塑料的仪器分析法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,一、概述,（一）原理,色谱分析法是一类利用物质不同的物理和物理化学性质来进行分离并进行检测的方法。,它的分离原理是利用物质在溶解、吸附、分配、离子交换、亲和力、分子尺寸等方面的微小差别，将需分离的物质在相互不溶的两相，即固定相和流动相之间作相对运动，使各组分在两相间进行连续多次的质量交换后，最终使得有微小差异的不同组分获得分离。,图,3-1,色谱柱分离,A,、,B,两组分混合物示意图,（二）分类,图,3-2,色谱分析法的分类,二、气相色谱,气相色谱,(GC),是以气体作为流动相的一种色谱法，是分析测量低沸点有机化合物及永久性气体的有力武器。,（一）原理,气相色谱法是一种物理,(,或物理化学的,),分离分析方法，其基本原理是将所分析的试样加热转为气体,(,气化,),。,气体通过载气带进色谱柱，随着载气的不断流动，各被测组分在固定相中进行反复的物理吸附与脱附。,当载气中含有和原来纯载气不同的组分时，检测器就给了信号，于是在记录仪上记录了,“,色谱图,”,。,（二）仪器,根据气相色谱的流程，气相色谱仪可分成载气系统、进样器、色谱柱系统、检测器、记录系统五部分。,图,3-3,气相色谱仪系统结构框图,（三）色谱图,图,3-4,气相色谱图,（四）气相色谱法的应用,在塑料分析测试中的应用可分为两类,:,第一类，样品可直接进行气相色谱分析的，如,单体、溶剂和各种添加剂纯度的测定,以及通过测定反应过程中单体组成变化来研究某些,聚合反应动力学,过程；,（单体分析；添加剂分析；共聚物组成分析；聚合物结构表征；聚合物中的杂质分析；热稳定性研究）,第二类，样品不能直接进行气相色谱分析而需要与其他技术相结合，例如,裂解气相色谱分析技术,等。,三、凝胶渗透色谱,1.,原理,凝胶渗透色谱法（,GPC,）又称排阻色谱法或凝胶过滤色谱法。它采用具有网状结构、多孔性的固定相，利用试样的组分分子对固定相的网状结构内部的渗透性的差异来分离各组分。,图,3-5 GPC,工作原理示意图,2.,仪器,凝胶色谱的常用固定相有多孔型的半刚性凝胶和刚性凝胶两大类。,3.,应用,根据凝胶色谱的特点，其应用主要在生物化学和高分子化学领域。,适用于分子量大于,1000 g/mole,的非离子型的高分子化合物的分离。,典型聚合物的凝胶渗透色谱,(GPC),色谱图,以,UV,做检测器的色谱图,第三章 塑料的仪器分析法,第二节 光谱分析,一、紫外光谱,（一）概述,紫外光谱属于分子光谱中的,电子吸收光谱,。,紫外光谱是当光照射样品分子或原子时，外层的电子吸收一定波长的紫外光，由,基态跃迁至激发态,而产生的光谱。,不同结构的分子，其电子跃迁方式不同，吸收的紫外光波长也不同，吸收率也不同。,根据样品的吸收波长范围，吸光强度来鉴别不同的物质结构的差异。,（二）常用术语,特征吸收曲线：,吸收光谱曲线上有起伏的峰谷时称为特征吸收曲线。,最大吸收峰：,吸收曲线上最大吸收峰所对应的波长。,红移：,吸收峰向长波方向移动。,紫移,(,或蓝移）：,吸收峰向短波方向移动。,末端吸收：,在紫外吸收曲线短波末端吸收增强，但未成峰形。,生色基团：,分子中产生吸收峰的主要原子或原子团。,助色基团：,使生色基团所产生的吸收峰向红移的原子或原子团。,等吸收点：,两个或两个以上化合物的吸收强度相等的波长。,R,吸收带：,含,C=O,，,N=O,，,NO,2,和,N=N,基有机物可产生这类谱带。它是,n,*,跃迁形成的吸收带,。,K,吸收带：,共扼烯烃取代芳香化合物可产生这类谱带。它是,*,*,跃迁形成的吸收带，,max,10000,，吸收谱带较强。,B,吸收带：,B,吸收带是芳香化合物及杂芳香化合物的特征谱带。在这个吸收带有些化合物容易反映出精细结构。