红外光谱法在高分子材料研究中的应用杨睿.ppt

* 6 红外显微镜在高分子材料研究中的应用 * 特点 红外光谱仪与光学显微镜的结合，特别适用于微量和微区分析 分辨率高－聚焦点尖锐，最小测量区域可达5μm× 5μm 灵敏度高－采用MCT检测器 制样方法简便－可准确选取待测部位，无需事先分离 无损检验－保持样品原有的形态和晶体结构，样品不污染 * 复合膜的分析 试样的显微照片 金刚石池压片后的试样照片 * 定性分析结果: 第1层 聚对苯二甲酸乙二醇 第2,6,7层 聚乙烯 第3层 尼龙 第4、5层 乙烯－醋酸乙烯酯共聚物 * 高分子材料的光氧化研究 样品截面的显微红外照片 线扫描测定氧化程度沿深度的分布 * LDPE HDPE 线扫描得到的3D图 * * 2 3 4 5 1-HDPE/绢英粉 2-HDPE/云母 3-HDPE/高岭土 4-HDPE/硅藻土 5-HDPE/碳酸钙 * 1716cm-1 HDPE复合材料断面的3D红外谱图 HDPE HDPE/碳酸钙 HDPE/绢英粉 HDPE/云母 HDPE/高岭土 HDPE/硅藻土 * 复合材料中氧化程度沿深度的变化 * 7 未知物的剖析 外观判断和背景信息收集 原样直接分析－FTIR、TGA、元素分析、燃烧实验等 萃取分离及各组分定性定量分析－FTIR、PGC-MS等 化学分解－针对热固性树脂和交联聚合物 梯度升温分离分析－逐步分析不同温度下的挥发/分解产物 其它辅助分析－形貌观察、力学性能测定等 多种手段的联合解析！ 剖析的步骤 * 高分子材料中的无机物 作用： 增强：SiO2、Al2O3、CaCO3、玻璃纤维等 着色：TiO2、ZnO等 稳定：炭黑、ZnO等 降低成本 分离方法： 溶解沉淀 灼烧（注意变化） 氢氧化铝 氧化铝 * 典型含硅填料的谱图 * 常用无机填料谱图 * 不同产地样品的差异 * 高分子材料中的有机添加剂 作用： 增塑：邻苯二甲酸酯类等 相容剂和偶联剂：共聚物、硅烷、钛酸酯、铝酸酯等 稳定：抗氧剂、光稳定剂、阻燃剂等 其它：发泡剂、交联剂、催化剂等 分离方法： 溶剂提取 低温闪蒸 * 三种典型偶联剂 * 敬请批评指正 Institute of Polymer Science and EngineeringDepartment of Chemical EngineeringTsinghua University * 正交晶系的聚乙烯，晶胞内有两条分子链通过，由于分子链的相互作用，使CH2基团面内摇摆振动分裂为两条谱带 结晶谱带 * 化学组成的测定 聚合物红外光谱图的分类表 波数范围 有最强谱带的聚合物 I区 1800-1700cm-1 含酯、羧酸、酰亚胺等基团 II区 1700-1500cm-1 聚酰亚胺、聚脲等 III区 1500-1300cm-1 饱和线型脂肪族聚烯烃和一些有极性基团取代的聚烃类 IV区 1300-1200cm-1 芳香族聚醚、聚砜和一些含氯的聚合物 V区 1200-1000cm-1 脂肪族聚醚、醇类和含硅、含氟的聚合物 VI区 1000-600cm-1 含取代苯、不饱和双键和一些含氯的聚合物 * 支化度的测定 CH3 CH2 不同支化程度的聚乙烯 * 采用分峰技术测定聚乙烯中支链 * 样品 HDPE LDPE LLDPE 2200J 5000S 6100M 5200B 1I2A-1 DFH 2076 DNDB 7149 支化度, CH3/1000C 3.7 8.2 5.3 2.3 39.0 22.1 11.3 不同聚乙烯的支化度 * 共聚物组成的测定 不同组成P(MMA-AN）的红外谱图 C≡N 内标 * P(MMA-AN）共聚组成标准曲线 * 共聚物序列分布的测定 从上到下： PS; PMMA/PS; PMS; PMMA 共聚物和共混物的差别 * 下图为MMA和St不同比例共聚物的谱图 * 添加剂的影响 在某种材料中加入改性剂，可以获得性能不同的新材料，其红外谱图差异可能很小，应注意观察。下图聚苯乙烯PS和高冲聚苯乙烯HIPS的谱图。 4 聚合物聚集态结构的研究 制样特点 由于材料的聚集态结构是与其物理形态有关，因此在研究聚集态结构时不能破坏样品的原有形态。 PVDF * 结晶聚合物中包括晶区和非晶区。晶区和非晶区中分子链的排列方式不同，分子之间的作用也不同。结晶聚合物中存在如下谱带： 晶带：强度随结晶度增加而增大； 非晶带：强度随结晶度增加而减小； 内标：强度和位置都不随结晶度变化 测量时应选取对结构变化敏感的晶带或非晶带进行研究。 结晶的研究 * 常用聚合物的晶带和非晶带 * 三元共聚烯烃