探讨热分析技术在高分子材料中的应用研究

时间：2024-04-25

宋晓聪

天津恒宇医疗科技有限公司天津 300300

按照是否有人工参与，高分子材料可以分为天然高分子材料和人工合成两种类型，但它们都是一种以高分子化合物为基础同时相对分子质量较大的材料，天然高分子材料多为自然生命体。人工合成的高分子材料如橡胶、塑料等生产成本较低且具有较为稳定的结构，逐渐适应了现代社会的发展，甚至可以说是人们日常生活不可或缺的部分。在所有高分子材料进入市场之前，其耐热性、抗压性等都需要经过检测，热分析技术就是用于评价物质性能的新型技术，高分子材料只有审核合格后才能大规模生产应用[1]。

1 热分析技术及其相关原理

热分析技术这个概念诞生于上世纪七十年代，之后相关技术逐渐扩散到各地。热分析技术主要利用了外界温度与物质本身性质之间的关系，是一种新型技术。其借助相关程序通过改变物质表面或内在温度，促使物质发生相应的物理变化以及化学变化，从而达到有效利用的目标。热分析技术操作灵活，检测结果的准确度高，既可以对物质的多种特性直接进行分析检测，同时能将对象的不同测量指标细化，具备一定的技术优势。

用于衡量物质特性的热分析技术，通常情况下是将测试材料置于检测设备的容器中，最终确定材料与温度改变的关系。测量的指标包括材料的电光学特性、结构稳定性以及声音方面的特点等。作为一种高效率的分析手段，近现代工业化生产中应用最为频繁的热分析技术主要有三种，即差热分析技术、热机械分析技术以及热重分析技术，都可以用于确定物质的性质，从而为材料后续的使用创造可能性。除此之外还有如差示扫描量热法等。热分析技术在高分子材料的研究中也有了大范围应用，像塑料制品就是高分子化合物的成品，是由热分析技术分析目前物质构成和基本特性，借助相关仪器设备进一步改变原本材料的组成、熔化温度等，经过重新改造而形成的新材料，能从各个层面满足人们的生活需求。目前的热分析技术或多或少存在不足，但在以后的生产生活中必定会逐渐完善，为人们的物质生活和精神追求提供更有利条件[2]。

2 热分析技术在高分子材料中的实际应用

热分析技术的应用范围广泛，像食品分析、合金冶炼、药品成分分析等。以药品分析为例，药品纯度高低会影响病人的服用效果。如果是含有杂质的药物，会导致药品的熔点发生改变，如果取适量样品利用热分析技术进行检测，会明显看到分析结果中的熔化曲线出现偏差，这也为医疗工作者提供了便利。另外，热分析技术可用于改善环境。如对冰的凝固点和融化条件进行分析，发现掺有杂质的冰变成水相对容易，因而冬天路面上常会撒盐以减少交通事故发生。下面将从差热分析技术、热机械分析技术和热重分析技术三个方面展开介绍。

2.1 差热分析技术的实际应用

差热分析技术用于物质性能的具体检测中，是在相关设备就位的前提下，对检测材料与对照组同时采取持续升温或者持续降低温度的手段，让其经过高低温差异，检测它的耐高温和抗冻性能，或者用于确定有效时间内材料发生的具体变化等。例如对塑料进行降解，分析对应高分子材料随温度的变化特征，从而考虑是否可将其应用于其他方面。在实际应用过程中，差热分析技术逐渐暴露了不足之处，比如材料经过处理发生形状改变等物理变化或化学变化时，通常自身会出现释放热量或者吸收周围热量的现象，但差热分析技术不能确定较短时间内材料放热与吸热的具体速度，只能给出大致的范围区间，因而无法完成材料的定量分析，急需相关技术人员加强研究以利于后续的生产活动。

2.2 热机械分析技术的实际应用

热机械分析技术是除差热分析技术之外的另一种热分析方式，它是指在一定的温度环境下，让机械外力作用于物质材料，观察它的形状改变，准确分析其可塑性能，世界各国均将其用于检测塑料制品的性质。热机械分析技术通过对材料的分析过程，在已知材料结构的前提下对其进行改造与加工，扩大材料的实际作用，优化材料的延展性等，同时拓展它的适用范围，对高分子材料的研究十分有利。比如陶瓷制品，通常都要经过高温处理，让胚增大体积逐渐成型，之后进行相应处理进入千家万户。利用热机械分析技术，可以确定陶瓷制品原材料的特性，在不同温度下检测材料膨胀的程度，进而总结出温度与膨胀程度二者之间的规律，以避免实际生产中由于制陶技术不纯熟而造成的资源浪费[3]。

2.3 热重分析技术的实际应用

除了以上介绍的两种热分析技术，热重分析技术也是实际应用中的必要技术。热重分析在进行之前，要先利用相关程序设置好测试温度，让温度处在人工可控的范围之内，其后从材料的质量、测试持续的时间以及可控的温度三个维度出发，来确定材料的特点。在材料正式测试时，热重分析技术首先会对高分子材料的组成成分进行研究，结合计算机技术导出的材料热重曲线，可以检测具体成分以及各种成分间的比例，精确性较高。若经过相应的温度环境，材料出现熔化等，使得高分子材料的某些组分挥发，比如塑料。所有挥发性物质经由热重分析技术也能够准确检测。另外，众所周知高分子化合物在一定温度下可以逐渐分解为小分子物质，类似的测试也可以通过热重法进行，按照计算机技术显示的各类图表，工作人员可进行对比分析，包括材料测试中的起始温度和中止温度等，从而定量分析材料的热稳定性，也便于总结相关规律[4]。