溶剂的极性、酸碱性等对精细结构的影响较大。,E,吸收带：,它也是芳香族化合物的特征谱带之一，吸收强度大，,为,2000,14000,，吸收波长偏向紫外的低波长部分，有的在真空紫外区。,（三）应用举例,用紫外光谱，可以监测聚合反应前后的变化，研究聚合反应的机理；,定量测定有特殊官能团（如具有生色基或具有与助色基结合的基团,),的聚合物的分子量与分子量分布；,探讨聚合物链中共扼双键序列分布。,图,3-9,甲苯和苯的紫外光谱图（,苯；,甲苯）,图,3-10,胺引发甲基丙烯酸甲酯的紫外光谱图,由图,3-10,可见，曲线,4,与曲线,3,相似，在,254nm,和,300nm,都有吸收峰，而与曲线,1,和曲线,2,不同，说明苯胺引发光聚合的产物为二级胺，而不是一级胺。,在反应过程中，苯胺先与,MMA,形成激基复合物，经电荷转移形成的苯胺氮自由基引发,MMA,聚合，在聚合物的端基形成二级胺。,二、红外光谱,红外光谱法又称为红外分光光度法，它是建立在分子吸收红外辐射基础上的分析方法。,红外光谱是分子振动、转动能级跃迁的结果。,表,3-1,红外辐射区的分类,名称,波长,/,m,波数,/cm,-1,能级跃迁类型,近红外,照相区,0.78,1.3,12820,7700,分子中,O-H,N-H,及,C-N,的倍频吸收,泛频区,1.3,2.0,7700,5000,中红外,基本振动区,2,25,5000,400,分子中原子的振动及分子的转动,远红外,转动区,25,300,400,33,分子的转动，晶格振动,（一）红外光谱的基本原理,1,分子吸收红外辐射的必要条件,（,1,）分子能吸收的红外辐射，应具有刚好能满足分子跃迁时所需的能量，即,E,=,hv,，其中,E,为两个振动能级间的能量差，,v,为被吸收的红外辐射频率，,h,为普朗克常数。,（,2,）辐射应与物质分子之间发生相互作用，也称偶合作用。吸收的结果是辐射的能量通过偶合而被转移到分子上。,2,分子的转动光谱及振动光谱,3,分子的振动模式及其类型,图,3-11,聚乙烯中,CH,2,基团的振动模式,（二）红外光谱的基团频率及其影响因素,1,常见化学基团的红外特征频率,在,4000,6700cm-1,（,2.5,1.5m,）范围内，分子中的一些基团是有着特征的基团频率的，这些频率是根据大量的研究所总结出来的经验相关关系。,通常可以将中红外光谱划分为四个区域：,第一区域,/,氢伸缩区,第二区域,/,叁键区,第三区域,/,双键区,第四区域,/,指纹区。,2,影响基团频率和吸收带形状的因素,(1),分子物理状态的影响,气态在气态状态下，参与红外吸收的分子的数目少，一般吸收谱带强度较小。随着气体压力的增大，分子间开始相互作用，精细结构逐渐消失，吸收带增宽。,液态分子间的相互作用增大，强度比气态的大。当形成氢键、发生缔合时，谱带的频率数目和强度都会发生较大变化。,固态固态物质的红外光谱，其吸收峰一般要比液态的更尖锐，峰的数目更多。,(2),外部环境因素的影响,溶剂效应溶剂的极性会引起溶质的缔合,溶质的极性基团,(,如,C=O,，,N=O,等,),的伸缩振动频率将随溶剂极性的增加而降低，且强度往往增加。,氢键氢键,X-H.Y,中的,X,、,Y,原子通常是,O,、,N,或,F,。氢键越强，振动频率越小，吸收带越宽，峰强度越大。缔合程度越强，越移向低波数。,(3),试样分子内部结构因素的影响,诱导效应,共扼效应,中介效应,化合物中存在有孤对电子的原子，如,O,、,S,、,N,等，并与多重键原子相连时，可产生类似的共扼作用，称为中介效应。,立体效应,立体效应包括环的张力、立体阻碍。,振动偶合,（三）红外光谱解析,1,试样制备与红外谱图绘制,根据试样性质，红外制样方法见表,3-2,在红外谱测试时应特别注意以下影响因素,:,（,1,）,仪器参数的影响,应根据不同测试要求及时调整光源能量、增益、扫描次数等直接影响信噪比的仪器参数。