1/9/20236:40PM1聚合物表征谷曉昱Tel:64434862Email:guxy@辦公室：綜合樓20D課程安排1,2,3周課堂教學周一教學樓4023~5節(jié)周四教學樓4021~2節(jié)1/9/20236:40PM24~5周實驗（4次）

答疑

考試（閉卷）參考書目《聚合物研究方法》，張美珍，中國輕工業(yè)出版社；《聚合物材料表征與測試》，楊萬泰，中國輕工業(yè)出版社；《材料結構表征及應用》，吳剛，化學工業(yè)出版社；《高聚物結構分析》，朱誠身著，科學出版社；1/9/20236:40PM3緒論紅外光譜X射線衍射聚合物材料分子質量及其分布研究聚合物熱分析聚合物顯微結構分析聚合物力學(動態(tài),靜態(tài))性能研究1/9/20236:40PM4課堂內(nèi)容安排實驗課安排動態(tài)力學實驗熱分析（DSC,TG）分子量及其分布測定紅外光譜1/9/20236:40PM51/9/20236:40PM6緒論學習此課程的重要性現(xiàn)代材料科學的發(fā)展在很大程度上依賴于對材料的多層面，多角度的表征與分析。1/9/20236:40PM7學習方法了解各種儀器的基本結構和原理；熟悉各種儀器的應用范圍；知道各種儀器的功能，可以提供的信息；對各種信息有綜合分析的能力；掌握研究的思路和方法。1/9/20236:40PM8一聚合物表征定義用現(xiàn)代實驗技術（物理、化學），特別是用近代儀器分析手段來從1/9/20236:40PM9結構微觀層次組成分子運動宏觀角度合成性能加工性能使用性能1/9/20236:40PM10二、聚合物各級結構與

相應分析方法歸納聚合物結構1/9/20236:40PM112.1聚合物鏈結構定義:單個高分子鏈的結構和形態(tài)。它研究的是單個分子鏈中原子或基團的幾何排列情況。1/9/20236:40PM12聚合物鏈結構決定聚合物的基本性能聚合物鏈結構一次結構化學組成構型二次結構構造序列結構分子大小及形態(tài)2.1.1構型——

指分子中的原子在空間的幾何排列旋光異構（立體異構）1/9/20236:40PM13全同異構（等規(guī)）無規(guī)異構間同異構（間規(guī)）幾何異構（順反異構）順式反式鍵接異構頭-頭頭-尾立體異構1/9/20236:40PM14HHHHHHHHHRRRRHHHHHHHHHRRRHRH全同立構間同立構幾何異構體（由雙鍵產(chǎn)生）1/9/20236:40PM15順式反式鍵接異構1/9/20236:40PM16頭-頭頭-尾2.1.2聚合物二次結構二次結構構造序列結構分子大小及形態(tài)1/9/20236:40PM17整個分子的大小和在空間的形態(tài)。這些形態(tài)隨著條件和環(huán)境的變化而變化，故又稱遠程結構。構造——聚合物分子鏈的形狀1/9/20236:40PM18構造線形支化交聯(lián)網(wǎng)絡超支化長短支鏈梳形星形共聚物的序列結構兩種或多種單體在共聚物中的排列情況。1/9/20236:40PM19無規(guī)共聚（-co-）~M1M2M2M1M2M1M1M2~~交替共聚（-alt-）~~M1M2M1M2M1M2~~~M1M1M1~~M2M2~~M1M1M1~~嵌段共聚（-b-）接枝共聚（-g-）~M1M1M1M1M1M1M1M1~~M2M2M2~M2M2M2~~1/9/20236:40PM202.1.3聚合物鏈結構

的主要表征手段-波譜分析的方法電磁波譜

(ElectromagneticSpectrum)1/9/20236:40PM21E=hν(h=6.62×10-34J?s)c=λν(c=3×108m/s)波譜學基于物質對電磁輻射的吸收的不同來分析分子結構的一種技術分子吸收電磁輻射是非連續(xù)的即量子化的（只有當外界輻射的能量與化合物的能級差相等時，才會發(fā)生吸收）分子對量子輻射的吸收導致由正常的基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷,通過譜儀(spectrometer)將這些吸收作圖記錄下來的過程1/9/20236:40PM22波譜儀的一般結構電磁頻率發(fā)生器1/9/20236:40PM23入射光檢測器及信號放大器樣品計算機UVIRNMRXRDXPSEDS2.1.3聚合物鏈結構表征

最常用的幾種主要手段1/9/20236:40PM24質譜(MS)紅外光譜法（IR）紫外及可見光譜（UV）核磁共振法（NMR）紅外光譜法

（InfraredSpectrograph,IR）在聚合物材料表征上具有特殊重要的地位。方法簡單，經(jīng)驗豐富吸收光譜(能量范圍：2~25μm)能量較低，適合做定性研究（官能團，側基，端基等）定量研究則較差1/9/20236:40PM紫外及可見光譜(UV)吸收光譜(能量范圍波長200-800nm)聚合物中具有共軛結構（雙鍵、苯環(huán)）的才會產(chǎn)生UV吸收。多與其他儀器連用，定量研究基團含量。1/9/20236:40PM26防曬霜的一種成分NH21/9/20236:40PM27COOHλ=281nm核磁共振法（nuclearmagneticresonance,NMR）為吸收光譜（能量范圍:兆赫茲MHz）是原子核吸收一定能量發(fā)生能級躍遷,而產(chǎn)生的信號精密，準確、深入物質內(nèi)部,基團種類及基團的位置有機化合物結構應用最多的研究手段1/9/20236:40PM281.BRUKERAV-600

