《聚合物表征》总复习课件
聚合物的表征-IR
乙酸酐的两个羰基间隔一个氧原子，它们发生 耦合。羰基的频率分裂为1818和1750 cm-1。(如 果没有耦合其羰基振动将出现在约1760 cm-1)
0 .3
724.93
0 .2
1371.81
0 .1
0 .0
- 0.1
- 0.2
4 00 0
3 50 0
3 00 0
2 50 0
2 00 0
1 50 0
1 00 0
5 00
PE的IR谱图（吸光度） Wavenumbers (cm-1)
2. 物理原理
2.1分子振动形式 2.1.1伸缩振动(伸展振动)（Stretching Vibration）
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
4000
3500
3000
2500
2000
Wavenumbers (cm-1)
1500
1000
500
1.5.2红外光谱图 最常用的两种表达方式
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。
横坐标 波长
波数
纵坐标 透过百分比 吸光度
特征频率总是伴随相应基团出现
实际
不同分子中同一基团的特征频率总是在一定 范围内有所偏移的
例:C＝O在IR谱图中的位置变化
不同类分子中C＝O的吸收带可在 1650—1900cm-1间变化
醛
1640-1740cm-1
酮
1705-1725cm-1
酸
1700 cm-1
酯
1725-1740cm-1
酰胺
1640-1720cm-1
聚合物表征绪论2014
材料科学与工程学院
X射线衍射法测结晶度
Sc Xc Sc Sa
最准确的方法
聚乙烯粉末衍射图
材料科学与工程学院
材料科学与工程学院
课程安排
第1~5周 第6~8周 第9周
课堂教学 （教409） 实验教学（综合楼） 考试
材料科学与工程学院
课程内容
绪论 红外光谱(IR) X射线衍射光谱(XRD) 凝胶渗透色谱(GPC) 热分析(DSC及TGA) 动态力学性能研究(DMTA) 显微分析 加工性能分析
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学习目标
重点
了解相关仪器的基本结构和测量原理 掌握相关仪器的功能及可提供的信息 基本具备利用多种分析手段对聚合物结构和性能 进行综合分析的能力
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课程考核
平时成绩 30% （出勤情况+实验报告）
考试 70%
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绪论
聚合物表征：用现代实验技术（物理、化 学），特别是用近代仪器分析手段,从
主要用于测定化合物的分子式和分子量
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质谱图上提供的信息
样品元素组成； 物质的分子量； 物质的结构信息---结构不同，分子的碎片不同(质荷比不 同)； 复杂混合物的定性定量分析---与色谱联用(GC-MS)； 样品中原子的同位素比
质谱(MS) 在聚合物材料中的应用
高分子材料中间体及添加剂成分分析 热解机理研究（与热重联用）
材料科学与工程学院
应用实例：区分不同连接的相同原子
材料科学与工程学院
聚合物链二次结构的表征
分子量及其分布
Hale Waihona Puke 二次结构的表征交联度
《高中化学一课时：材料世界的奇迹-聚合物》PPT课件
分子链之间存在交联结构，如橡胶。
聚合反应
1
自由基聚合
自由基引发聚合反应，如聚合乙烯。
阴离子聚合
2
阴离子引发聚合反应，如聚丙烯酸。
3
降解反应
聚合物的降解反应，如聚酯纤维的水解 降解单体共聚而成的聚合物，如 聚苯乙烯。
热固性塑料
加热后会交联固化，形成硬、耐热的聚合物， 如环氧树脂。
3
纤维原料
用于纺织业，如聚酯纤维。
电子材料
4
用于电子元件的绝缘材料、导电材料等。
聚合物的环保问题
1 聚合物的生产会产生
污染
生产聚合物需要耗费能源 和产生废气、废水、废固 体。
2 聚合物的降解问题
聚合物的降解速度较慢， 容易积累在环境中。
3 聚合物废弃物的处理
方法
需要开发环保的废弃物处 理方法，如循环利用和分 解利用。
总结
聚合物的历史与现状
聚合物产业的历史发展和目前 的重要地位。
聚合物的应用前景
聚合物在未来的应用发展趋势 和前景预测。
聚合物的环保重要性
聚合物对环保的影响和环保意 识的重要性。
高中化学一课时：材料世 界的奇迹——聚合物
聚合物是材料世界的奇迹之一。本课时将介绍聚合物的定义、分类，聚合反 应，结构与性质，生产，应用以及环保问题。
聚合物的定义与分类
定义
聚合物是由重复单元（或称聚合单体）通过共 价键连接而成的大分子化合物。
分支聚合物
分子链呈分支状排列，如聚氯乙烯。
线性聚合物
分子链呈直线排列，如聚乙烯。
热塑性塑料
在加热后可以软化、塑性可变，如聚乙烯。
弹性体
拥有良好的弹性和回弹性，如天然橡胶。
聚合物表征
聚合物表征电子显微镜分析1：电子光学基础：（1）（高速入射）电子与试样作用产生哪些物理信息？主要会产生一些不同的反射电子，比如背散射电子，二次电子和俄歇电子。
以及产生特征X射线。
这是由于试样原子的内层电子被激发，外层电子向内层跃迁产生的。
电磁透镜的像差有哪些？它们是怎样产生的，如何来消除和减少像差？（2）电子波有何特征？与可见光有何异同？答：@电子波特征：电子波属于物质波。
电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，。
若电子速度较低，则它的质量和静止质量相似；若电子速度具有极高，则必须经过相对论校正。
·@电子波和光波异同：不同：不能通过玻璃透镜会聚成像。
但是轴对称的非均匀电场和磁场则可以让电子束折射，从而产生电子束的会聚与发散，达到成像的目的。
电子波的波长较短，其波长取决于电子运动的速度和质量，电子波的波长要比可见光小5个数量级。
另外，可见光为电磁波。
相同：电子波与可见光都具有波粒二象性。
（3）分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。
聚焦原理：电子在磁场中运动，当电子运动方向与磁感应强度方向不平行时，将产生一个与运动方向垂直的力（洛仑兹力）使电子运动方向发生偏转。
在一个电磁线圈中，当电子沿线圈轴线运动时，电子运动方向与磁感应强度方向一致，电子不受力，以直线运动通过线圈；当电子运动偏离轴线时，电子受磁场力的作用，运动方向发生偏转，最后会聚在轴线上的一点。
电子运动的轨迹是一个圆锥螺旋曲线。
@ 结构的影响： 1）增加极靴后的磁线圈内的磁场强度可以有效地集中在狭缝周围几毫米的范围内； 2）电磁透镜中为了增强磁感应强度，通常将线圈置于一个由软磁材料（纯铁或低碳钢）制成的具有内环形间隙的壳子里，此时线圈的磁力线都集中在壳内，磁感应强度得以加强。
狭缝的间隙越小，磁场强度越强，对电子的折射能力越大。
3）改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距（4）电磁透镜的像差是怎样产生的，如何消除和减少像差？像差有几何像差（球差、像散等）和色差球差是由于电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的；为了减少由于球差的存在而引起的散焦斑，可以通过减小球差系数和缩小成像时的孔径半角来实现像散是由透镜磁场的非旋转对称而引起的；透镜磁场不对称，可能是由于极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因导致的。
聚合物的表征概述
目录1 前言 (1)2 表征方法 (2)2.1 红外光谱法(IR) (2)2.2 核磁共振法(NMR) (4)2.3 热分析法 (4)2.4 扫描电镜法 (6)2.5 X-射线衍射法 (6)2.6 原子力显微镜法 (7)2.7 透射电镜法 (8)3 聚合物表征的相关研究 (9)4 结论 (9)参考文献 (10)聚合物表征方法概述摘要：介绍了常规的聚合物的表征方法，具体叙述了红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、核磁共振(NMR)等的原理、方法、特点、局限性及改进方法并展望了聚合物表征方法的发展趋势。