,（,2,）,干扰因素的影响,注意环境湿度、样品污染、残留溶剂等干扰因素，避免产生红外光谱图中附加吸收带。,（,3,）,样品厚度的影响,对聚酯类极性物质要求样品厚度小一些，对聚烯烃类非极性物质要求厚大一些。,2.,红外谱图的解析,（,1,）谱带的位置,含有,羰基,聚合物在羰基振动区,(1800,1650cm,-1,),有最强的吸收。最常见的是聚酯、聚羧酸和聚酰胺等聚合物。饱和聚烃和极性基团取代的聚烃在碳氢键的面内弯曲振动区（,1500,1300cm,-1,）出现强的吸收峰。,聚醚、聚砜、聚醇等聚合物最强的是,C-O,的伸缩振动，出现在,1300,1000cm,-1,区域内。,含有取代苯、不饱和双键以及含有硅和卤素的聚合物，除含硅和氟的聚合物外，最强吸收峰均出现在,1000,600cm,-1,区域。,（,2,）谱带的形状,有时从谱带的形状也能得到有关基团的一些信息。,例如含氢健和离子的基团可以产生很宽的红外谱带。,谱带的形状也包括谱带是否有分裂，可用以研究分子内是否存在缔合以及分子的对称性、旋转异构、互变异构等。,（,3,）谱带的相对强度,在相同仪器和相同样品厚度的条件下，比较两条谱带的强度常可指示某特殊基团或元紊存在的信息。,如分子中含有一些极性较强的基团，就将产生强的吸收带。,3.,其他,在进行红外光谱解析时，还应注意以下几点,:,（,1,）光谱解析的正确性依赖于能否得到一张最佳的光谱图。,（,2,）对未知塑料或添加剂的红外谱图的正确判别，除要掌握红外分析的有关知识外，还必须对高聚物样品的来源性能及用途有足够的了解。,（,3,）塑料谱图虽与分子链中重复单元的谱图相似，但它仍有自身的特殊性。由于聚集态结构的不同、共聚物序列结构的不同等都会影响谱图，因此在解析谱图时要特别注意。,（四）红外光谱在塑料研究中的应用,1,塑料材料的分析与鉴别,图,3-12,未知聚合物谱图,从,1500cm,-1,和,1590cm,-1,吸收带可看出有苯环骨架振动谱带,820cm,-1,是对位取代苯环上相邻两个氢的面外弯曲振动,而,1700,2000cm,-1,的一组不强的吸收带是苯环的,C-H,面外弯曲振动的倍频和合频，证明有苯环的存在。,1760cm,-1,是,C=O,的伸缩振动谱带。,1220cm,-1,、,1190cm,-1,、,1160cm,-1,等谱带是,C-O,的伸缩振动吸收带,1080cm,-1,和,1050 cm,-1,是,C-O-,与苯环相连的醚键的伸缩振动，,1380cm,-1,和,1360cm,-1,这双峰吸收，是两个甲基同连接在一个碳原子上的偕二甲基的特征峰,2950cm,-1,是,CH3,上的饱和,C-H,伸缩振动吸收带,由此，再查证标准谱图，可以得出该未知物是聚碳酸酯。,2,聚合反应过程的研究,图,3-13,环氧树脂交联反应谱图,913cm,-1,的吸收峰是环氧基的特征峰，随着反应进行，该峰逐渐减小。,3,高聚物结晶形态的研究,用红外吸收光谱可测定高聚物样品的结晶度，也可研究结晶动力学等。,由于完全结晶高聚物的样品很难获得，因此不能仅用红外吸收光谱独立地测量结晶度的绝对量，需要依靠其它测试方法如,X,射线衍射法等测量的结果作为相对标准来计算结晶谱带的吸收率。,三、分光光度法,分光光度分析是基于不同物质的分子、原子或离子对电磁辐射的选择性吸收而建立起来的方法，属于,吸收光谱,分析。,它以物质微粒吸收某一波长的光为基准，表现为微粒的吸光度值（,A,）为波长（,）的函数关系。将吸光度对波长作图，即得到吸收曲线（或称为吸收光谱）。,其中最大吸收波长（,max,）表示物质对辐射的特征吸收或选择吸收，它与物质微粒的结构有关。