NuclearMagneticResonanceNMR600MHzUltraShield；BroadbandObserveProbes(BBO)BroadbandInverseProbes(BBI)HighResolutionMagicAngleSpinning(HR-MAS)

；1/9/20236:40PM291/9/20236:40PM302.BrukerAV-300SolidNMR300MHzultraShield；HighSpeedandLowspeedMagicAngleSpinning；1/9/20236:40PM31NMR儀器結構圖1/9/20236:40PM32電磁頻率發(fā)生器檢測器及信號放大器樣品計算機磁場NMR原理它是利用具有核磁矩的原子核作為磁探針來探測分子內(nèi)部局部磁場的情況，從而得到有關分子結構方面的信息。由于相同的質子由于所處的化學環(huán)境不同，從而產(chǎn)生不同的共振頻率。1/9/20236:40PM33NMR分類1/9/20236:40PM3413C19F31P15N29Si1HNMR特點根據(jù)δ確認H原子的化學環(huán)境------判別基團的種類；根據(jù)J------相鄰H原子的關系與結構；吸收峰面積-----確定分子中各類H原子的數(shù)量比1/9/20236:40PM351/9/20236:40PM36NMR在材料結構判斷中的應用舉例基團在分子中的位置研究聚合物的構型和構象立體異構體的鑒定共聚物的序列組成及分布溴乙烷的1H譜圖1/9/20236:40PM3質譜(MassSpectrograph,MS)定義

指樣品分子(或原子)離子化后形成具有各種質荷比(m/e)的離子,進而在電磁場的作用下被分離,并將收集到的離子按質荷比的大小排列成的譜1/9/20236:40PM381/9/20236:40PM39質譜(MS)的應用測定化合物的分子式和分子量1/9/20236:40PM40聚合物材料中的分析無機材料分析質譜(MS)在聚合物材料中的應用高分子材料中間體及添加劑成分分析聚合物結構表征熱解機理研究1/9/20236:40PM41熱裂解-質譜

熱裂解-氣相色譜-質譜獲得不同聚合物結構特征的熱裂解產(chǎn)物；揭示聚合物的鏈節(jié)及序列分布；研究聚合物的結構與性質。1/9/20236:40PM42質譜(MS)在聚合物材料中應用舉例1/9/20236:40PM43橡膠種類裂解產(chǎn)物丁基橡膠異丁烯二聚體，三聚體天然橡膠異戊二烯1，4-二甲基-4-二烯基環(huán)己烯順丁橡膠丁二烯4-己烯基環(huán)己烯2.1.4聚合物鏈二次結構的表征1/9/20236:40PM44分子質量及其分布支化度交聯(lián)度線性結構聚合物材料支化高分子交聯(lián)高分子溶脹平衡法動態(tài)力學法紅外光譜法裂解色譜-質譜法聚合物分子質量及其分布粘度法1/9/20236:40PM45凝膠滲透色譜（GPC）小角激光光散射法（LALLS）飽和蒸汽壓法、冰點降低法和膜滲透法質譜法2.2

聚合物凝聚態(tài)結構定義：聚合物的凝聚態(tài)結構是指高分子鏈之間的幾何排列和堆砌狀態(tài)。聚合物凝聚態(tài)結構與材料的性能有直接的關系，研究聚合物的凝聚態(tài)結構特征、形成條件及其與材料性能之間的關系對于控制成型加工條件，進行材料物理改性和進行材料設計都非常重要。1/9/20236:40PM461/9/20236:40PM47結晶結構結晶形態(tài)結晶度

結晶動力學相關基礎知識

1/9/20236:40PM48晶態(tài)結構結晶速率結晶過程及機理結晶動力學結晶度結晶形態(tài)晶體尺寸1/9/20236:40PM492.2.1凝聚態(tài)結構晶態(tài)非晶態(tài)介晶態(tài)液晶態(tài)取向態(tài)多相體系1/9/20236:40PM50球晶聚合物熔體結晶最常見的晶體形態(tài)Spherulites2.2.2聚合物凝聚態(tài)結構的表征手段1/9/20236:40PM51X射線衍射法各種顯微技術差示掃描量熱法（DSC）和差熱分析法（DTA）X射線衍射法廣角X射線衍射法（WAXS）1/9/20236:40PM52小角X射線散射法（SAXS）差示掃描量熱法（DSC）

