《聚合物表征》课件综合review

1课堂内容安排绪论聚合物显微结构分析(OM,SEM，TEM)X射线衍射(WAXD，SAXS)聚合物热分析(DSC,TGA,DMTA)其它（IR，GPC,Rehology）2聚合物链结构的主要表征手段质谱(MS)红外光谱法（IR）(定性）紫外光谱法（UV（定量）核磁共振法（NMR）3质谱(MassSpectrum,MS)定义

指样品分子(或原子)离子化后形成具有各种质荷比(m/e)的离子,进而在电磁场的作用被分离,并将收集到的离子按质荷比的大小排列成的谱.测定化合物的分子式和分子量聚合物的主体结构单元聚合物材料的添加剂√4NMR原理

它是利用具有核磁矩的原子核作为磁探针来探测分子内部局部磁场的情况，从而得到有关分子结构方面的信息。5差示扫描量热法（DSC）结晶部分的熔融（熔点Tm，熔融热）非晶部分的玻璃化转变（Tg

）液晶聚合物的相转变温度进行各类反应的动力学研究结晶度纯度共混体系的相容性光学显微镜在聚合物研究中的应用制样方法热压制膜

溶液挥发成膜

OM在高分子研究中的应用研究聚合物球晶类型及生长过程研究聚合物共混物体系(a)(b)(c)

(d)

(e)

(f)Spheruliticmorphology(samemagnification,bar=100m)ofneatPHBVcrystallizedatdifferenttemperatures.

(a)85,(b)90,(c)95,(d)100,(e)105,and(f)110oC结晶温度对球晶形态的影响

多晶X-ray衍射在聚合物中的应用

物相分析（区分晶态与非晶态、高聚物鉴定）结晶结构与多晶型结晶度的测定晶粒表观尺寸的测定取向测定由衍射花样判断非晶无取向：弥散环赤道线上的弥散斑非晶取向：结晶无取向：有系列同心锐环结晶取向：有系列对称弧结晶高度取向：对称斑点

区分晶态与非晶态X射线衍射法测量原理：利用结晶的和非晶的两种结构对X射线衍射的贡献不同，把衍射照片上测得的衍射峰分解为结晶的和非晶的两部分，结晶峰面积与总的面积之比即为结晶度分清晶区和无定形区对曲线下面积的贡献，就能用下列公式计算重量结晶度：广角X光衍射法Ic衍射角2背景Ia衍射强度晶区衍射非晶区衍射IcIa总衍射强度=晶相与非结晶相衍射强度之和Ac：晶相的衍射面积Aa：非晶相的散射面积量热法（DSC）结晶度定义为聚合物的结晶部分熔融所吸收的热量与100%结晶的同类聚合物熔融所吸收的热量之比。从理论上来讲，某一结晶样品的熔融热焓Hm与其结晶热焓Hc相等，但对于大多数结晶性聚合物，用DSC测定的Hm总是稍大于相应的Hc。其差值大小取决于样品的结晶速度和结晶平衡过程。通常都采用Hm来计算结晶度Xc：

为相同化学结构、100%结晶的同类样品的熔融热焓结晶聚合物的红外光谱图上具有特定的结晶敏感吸收带,简称晶带,它的强度与结晶度有关,即结晶度增大晶带强度增大,反之如果非结晶部分增加,则无定形吸收带增强,利用这个晶带可以测定结晶聚合物的结晶度.

红外法测结晶度核磁法测结晶度如果不仅使结晶部分而且使无定形部分的链段运动也处于停滞状态,在此低温下聚乙烯的NMR吸收曲线是单一的幅度较宽的峰,如果温度增高接近熔点,吸收曲线变成单一的幅度较窄的峰.在一般的温度范围内则是相当于结晶区宽幅部分和相当于非结晶区尖锐部分(这和液体的情况相同)相重叠的曲线.