,（一）目视比色法和光电比色法,1,目视比色法,用眼睛观察、比较溶液颜色深浅以确定物质含量的方法称为目视比色法,2,光电比色法,是借助光电比色计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，然后根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求出被测物质的含量的。,光电比色计通常是由光源、滤光片、比色皿、光电池、检流计等五个部件组成。,（二）分光光度法,1,分光光度法的基本原理,分光光度分析的理论基础是,朗伯,比耳定律,，它以被测物质分子吸收某一波长的单色光为基础,I/I,0,=10,-abc,或,l,g,(,I,0,/,I,)=,abc,式中：,I,0,，入射光的强度；,I,，透射光的强度；,a,，吸光系数；,b,，光通过透明物的距离，一般即为吸收池的厚度，其单位用,cm,表示；,c,，被测物质的浓度，,g/L,；,I,/,I,0,，透射比,2,分光光度法的特点,灵敏度高，可测物质浓度为,(10,-5,10,-6,)mol/L,，即相当于含量为（,0.001,0.0001,）,%,的微量物质；,准确度较高，分光光度法的相对误差为（,2,5,）,%,；,操作简便、快捷，在试样处理为试液后，一般只需要显色和测定两个步骤便可得结果；,应用广泛，几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可以直接或间接地用比色法或分光光度法进行测定。,分光光度计的特点：,入射光是,单色光,，可以得到精确细致的吸收光谱曲线；,可以任意选取某种波长的单色光，利用吸光度的加和性，可以同时测定溶液中,两种或两种,以上的组分；,入射光的,波长范围扩大,了，只要在紫外或红外光区域中有吸收峰的物质，都可以用分光光度法进行测定。,一般按工作波长范围,分类,。原子吸收分光光度计主要用于低含量元素的定量测定，紫外,可见分光光度计主要应用于无机物和有机物的测定，红外分光光度计主要用于结构分析。,图,3-14,单光束分光光度计的光路示意图,图,3-15,双光束分光光度计原理示意图（,M1,、,M2,、,M3,、,M4,为反射镜）,3,分光光度法测定方法及应用,分光光度法是通过测量吸光物质对单色光的吸收，根据光吸收定律来确定物质的含量的方法。,（,1,）原子吸收分光光度法,是基于待测物质基态原子蒸气对锐线光源发射的特征谱线的吸收,对元素进行定量的分析方法。,在冶金、矿山、农业、环保、石油、化工、食品、医药卫生、材料、生命科学等行业的分析实验室得到广泛应用。,（,2,）紫外,可见分光光度法,属于分子吸收光谱分析法。,是根据物质分子对紫外、可见光区辐射的吸收特征，对物质的组成进行定性、定量及结构分析的方法。,由于具有较高的灵敏度和准确度，选择性较好，操作快速、简便，仪器设备价格低廉、简单。,在工业、农业、医药卫生、食品检验、环保、生命科学、科研等领域得到广泛应用。,（,3,）红外分光光度法,是依据物质对红外光区电磁辐射的特征吸收，对化合物分子结构进行测定和物质化学组成进行分析。,分析特征性强，气体、液体、固体样品都可以测定，具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点,能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有效的方法之一,在化学、化工、催化、石油、材料、生物、物理、医学、大气、环境、地理、天文等诸多研究领域得到了广泛应用。,（三）应用举例,SN/T 2183-2008,规定了通过分光光度法，测定高分子材料食品模拟物中甲醛的迁移量，适用于与食品接触的高分子材料中甲醛（包括由六亚甲基四胺转化的甲醛）在四种食品模拟物（水，,3%,乙酸溶液，,10%,乙醇溶液和橄榄油）中迁移量的测定。