差熱分析法（DTA）1/9/20236:40PM53結晶部分的熔融（熔點Tm，熔融熱）非晶部分的玻璃化轉變（Tg

）液晶聚合物的相轉變溫度進行各類反應的動力學研究結晶度純度共混體系的相容性各種顯微技術1/9/20236:40PM54光學顯微鏡偏光顯微鏡相差顯微鏡電子顯微鏡透射電鏡掃描電鏡原子力顯微鏡(AFM)掃描隧道顯微鏡（STM）1/9/20236:40PM552.3聚合物的性能力學性能熱學性能加工性能電學性能磁學性能屏蔽性能光學性能聲學性能1/9/20236:40PM562.3.1力學性能靜態(tài)力學性能動態(tài)力學性能靜態(tài)力學性能指材料在1/9/20236:40PM57拉伸壓縮剪切恒定力彎曲所表現(xiàn)出來的抵抗變形的能力。狀態(tài)下性能指標模量斷裂強度斷裂伸長率斷裂能屈服強度硬度1/9/20236:40PM58測定方法可模仿各種受力情況測出應力-應變關系各種靜態(tài)模量等1/9/20236:40PM59通用型-萬能材料試驗機擺錘沖擊機落錘沖擊機洛氏硬度儀邵氏硬度儀動態(tài)力學性能指材料在交變應力作用下所顯示出來的抵抗變形的能力。1/9/20236:40PM60性能指標儲能模量（E’）1/9/20236:40PM61損耗模量（E’’）損耗角正切（tan

δ）測定方法非共振法：動態(tài)機械熱分析儀（DMTA或DMA）1/9/20236:40PM62自由振動法強迫振動法扭擺法扭辮法（TBA）共振法：振簧儀1/9/20236:40PM632.3.2熱學性能——與溫度有關的性能耐熱性熱穩(wěn)定性導熱性熱膨脹性耐熱性差示掃描量熱儀（DSC）差熱分析儀（DTA）靜態(tài)機械分析儀（TMA）動態(tài)機械分析儀（DMA或DMTA）膨脹計等1/9/20236:40PM64表征參數(shù)無定型聚合物，Tg結晶性聚合物，Tm測定儀器1/9/20236:40PM65玻璃態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)TbTgTfTd過渡區(qū)T形變

Tb—脆化點Tf—粘流溫度Tg—玻璃化溫度Td—分解溫度熱穩(wěn)定性指材料在受熱情況下發(fā)生降解和交聯(lián)的能力。1/9/20236:40PM66軟化點（Ts）分解溫度（Td）等熱機械法(TMA）熱重分析法(TGA）等表征參數(shù)測試方法1/9/20236:40PM67（流變性能）2.3.3加工性能旋轉粘度計1/9/20236:40PM68錐板粘度計平行平板同軸圓桶毛細管流變儀和轉矩流變儀模擬塑煉1/9/20236:40PM69熔體彈性毛細管流變儀轉距流變儀不穩(wěn)定流動模擬擠出1/9/20236:40PM70導電性介電性壓電性焦電性3.3.4電學性能電學性能聚合物大多數(shù)作為絕緣材料廣泛用于制造電容器、儀器儀表、無線電遙控裝置等．絕緣材料介電損耗、電導率低，擊穿強度高．近三十年來，導電聚合物的研制成為研究熱．導電聚合物具有高的電導率，用于高密度信息處理，高效能量轉換等．1/9/20236:40PM71電學性能介電性：是在外電場作用下，由于分子極化而引起電能的貯存和損耗的性能．壓電性：材料在力場作用下產(chǎn)生電荷、顯示極化的現(xiàn)象叫壓電性．焦電性：材料有溫度變化時產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象叫焦電性。1/9/20236:40PM72電性能表征參數(shù)1/9/20236:40PM73電導率（σ）電阻率（ρ）電阻的溫度系數(shù)介電常數(shù)（ε’）介電損耗ε＂2.3.5磁學性能

冰箱磁條通訊天線微波電子設備1/9/20236:40PM74磁性能表征參數(shù)1/9/20236:40PM75導磁率μ,μ?磁損耗μ?磁性質硬磁性軟磁性順磁性鐵磁性1/9/20236:40PM762.3.6電磁屏蔽性能電磁屏蔽性能抗靜電性2.3.7光學性能發(fā)光材料隱身材料光致變色材料1/9/20236:40PM77光學性能表征參數(shù)1/9/20236:40PM78透光率折光指數(shù)（n）線性電光系數(shù)（r）折光指數(shù)變化系數(shù)（n2）非線性光學性質（二階、三階極化系數(shù)）倍頻系數(shù)（d）1/9/20236:40PM792.3.8聲學性能例如：阻尼材料2.4新型的材料表征手段隨著科學技術的發(fā)展及研究領域的不斷擴大和深入，相應的分析手段也在不斷改進，而且不斷有新的分析手段出現(xiàn)。1/9/20236:40PM80可降解材料人們把塑料稱作“白色垃圾”，因為它不容易降解。隨著環(huán)保呼聲的高漲，人們開始致力于聚合物的生物降解性的研究，這就需要測定它的生物降解性能；環(huán)保性能檢測。1/9/20236:40PM81ISO14000聚合物微生物降解性能的表征目前，世界各國均在研發(fā)對環(huán)境無污染的，可在