1、綱要,緒論 紅外光譜與紫外光譜 核磁共振,材料： 人類的文明史=材料的發(fā)展史,紅外光譜與紫外光譜,核磁共振,緒論,鐵器時(shí)代,青銅器時(shí)代,塑料時(shí)代,石器時(shí)代,材料： 分類,紅外光譜與紫外光譜,緒論,金屬材料,無(wú)機(jī)非金屬金屬材料,有機(jī)高分子材料,復(fù)合材料,核磁共振,材料： 分類,紅外光譜與紫外光譜,緒論,結(jié)構(gòu)材料 以力學(xué)性能為基礎(chǔ)，制造受力構(gòu)件所用材料。（房屋）,功能材料 利用物質(zhì)的獨(dú)特物理、化學(xué)性質(zhì)或生物功能等而形成的一類材料。（電線、光纖、超導(dǎo)、電池、生物材料）,功能材料需有一定的力學(xué)性能。（電線） 結(jié)構(gòu)材料對(duì)物理或化學(xué)性能也有一定要求。（鋼筋：抗輻照、抗腐蝕、抗氧化）,核磁共振,材料的結(jié)構(gòu)：

2、 材料的結(jié)構(gòu)是指材料的組成單元（原子或分子）之間相互吸引和相互排斥作用達(dá)到平衡時(shí)在空間的幾何排列。,紅外光譜與紫外光譜,緒論,原子的電子結(jié)構(gòu)（決定化學(xué)鍵類型）,分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（決定材料基本類型及組成相的結(jié)構(gòu)）,材料的顯微組織結(jié)構(gòu)（決定組成材料各相的形態(tài)、大小、數(shù)量、分布等）,核磁共振,材料的性能： 材料的性能是一種用于表征材料在給定外界條件下的行為參量（力場(chǎng)作用下、電場(chǎng)作用下、溫度場(chǎng)作用下、磁場(chǎng)作用下、電磁波作用下、功能轉(zhuǎn)換下）。多是指材料所固有的性質(zhì)。 使用性能是指材料在使用條件下的表現(xiàn)行為。環(huán)境對(duì)材料使用性能的影響很大，如受力狀態(tài)、氣氛、介質(zhì)、溫度等，而使用性能對(duì)材料的壽命又有

3、很大影響。,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,材料的性能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系： 金屬材料 導(dǎo)電性好，塑性及韌性高； 無(wú)機(jī)非金屬材料 高硬度低脆性，大多絕緣； 高分子材料 彈性模量、強(qiáng)度、塑性低，多數(shù)不導(dǎo)電。 這些材料性能的不同都是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。 即：原子結(jié)構(gòu)、結(jié)合鍵、原子的排列方式（晶體和非晶體）以及顯微組織。,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,有機(jī)高分子材料：,紅外光譜與紫外光譜,緒論,高分子材料是指其分子主鏈上的原子都直接以價(jià)鍵連接，且鏈上的成鍵原子都共享成鍵電子的化合物。,聚合物（Polymer） 19世紀(jì)30年代由瑞典著名化學(xué)家貝采里烏斯提出，用來(lái)區(qū)分分子組成相同分子量也相同的同

4、分異構(gòu)物，與分子組成相同而分子量不同的聚合物，包括低聚物與高聚物。,高聚物（High Polymer） 不包括低聚物，通常指分子量大于一萬(wàn)的聚合物，特別是合成聚合物。,大分子（Macromolecule or Big Molecule） 指包括天然高分子在內(nèi)的聚合物。,三種常用概念,核磁共振,有機(jī)高分子材料： 分類,紅外光譜與紫外光譜,緒論,塑料,纖維,橡膠,涂料、粘合劑,熱固性塑料（酚醛、脲醛）,熱塑性塑料（PE PP PVC PS PMMA 尼龍）,天然橡膠（聚異戊二烯）,合成塑料（順丁、丁苯、丁腈、丁基橡膠）,腈綸（PAN）、丙綸（PP）,聚酯纖維、尼龍,核磁共振,有機(jī)高分子材料： 高分

5、子與小分子的差別,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,有機(jī)高分子材料：高分子材料的發(fā)展與應(yīng)用,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,21世紀(jì) 高分子新材料（高性能化、高功能化、復(fù)合化、精細(xì)化和智能化）,遠(yuǎn)古時(shí)期 天然高分子材料（棉花、皮毛等）已得到應(yīng)用,15世紀(jì) 美洲瑪雅人用天然橡膠做容器、雨具等生活用品,19世紀(jì) 天然高分子的改性和加工（天然橡膠的硫化、硝化纖維素、人造絲等）,20世紀(jì) 合成高分子（酚醛樹(shù)脂、聚氯乙烯PVC、聚苯乙烯PS、高，低壓聚乙烯、尼龍66、等規(guī)立構(gòu)聚丙烯PP等）得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用,核磁共振,有機(jī)高分子材料：高分子材料的多層次結(jié)構(gòu),紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振