,四、激光拉曼光谱法,拉曼光谱是一种散射光谱,拉曼光谱分析法是基于印度科学家,C.V.,拉曼,(Raman),所发现的拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面的信息，并应用于分子结构研究的一种分析方法。,（一）拉曼光谱的基本原理,若入射光光子与样品分子在发生碰撞时有能量交换，不仅改变了方向，而且散射光的频率也发生改变而不同于激发光的频率，即称为非弹性碰撞，这种光散射就称为拉曼散射。,产生拉曼散射的原因是光子与分子之间发生了能量交换，若光子把一部分能量给了样品分子，得到的散射光能量减少，在垂直方向测量到的散射光中，可以检测到频率为,(,0,-,E/h,),的线，称为斯托克斯线；,拉曼散射效应能级跃迁图,（二）拉曼光谱的特点,与红外光谱相比，拉曼散射光谱主要具有下述优点：,（,1,）拉曼光谱的生成是一个散射过程，因而任何大小、形状、透明程度不一的样品，只要能被激光照射到，就可直接用于测量。由于激光束直径小，可聚焦，极徽量的样品也都可以测量。,（,2,）水由于极性很强，其红外吸收非常强烈。但水的拉曼散射却极微弱，因而水溶液样品可直接进行侧量。此外，玻璃的拉曼散射也较弱，玻璃可作为窗口材料。,（,3,）对于聚合物来说，拉曼光谱可得到更丰富的谱带，,S-S,C-C,C=C,N=N,等化学键在拉曼光谱中的信号都很强烈。,（三）拉曼光谱在塑料结构研究方面的应用,拉曼光谱在表征高分子链的碳,-,碳骨架振动方面更为有效；对于同类型聚合物的区分，拉曼光谱也有其独到之处。,图,3-19,聚酰胺的拉曼光谱图（,a,）尼龙,-8,（,b,）尼龙,-11,THANK YOU,SUCCESS,2025/9/3 周三,46,可编辑,图,3-20,丙烯在,1600cm,-1,以下的拉曼谱图（,a,）无规；（,b,）间规；（,c,）等规,图,3-21,丙烯在,1600cm,-1,以下的红外光谱图（,a,）无规；（,b,）间规；（,c,）等规,图,3-22,聚乙烯的拉曼光谱（,a,）高密度；（,b,）低密度；（,c,）低密度熔体,拉曼光谱也可用于塑料的风化、降解、结晶度和取向性等方面的研究,第三章 塑料的仪器分析法,第三节 热分析和热,-,力分析,热分析是在规定的气氛中测量样品的性质随时间或温度的变化、并且样品的温度是程序控制的一类技术。,物理性质,热分析方法,简称,定义,质量,热重法,TG,测量物质的质量与温度关系的一种技术,逸出气分析法,EGA,测量自物质放出的一种,(,或数种,),挥发物的类别及分量与温度关系的一种技术,温度,差热分析法,DTA,测量物质与参比物之间温度差与温度关系的一种技术,热量,差示扫描量热法,DSC,测量输给物质与参比物的功率差与温度关系的一种技术,尺寸,热膨胀法,TD,测量物质在可忽略的负荷下尺度与温度关系的一种技术,力学特性,热机械分析法,TMA,测量物质在受非振荡性负荷下所产生的形变与温度关系的一种技术,动态热机械法,DMA,测量物质在受振荡性负荷下动态模数或阻尼与温度关系的一种技术,一、热重分析,(,一,),测试原理,热重法（,TG,）是在程序控温下测量物质的质量与温度,(,或时间,),关系的一种方法。,微商热重法（,DTG,），它是将所得到的,TG,曲线再取其一阶导数的方法。,凡是物质加热（或冷却）过程中有重量变化的，,(,聚合物的热裂解以及配合剂的挥发等,),都可以测量。,如果没有重量变化的过程则不能使用这两种方法来测量。,(,例如，聚合物的玻璃化转变过程,),。,图,3-23,热天平的原理图,图,3-24,热天平的基本构造,（,1.,试样；,2.,加热炉；,3.,热电偶；,4.,散热片；,5.,气体入口；,6.,天平梁；,7.,吊带；,8.,磁铁）,从一个样品的,TG,曲线中可得出如下信息：,开始失重的温度；,失重结束时的温度；,失重的量,(,从纵坐标表示出,),；,失重是单阶段还是多阶段及各阶段相对的温度和失重量；,失重的速率，它可从失重曲线的斜率了解到，曲线斜率大的失重速度快，反之则较缓慢，还可从曲线作反应速度、反应级数和反应活化能的推导。