同步热分析仪（STA）：聚苯乙烯（PS）的热分解研究

聚苯乙烯（PS）是一种无定形透明的热塑性高分子材料，由于其化学惰性好、易于加工且成本低廉，被广泛应用于食品包装、日用消费品以及建筑保温材料等领域。其中，可发性聚苯乙烯（EPS）和挤塑聚苯乙烯（XPS）泡沫材料因导热系数低，已成为建筑外墙保温系统中的隔热材料。

然而，聚苯乙烯属于易燃高分子材料，其在受热或燃烧过程中会释放苯乙烯单体、二聚体、三聚体等有害分解产物，长期接触可能引发疾病和健康问题。因此，深入研究聚苯乙烯的热分解行为、热稳定性及分解机理，对于材料的防火安全评估、阻燃改性以及废弃物热处理工艺优化具有重要意义。

同步热分析（STA）将热重分析（TGA）与差示扫描量热（DSC）或差热分析（DTA）结合为一体，能够在同一次测量中利用同一样品同步获取质量变化与热流变化信息。这一技术已成为评价高分子材料热稳定性、研究热分解过程与反应动力学的重要手段。本案例以聚苯乙烯为研究对象，利用同步热分析仪对其热分解行为进行系统表征，为聚苯乙烯材料的热稳定性评估及应用提供参考。

图1 中科热仪STA-790型同步热分析仪（室温~1300/1600℃）

中科热仪的STA-790同步热分析仪采用全对称式等臂热天平技术，具有灵敏度高、分辨率高、漂移小等优势，结合高性能加热炉，可覆盖所有典型STA应用场景，如物质相变温度、相变热测定，材料的比热容测定，物质的热稳定性评价，有机、无机及复合材料的成分分析等。

仪器的核心优势：

• 下天平结合即插即用的传感器设计，实验简单且顺畅；

• 多种传感器、坩埚的选择，灵活的反应气氛控制系统，适配各种应用场景；

• 高性能水冷炉体，保障测试的环境稳定性；

• 完备的安全措施保证高温测试过程中对操作者的保护以及分析仪的长期耐用性。

1.实验条件

测试仪器：中科热仪STA-790型同步热分析仪

实验样品：聚苯乙烯

坩埚种类：氧化铝坩埚

温控设置：30℃~800℃，10℃/min

气氛类型：氮气

2.实验结果

图2 聚苯乙烯的TG-DSC曲线

聚苯乙烯在程序升温过程中的TG-DSC曲线呈现出明显的阶段性变化特征，如图2所示。在惰性气氛（N₂）下，PS的热分解主要表现为单一阶段的剧烈失重过程。TG曲线显示，PS在约250℃之前保持良好的热稳定性，质量基本无变化。当温度升至约300℃时，PS开始发生明显的热裂解，生成苯乙烯单体及其低聚物等挥发性产物，质量迅速下降。

DTG曲线上可以观察到最大失重速率对应的峰值温度约为404℃。DSC曲线同步记录的热流信号可进一步揭示分解过程中的热效应。在PS的玻璃化转变温度（约92℃附近）可观察到基线向吸热方向偏移；同时，DSC曲线上呈现明显的吸热峰，对应聚合物链断裂所需的能量吸收。