6、,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 聚合物結(jié)構(gòu)分析是是溝通高分子的合成、產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及最終產(chǎn)品性能和需求這一發(fā)展循環(huán)的橋梁。,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,利用現(xiàn)代分析技術(shù)， 尤其是儀器分析方法,測(cè)定高分子的鏈 結(jié)構(gòu)及凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),探討結(jié)構(gòu)與性能 之間的關(guān)系,在合成、加工與應(yīng)用 中聚合物結(jié)構(gòu)變化的規(guī)律,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,研究對(duì)象,高分子鏈結(jié)構(gòu)的表征,高分子鏈的近程結(jié)構(gòu),聚合物的遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu),聚合物凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)的測(cè)定,聚合物的力學(xué)狀態(tài)和熱轉(zhuǎn)變溫度,聚合物動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)分析,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 常用儀器：結(jié)構(gòu)分析所涉及到的方法很

7、多，但大多是利用各種電磁波或其他粒子和物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的吸收、發(fā)射、散射及干涉等現(xiàn)象。,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,常用結(jié)構(gòu)分析儀器主要組成示意圖,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,結(jié)構(gòu)分析儀器，按激發(fā)能源和原理，大致可分為6類：,電磁波譜法,熱分析,色譜法,電磁輻射的衍射與散射,電子分析法,掃描探針顯微法,利用探針與樣品之間的相互作用，在原子級(jí)分辨率水平上 測(cè)量材料的表面，定域測(cè)定材料表面的形貌和性能。,利用電子作激發(fā)源或被檢測(cè)對(duì)象，使樣品發(fā)生某些物理變化。,利用高聚物對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁輻射（光）的散射與衍射現(xiàn)象來(lái)獲得其內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。,利用在互不相

8、溶的兩相中組分間分配有差異，經(jīng)反復(fù)多次分配而將混合物進(jìn)行分離和分析的物理化學(xué)方法。,在程控溫度條件下，測(cè)量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系。,主要通過(guò)各種波長(zhǎng)的電磁波和被研究物質(zhì)的相互作用，引起物質(zhì)的某一個(gè)物理量的變化而進(jìn)行。,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,常用電磁波譜法原理,電磁波譜法：主要用來(lái)表征高聚物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。,核磁共振,續(xù)表 常用電磁波譜法原理,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,熱分析：主要用來(lái)測(cè)定高聚物的熱轉(zhuǎn)變溫度，力學(xué)狀態(tài)及熱降解。,常用熱分析法原理,核磁共振,

9、續(xù)表 常用熱分析法原理,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,色譜法：主要用來(lái)分離分析單體或大分子裂解產(chǎn)物,常用色譜法原理,核磁共振,續(xù)表 常用色譜法原理,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,電磁輻射的衍射與散射：主要用來(lái)分離分析單體或大分子裂解產(chǎn)物,常用電磁輻射衍射與散射原理,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,電子分析法：主要用來(lái)分離分析單體或大分子裂解產(chǎn)物,常用電子分析法原理,核磁共振,續(xù)表 常

10、用電子分析法原理,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,掃描探針顯微法：主要用于分析樣品的表面形貌、電子結(jié)構(gòu)、磁疇等,常用掃描探針顯微法（SPM）原理,核磁共振,續(xù)表 常用掃描探針顯微法（SPM）原理,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 聚合物結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)備,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,Why?,What?,聚合物材料可以是純聚合物，也可以是以聚合物為主，同時(shí)含有小分子化合物，如殘留單體與催化劑；反應(yīng)添加劑；加工助劑，以及其他不純物。在進(jìn)行聚合物結(jié)構(gòu)分析時(shí)，為確定分析方

11、法，縮小探索范圍，應(yīng)根據(jù)分析要求，對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析做好準(zhǔn)備。,預(yù)處理包括：聚合物的分離，聚合物的純化，聚合物溶解性實(shí)驗(yàn)， 聚合物的燃燒試驗(yàn)等。,核磁共振,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 聚合物結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)備：聚合物的分離,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,高聚物制品：,抽提增塑劑,與無(wú)機(jī)填料分開(kāi),除溶劑,適當(dāng)溶劑，如乙醚 或低沸點(diǎn)石油醚,索氏抽提器,溶解法,避免使用可能與高 聚物反應(yīng)的溶劑,減壓干燥,或加沉淀劑,剛聚合得到的產(chǎn)物：,若高聚物溶于非均相反應(yīng)混合物，并可直接從溶液中得到，過(guò)濾法分離其和不溶性雜質(zhì)； 若溶液粘度大或需除去的顆粒為膠狀物，壓濾法； 若聚合

12、物溶解在反應(yīng)介質(zhì)中，加非溶劑沉淀再過(guò)濾，或用與介質(zhì)不混溶而對(duì)高聚物溶解性更強(qiáng)的溶劑萃??； 懸浮聚合的高聚物，直接過(guò)濾； 乳液聚合的高聚物先凝聚后過(guò)濾； 若高聚物在反應(yīng)溫度下混溶，冷卻后各組分分開(kāi)，傾析法分離。,熱固性樹(shù)脂：,因其不溶不熔，應(yīng)采用酯化法或水解法將高聚物改性。 若填料為有機(jī)填料，可采用適當(dāng)溶劑對(duì)試樣進(jìn)行反復(fù) 的溶解沉淀來(lái)分離高聚物。,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 聚合物結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)備：聚合物的純化,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,高聚物的純化有兩層含意： （1）除去聚合物樣品中的低分子，如殘存單體、助劑和低聚物。這是通常所說(shuō)的純化，常用的方法有抽提法、離子交換樹(shù)脂法