,图,3-25 TG,曲线示意图,(,左,),、,DTG,曲线示意图（右）,（二）在塑料材料研究中的应用,1,高分子材料热稳定性的评定,图,3-26,用,TG,确定,5,种塑料材料的相对热稳定性,2,塑料中添加剂的分析,图,3-27,用,TG,分析聚丁酸乙烯酯,(PVB),树脂中增塑剂含量（,1.PVB,；,2.,萃取了增塑剂树脂,(PVB+,增塑剂,),；,3.PVB+,增塑剂）,图,3-28,软质,PVC,中增塑剂的测定,3,共聚物和共混物的分析,图,3-29,乙烯,-,乙酸乙烯共聚物的,TG,曲线,4,塑料中水分,(,含湿量,),的测定,图,3-30,玻璃纤维增强尼龙的,TG,曲线,5,其他,塑料材料氧化诱导期的测定。,根据诱导期的长短可以评定塑料的耐热氧化稳定性，可作为塑料的配方筛选、评比及鉴定的一种方法。,利用固化反应伴随放热效应，研究热固性塑料的固化过程。,如酚醛树脂固化过程为缩合反应，有水生成，利用,TG,测定此类固化反应脱水失重过程即可研究酚醛树脂的固化过程。,利用,TG,研究塑料材料的热分解动力学。,二、差热分析和示差扫描量热分析,（一）差热分析,1,差热分析原理,差热分析是指在相同条件下加热,(,或冷却,),试样和参比物,并记录下它们之间所产生的温度差别的一种分析技术。,试样发生任何物理和化学变化时释放出来的热量使试样温度暂付升高并超过参比物的温度，从而在,DTA,曲线上产生一个放热峰。相反地，一个吸热的过程将使试样温度下降，而且低于参比物的温度，因此，在,DTA,曲线上产生一个吸热峰。,2,差热分析仪器的组成,差热分析仪都是由三大部分组成：,（,1,）被测物质的物理性质检测装置部分。,（,2,）温度程序控制装置部分。,（,3,）显示记录装置部分,(,二,),示差扫描热分析,1,示差扫描量热法的测试原理,（,1,）示差扫描量热法定义,差示扫描量热法是在程控温度下，测量输入到物质和参比物之间的功率差与温度关系的技术，用数学式表示为,d,H,/d,t,=,f,(,T,或,t,),（,3-14,）,（,2,）示差扫描量热法测试原理,示差扫描量热法,DSC,则要求试样和参比物温度不论试样吸热或放热都要处干,“,动态零位平衡状态,”,，即使,T0,，,DSC,测定的是维持试样和参比物处于相同温度所需要的能量差，这是,DSC,与,DTA,最本质的不同，如何实现,T0,，就是通过功率补偿。,目前功率补偿的方式有以下三种,:,保持参比物,R,侧以给定的升温速率升温，通过变化试样侧的加热量来达到补偿的作用，如试样放热，则试样侧少加热；如试样吸热，则试样侧多加热。,在程序控温过程中同时变化试样侧与参比物侧的电流来达到,T,0,。试样放热时。试样侧少通电流，而参比物侧多通电流。,当试样放热时，只对参比物侧通电流，试样吸热时，只对试样侧通电流，使,T,0,，此种方式对程序控温影响最大。,DSC,的加热方式可分为两种,:,一种叫外加热式，另一种叫内加热式。,2.,示差扫描量热法仪器组成,热流型示差扫描量热法，实际上就是定量差热分析,3.,影响热分析测量的实验因素,对于差热分析和示差扫描量热法，有许多因素会影响实验的最终结果。这些因素可分三大类；,仪器方面的因素；,操作条件的影响；,试样方面的因素。,4,热分析技术的应用,热分析技术有以下几方面应用：,热分析曲线可作为物质鉴定的指纹图；,进行热力学研究；,进行物质结构与物理性能关系的研究；,反应动力学的研究。,研究聚合物的相转变，测定结晶温度、结晶度、熔点等温结晶动力学参数和玻璃化转变温度以及研究聚合、固化、交联、氧化、分解等反应，并测定反应温度或反应温区、反应热、反应动力学参数等。