关键词: 聚合物表征方法Summary of polymer characterization methodsAbstrac t：The conventional polymer characterization methods were introduced in this paper. The principle, method, characteristics infrared spectra (IR), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and the nuclear magnetic resonance (NMR) have been described, the limitations, the improved method and the predicts the development trend of those polymer characterization methods have been summarized. Keyword：polymer characterization method1 前言功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料[1]。
它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。
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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
《聚合物表征》总复习课件
区分晶态与非晶态
由衍射花样判断
非晶无取向：
弥散环
非晶取向：
赤道线上的弥散斑
结晶无取向： 结晶取向：
有系列同心锐环 有系列对称弧
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
《聚合物表征》总复习课件
热分析 (Thermal Analysis)
1. 概述 2. 热重分析 (TG) 3. 示差扫描量热法 (DSC) 4. 动态力学分析 (DMA)
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）
《聚合物表征》总复习课件
1
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）
Cloisite 30B
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《结聚晶合物后表不征》会总重复习新课聚件 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
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3
NMR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。
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4
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
结果与讨论:
Cloisite 15A
1.d(001)=32.36À
38.08À 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。 《聚合物表征》总复习课件
Cloisite 25A
1.d (001)=20.04À
36.03À 插层结构；
2.峰变宽，局部平《行聚堆合物积表的征》结总构复习被课破件 坏，插层/剥离结构共存
总衍射强度 = 晶相与非结晶相 衍射强度之和
晶区衍射
衍射强度
Xc
Ac
Ac k Aa
Ic Ic
Ia Ia
Ac ：晶相的衍射面积 Aa ：非晶相的散射面积
背景
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非晶区衍射 衍射角2
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：
结晶高度取向：
对称斑点
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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
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广角X光衍射法
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：
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.
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纯度
共混体系的相容性
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5
光学显微镜在聚合物研究中 的应用
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制样方法
热压制膜 溶液挥发成膜
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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
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结晶温度对球晶形态的影响
(a)
(b)
H m0为相同化学结构、100%结晶的同类样品的熔融热焓
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红外法测结晶度
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.
核磁法测结晶度
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放热 dH/dt(mW) 吸热 线
分解气化
固固 一级转变
DSC
曲线
Tg
结晶
Tc
Tm
放热行为 （固化，氧化，反应，交联）
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Td
DTA 曲线
DSC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
(c)
(d)
(e)
(f)
Spherulitic morphology (same magnification, bar=100 m) of neat PHBV crystallized at different《t聚em合p物e表ra征tu》r总es复. 习(a课) 8件5, (b) 90, (c) 95, (d) 100, (e) 105, and
核磁共振法（NMR）
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2
质谱(Mass Spectrum, 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 √
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
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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
《聚合物表征》总复习课件
电镜在聚合物研究中的应用