13、和再沉淀法； （2）聚合物的分級(jí)。,純化高聚物不僅因?yàn)闇?zhǔn)確的分析表征很重要，還因?yàn)殡s質(zhì)對(duì)材料的力學(xué)、電學(xué)和光學(xué)性能有很大影響，同時(shí)，即使是微量的雜質(zhì)也會(huì)引起或加速降解反應(yīng)或交聯(lián)反應(yīng)。,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 聚合物結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)備：聚合物的純化,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,抽提法：,離子交換樹(shù)脂法：,再沉淀法：,適用于帶電荷的聚電解質(zhì)的純化。,常用于分離低分子量化合物。因溶劑僅對(duì)低分子選擇性溶解，對(duì)聚合物不溶，故此法常用于分析聚合物中所含的其他成分?？刹捎美漭腿』驘彷腿?，或水蒸氣蒸餾，除去雜質(zhì)。對(duì)水溶性聚合物，可用滲析法或電滲析法分離低分子。,是最常用的純化方法。在攪拌

14、下，將聚合物5的溶液傾入到過(guò)量的沉淀劑（410倍量）中重復(fù)沉淀，使聚合物沉淀出來(lái)。必要時(shí)用不同的溶劑反復(fù)溶解 - 沉淀，直到檢查不出干擾雜質(zhì)為止。沉淀物再在真空下干燥，除去揮發(fā)性物質(zhì)。因許多聚合物對(duì)溶劑或沉淀劑有強(qiáng)烈的吸附或包藏作用，故干燥困難，應(yīng)盡量將樣品弄碎，采用冷凍干燥技術(shù)或?qū)⒗鋬龈稍锖蛧娚涑恋砭C合并用。,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 聚合物結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)備：聚合物的純化,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,分級(jí)方法：,是利用溶解度隨分子量增大而降低的原理。,沉淀分級(jí)法,向溶液中逐步加入沉淀劑，因而第一個(gè)級(jí)分分子量最高，最后級(jí)分最小。,萃取分級(jí)法,用不同混合比例的溶劑依次沉淀萃

15、取聚合物樣品，首先從構(gòu)成最不良溶劑的混合溶劑開(kāi)始，因此與沉淀分級(jí)相反，第一級(jí)分分子量最小，最后級(jí)分最高。,對(duì)聚合物樣品分析之前，為縮小分析范圍，有時(shí)還要對(duì)樣品進(jìn)行初步檢查，常用的方法有溶解性實(shí)驗(yàn)與燃燒性實(shí)驗(yàn)。,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 聚合物結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)備：聚合物溶解性試驗(yàn),紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,目前多種表列溶劑/溶質(zhì)系統(tǒng)的方法，都是在假設(shè)高聚物試樣類別已由以前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。,溶解性實(shí)驗(yàn)不僅有助于確定聚合物試樣的種類，而且對(duì)制備適當(dāng)溶液用于進(jìn)一步分析鑒定也很重要。,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,高聚物溶解性系統(tǒng)鑒定流程,聚合物溶解性

16、試驗(yàn),有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 聚合物結(jié)構(gòu)分析的準(zhǔn)備：聚合物燃燒試驗(yàn),紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,核磁共振,燃燒試驗(yàn)是對(duì)聚合物進(jìn)行初步鑒定的簡(jiǎn)單有效的方法之一。 將0.10.2g樣品置于本生燈火焰邊緣，如不立即燃燒可放入火焰中10s，觀察樣品易燃程度、火焰特征、自熄性、煙霧情形與氣味、物理變化和殘?jiān)?，進(jìn)而判斷可能的聚合物品種。但燃燒試驗(yàn)本身有很大的主觀性，一般應(yīng)與已知樣品進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。 除通過(guò)溶解性和燃燒等系統(tǒng)鑒定之外，還可通過(guò)表面觀察、透明性、密度等來(lái)對(duì)高聚物樣品進(jìn)行初步鑒定。也有的不經(jīng)過(guò)分離等而直接進(jìn)行分析測(cè)定。,有機(jī)高分子材料：聚合物結(jié)構(gòu)分析 實(shí)施步驟：,紅外光譜與紫外光譜,緒論,核磁共振,預(yù)備知識(shí),了解儀器原理與應(yīng)用范圍,確定分析目的,選擇分析方法,結(jié)果的判定與解析,核磁共振,在高分子科學(xué)的研究、生產(chǎn)與應(yīng)用過(guò)程中，涉及到高聚物結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)問(wèn)題： 高聚物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系 合成與加工工藝對(duì)結(jié)構(gòu)與性能的影響 高聚物制品使用過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化 高聚物材料的剖析 高分子材料的設(shè)計(jì),選擇原則：可行性 經(jīng)濟(jì)性,1.判斷結(jié)