,图,3-32,聚合物典型的,DSC,热谱图,三、动态力学分析,（一）动态力学分析的原理,动态力学分析,(DMA),指在程序控制温度下，测量物质在受振荡性负荷下动态模数或阻尼与温度关系的一种技术，用于研究材料力学性能与速率的依赖性。,DMA,和,DSC,测定得到,Tg,的差别主要是,DMA,是动态测试，而,DSC,是静态测试。,与温度谱相比，,DMA,频率谱在研究分子运动活化能或将聚合物作为减振隔声等阻尼材料应用时，显得更为重要。,（二）动态力学分析的仪器,图,3-33 DMA,仪器的示意图,（,1.,电,-,力转换器；,2.,平衡重量；,3.,热电偶；,4.,样品；,5.,活动支点；,6.,驱动器；,7.,频率显示器；,8.,阻尼显示；,9.,记录仪；,10.,程序控制器）,图,3-34,弯曲模式,图,3-35,剪切模式,动态力学分析仪器作用模式,振动模式,形变模式,模量类型,频率范围,/Hz,自由振动,扭转,剪切模量,0.1,10,强迫共振,固定,-,自由弯曲,弯曲模量,10,10,4,S,形弯曲,弯曲模量,3,60,自由,-,自由扭转,剪切模量,10,2,10,4,纵向共振,纵向模量,10,4,10,5,强迫非共振,拉伸,杨氏模量,10,-3,200,单向压缩,弯曲模量,单、双悬臂梁弯曲,弯曲模量,三点弯曲,弯曲模量,扭转,剪切模量,S,形弯曲,弯曲模量,10,-2,85,平行板扭转,剪切模量,0.01-10,声波传播,声波传播,杨氏模量,3,10,3,10,4,超声波传播,纵向与剪切模量,1.25,10,6,10,7,表,3-4,动态力学试验方法,（三）动态力学分析的应用,图,3-36 EP/PP,共混物的,DMA,温度谱,第三章 塑料的仪器分析法,第四节 显微技术,一、显微技术概述,光学显微镜的分辨率最高只能达到,200nm,，有效放大倍率为,1000,2000,倍。,电子显微镜,(EM),，是利用电子束对样品放大成像的一种显微镜，包括扫描电镜,(SEM),和透射电镜（,TEM,）两大类型。,1924,年，法国科学家,De Broglie,证明电子在真空中运动的速度与加速电压有关，这种随加速电压改变的电子波长叫做德布罗利波。,1926,年，德国科学家,Garbor,和,Bush,发现用铁壳封闭的铜线圈对电子流能折射聚焦。上述两个重大发现为电镜的研制提供了重要的理论基础。,1932,年德国科学家,Ruska,和,Knoll,制造出第一台电子显微镜。,1939,年德国西门子公司批量生产，当时生产了,40,台投入国际市场。,1965,年英国剑桥仪器公司生产的第一台商品扫描电镜。,1968,年美国芝加哥大学，,Knoll,成功研制了场发射电子枪，并将它应用于扫描电镜，可获得较高分辨率的透射电子像。,1982,年德国物理学家,Gerd Binnig,与瑞士物理学家,Heinrirh Rohrer,在瑞士苏黎世研究所工作时发明了扫描隧道显微镜,(STM),，并因此共同获得了当年的诺贝尔物理奖。,1986,发明的原子力显微镜，可以在任何环境,(,如液体、空气,),中成像，在纳米级、分子级水平上作研究。商用产品出现在,1989,年。,我国,1958,年在长春中国科学院光学精密机械研究所生产了第一台中型电镜。,1975,年在中国科学院北京科学仪器厂试制了第一台,DX-3,型扫描电镜。,二、透射电子显微镜,1,原理,透射电了显微镜使用了电子波作为光源，当电子波与物体产生相互作用时其运动状态会发生变化。,每一张电子显微像都是由亮度变化的像点构成的，这种变化实际上反映了电子波强度的变化，这种电子波强度的变化就形成了所谓衬度,(,或称为反差,),。当用,TEM,观察物质结构时，所得到的基本信息就是图像上衬度变化。,2,设备,透射电子显微镜它主要包括电子光学系统、真空系统和电器三部分。