结果与讨论:1.d(001)=32.36À38.08À说明PLLA已插入粘土片层间；2.随着15A粘土含量的增加，衍射峰的面积增加，即强度增大。Cloisite15ACloisite25A1.d(001)=20.04À

36.03À插层结构；2.峰变宽，局部平行堆积的结构被破坏，插层/剥离结构共存Cloisite30B单一峰值d(001)=18.26À,即原始粘土的层间距，说明共混物处于完全剥离状态；特点：稳定，熔融重结晶后不会重新聚集甚至团聚。TEM电镜样品的制样技术液相成膜法将聚合物的稀溶液（0.1-0.5%）直接滴于带有支持膜的载网上，溶剂挥发干燥后成膜超薄切片法用超薄切片机在低温（-100oC）可获得50nm左右的薄试样SEM电镜样品的制样技术制样简单，对于导电性材料，可用导电胶粘贴在铜或铝的样品座上但大多数聚合物样品为绝缘体，因此需在观察前于真空中喷镀金属膜，以增强图像的立体感电镜在聚合物研究中的应用观察聚合物的聚集态结构（非晶、晶态结构）研究聚合物的多相共混体系（研究聚合物共混体系中的相行为与分散、研究聚合物共混体系中的断裂机理）在聚合物纳米复合材料研究中的应用热分析(ThermalAnalysis)概述热重分析(TG)示差扫描量热法(DSC)动态力学分析(DMA)曲线玻璃化转变结晶基线放热行为（固化，氧化，反应，交联）熔融固固一级转变分解气化DTA曲线吸热放热ΔT(℃)dH/dt(mW)TgTcTmTdDSCDSC在高分子研究中的应用各种转变温度的测定结晶动力学的研究聚合物共混体系中相行为及结晶行为的研究样品用量5mg左右加热到玻璃化转变温度以上（非晶高分子）或熔点温度以上（结晶高分子）消除热历史以最快速率将温度降到预估Tg以下再以10或20C/min的升温速率测定TgTg测定方法结晶速率及其动力学分析聚合物熔体等温结晶放热的DSC曲线和结晶分数与时间关系如图所示。某一时间t的结晶分数是由DSC曲线的部分面积St除以总面积So而得。结晶分数~时间曲线一般呈S形曲线，除尾部一小部分曲线外，通常均可用经典的Avrami方程描述。titt1/2tft放热dQ/dt(t)10ab(a)等温结晶DSC曲线(b)结晶分数与时间关系

Avrami方程的形式为：(t)：t时刻结晶分数 k(T)—与温度有关的结晶速率常数； n—Avrami指数，与成核机制和结晶形态有关ResultsanddiscussionMiscibilitystudyDSCtracesofPBSU/PVPhblendsforthemelt-quenchedsamplesataheatingrateof20C/min.ResultsanddiscussionMiscibilitystudyPhasebehaviourofPBSU/PVPhblendsasafunctionofPVPhweightfraction.热重试验的谱图解析在热重试验中，试样质量W作为温度T或时间t的函数被连续地记录下来，即：W=f(Tort),TG曲线表示加热过程中样品失重累积量，为积分型曲线；DTG曲线是TG曲线对温度或时间的一阶导数，即质量变化率dW/dT或dW/dt，为微分型曲线。起始水分可燃烧物填料及灰分填充尼龙的TG曲线TG在高分子材料研究中的应用聚合物的定性和定量鉴定材料热稳定性材料热分解温度，分解机理及动力学研究氧化降解机理及动力学过程缩聚聚合物的固化程度酚醛树脂（PF）PF固化过程中生成小分子H2O脱水失重量最多的固化温度最佳的固化温度————评价材料的各种使用性能耐热性耐寒性（低温韧性）耐环境能力（老化）消音减震性能等温度扫描模式的应用时间扫描模式的应用用于热固性树脂（如环氧树脂）及其复合材料的固化过程的研究，从而选择最佳固化工艺条件。固化完全时间软化点凝胶点测定（材料模量下降，发生软化的时间）