каждой из указанных точек определяют потери массы в процентах и температуру. При определении потерь масси в_процентах удобно установить коэффициент перевода потерь массы из миллиграммов в проценты (определить в процентах долю потерь, равную I мг). Для этого достаточно разделить общие потери массы в процентах на общие потери массы в миллиграммах: 15 : 73 = 0,2% (I мг потерь составляет 0,2%).

В дальнейшем определяют потери в  миллиграммах для каждой точки и  умножают их на 0,2%. Для точек с ,т, у, ф ,х  получим потери массы: 8 мг.0,2% = 1,6%;35 мг*0,2% = 7%; 60 мг*0,2% = 12%; 69 мг.0,2% = I3,8%; 72 мг.*0,2% = 14,4%. Температуры в характерных точках опреде- • ляют аналогично изложенному. На рис. 1.2 это показано на примере точки С. Из точки С проводим прямую, параллельную оси ординат, до пересечения о кривой I. Температуры в указанных точках равны соответственно 20, 470, 570, 620, 700 и 820 0С. Данные точки строят на рис. 1.3, соединяют и получают кривую ТГ (см. рио. 1.3, кривая 3).

Исследование кривой ТГ завершают  сравнением практических потерь массы  исследуемого вещества о теоретическими. Теоретические потери . массы расчитывают  исходя из реакции дегидратации каолинита:

 

Al₂ O_{3 *}2 SiO ₂ *2H₂ O = Al₂ O_{3 *}2 SiO ₂ + 2H₂ O

 

относительные молекулярные: маосы  каолинита — 248, двух молекул воды -36. Следовательно, теоретические потери составляют:

 

36*100/248 = 15%.

 

Если практические потери не соответствуют теоретическим, необходимо объяснить такое расхождение.                                                                                                                                                                                                                                                                                                           Расшифровку неизвестного вещества осуществляют о помощью ухе известных, ранее исследованных и описанных в литературе данных темпера- . тур превращений для индивидуальных веществ. С этой целью по кривым ДТА и ДТГ устанавливают температурные интервалы протекания физико-химических' процессов и записывают эти значения в протоколы лабораторных '  работ. Полученные данные сравнивают о литературными. Термические эффекты ряда силикатных материалов приведены в табл. 1.1.

В рассматриваемом примере на кривой ДТА наблюдаем два эффекта: эндо- и экзотермический. Определяем температурные интервалы этих термоэффектов. Поскольку эндоэффект сопровождается потерей массы (см. рис. 1,2, кривая 2), его температурный интервал определяем по кривой ДГГ. Начало термоэффекта характеризуется точкой б, конец - точкой г, максимальная скорость протекания данного процесса - точкой в .Температуры в «тих точках равны соответственно 500, 685 и 590 °С. Процесс, характеризующийся экзопиком, не сопровождается потерей массы, поэтому его температурный интервал определяем по кривой ДТА. Начало экзопика характеризуется точкой Н - 930 °С, конец - точкой р -1000 °С, максимальная скорость протекания - точкой n - 985 0C

 Зная, что исследуемая термограмма принадлежит каолиниту, легко .находим в табл. 1.1 расшифровку тех процессов, которые протекают при его нагревании. Эндоэффект в интервале температур 500...685 °С обусловлен дегидратацией каолинита с потерей воды, выделяющейся при разложений каолинита. Экзоэффект в интервале температур 930...1000 °С характёризует кристаллизацию аморфных продуктов и образование муллита.

В некоторых случаях о помощью  термического анализа не удается  надежно установить природу термического эффекта и Целесообразно воспользоваться дополнительно другими методами анализа - рентгенофазовым, электронной микроскопией, спектроскопией и др. При этом пробы исследуемого вещества предварительно нагревают до температуры начала про-текания процесса, максимальной скорости протекания процесса, окончания процесса, после чего охлаждают и исследуют указанными методами. Более совершенным является проведение рентгеновского анализа в процессе нагревания образца, без его охлаждения. Существенную помощь при идентификации термических эффектов оказывает определение изменения линейных размеров образцов, их плотности, электрической проводимости,  , магнитных свойств в результате протекания данной реакции.

. Перечень вопросов для коллоквиума

I. Виды термического анализа. Краткая характеристика каждого из них.

2. Виды физических и химических  процессов, сопровождающихся эндо-и экзотермическими эффектами. Характеристики эффектов.

3. Характеристики термических зффектов  и методы их определения.

4. Способы подготовки образцов и их влияние на результаты дифференциально-термического анализа.

5. Выбор эталона, требования  к нему.

6. Градуировка термопар при проведении  ДТА. 

7, Сущность и разновидности метода термогравиметрического (ТГ).

8. Дифференциальная термогравиметрия (ДГГ).

9. Расчет энергии активации по  кривой ДТА..

10. Расчет энергии активации  по кривой ТТ.-

11. Расчет энергии- активации  по кривой ДТГ«

12. Особенности изготовления держателей  образцов (блоков и тиглей) для  ДТА. Их влияние на характеристики термических эффектов.

13. Характеристика нагревательных  печей и охлаждающих установок  применяемых в ДТА. Среда и  давление в объеме печи.

14.Термопары и терморегуляторы,  применяемые в ДТА.

15. Характеристика регистрирующих  приборов, применяемых в ДТА. Методы регистрации физико-химических процессов.

16. Влияние массы навески и  скорости нагревания образцов  на ре-зультаты ДТА.

17. Влияние размеров частиц, степени уплотнения и закристаллизо-вамнооти частиц на характер кривых ДТА

18. Влияние способа установки  термопар и вида держателей образцов на результаты ДТА.