,图,3-37,透射电镜工作示意图,3,应用,透射电子显微镜具有很高的分辨率和放大倍率，在高分子研究中已成为一种不可缺少的分析工具之一。,借助于透射电子显微镜，可以研究高分子内部细微的形态与结构,分析高分子中各种固体颗粒的形状、大小、粒度分布,研究高分子的晶格、网络、相对分子质量分布,高分子材料因表面起伏现象而呈现出的微观结构等。,图,3-39,高抗冲聚苯乙烯（,HIPS,）的,TEM,照片,图,3-38,聚乙烯在,83,C,、,0.05%,环境下生成的单晶,三、扫描电子显微镜,（一）概述,科学界已成功研发制造出电镜有：,典型的扫描电镜,扫描透射电镜,(STEM),场发射扫描电镜,(FESEM),冷冻扫描电镜,(Cryo-SEM),低压扫描电镜,(LVSEM),环境扫描电镜,(ESEM),扫描隧道显微镜,(STM),扫描探针显微镜,(SPM),原子力显微镜,(AFM),等,（二）仪器构造、成像原理及主要特点,1,仪器构造、成像原理,由电子束会聚系统、样品室、真空系统、电子学系统和显示部分组成。,2,SEM,的主要特点,(1),放大倍率高,(2),图像分辨率高,(3),景深大,(4),保真度好,(5),试样制备简单,在彩色扫描电子显微镜下的一只胡蜂的头部,在彩色扫描电子显微镜下的一只蜜蜂的头部,（三）,SEM,的在塑料材料研究中的应用,扫描电镜技术被广泛应用于高分子多相体系的形态结构、界面状况、损伤机制及材料性能预测等方面的研究,聚二甲硅氧烷的聚合物,这张图像展现的是一种带有细薄黑涂层的聚合体材料的扭曲反应这种聚合体材料浸泡在水中时，其中心部分吸收水分导致膨胀，黑涂层便开始扭曲，收缩形成具有立体视觉的皱纹图像,四、原子力显微镜,1.,概述,AFM,可以用于观察物质表面总电子密度的形貌，弥补了扫描隧道显微镜,(STM),不能观测非导电样品的缺陷。,AFM,具有操作容易、样品制作简单、分辨率高等优点,可以在真空、气相、液相和电化学的环境下直接观察样品；对于绝缘性试样，如有机固体、聚合物及生物分子等也可进行观察。,类型：摩擦力显微镜（,FFM,）、粘弹性显微镜（,SVM,）、磁力显微镜（,MFM,）、静电力显微镜（,EFM,）、表面电位显微镜（,SEPM,）、热探测显微镜（,SThM,）、近接场光扫描显微镜（,NSOM,）。,可用来研究材料表面的力学特性、电磁特性、表面电位分布、表面热特性及光学特性等。,2.,仪器结构与原理,3.,原子力显微镜的工作环境,（,1,）真空环境：,真空,AFM,避免了大气中杂质和水膜的干扰，但其操作较复杂。,（,2,）气相环境,:,在气相环境中，,AFM,操作比较容易，它是广泛采用的一种工作环境，因,AFM,操作不受样品导电性的限制，它可以在空气中研究任何固体表面。气相环境中,AFM,多受样品表面水膜干扰。,（,3,）液相环境：,在液相环境中，,AFM,是把探针和样品放在液池中工作，它可以在液相中研究样品的形貌,;,液相中,AFM,消除了针尖和样品之间的毛细现象。,（,4,）电化学环境：,电化学系统为,AFM,提供了另一种控制环境，电化学,AFM,是在原有,AFM,基础上添加了电解池、双恒电位仪和相应的应用软件电化学,AFM,可以现场研究电极的性质，包括化学和电化学过程诱导的吸附、腐蚀以及有机和生物分子在电极表面的沉积和形态变化等。,4.,原子力显微镜在高聚物研究中的应用,原子力显微镜在高聚物研究中的应用主要在以下几个方面：,AFM,对高分子的研究发展十分迅速，可以应用于高分子表面形貌和纳米结构的研究；,微观尺寸下聚合物材料性质的研究；,多组分样品的相分布研究；,材料亚表面结构的研究。,AFM,直接进行高分子形态、结构、构象等观察的同时还可进行凝聚态方面的研究。,等规立构,PP,和对称式,SBS,的形貌,THANK YOU,SUCCESS,2025/9/3 周三,91,可编辑,