流變&拉曼：表征高分子材料在融化和結(jié)晶過程中的宏觀物性與微觀結(jié)構(gòu)

概述 
高分子的結(jié)晶能力與材料的結(jié)構(gòu)特征相關(guān)，高分子的結(jié)構(gòu)對稱性越高，越容易結(jié)晶。選擇合適的聚乙烯材料，需了解其微觀結(jié)構(gòu)。此外，聚合物的結(jié)晶和融化過程對很多工業(yè)生產(chǎn)工藝有較為重大的影響。研究聚合物結(jié)晶和融化過程，對于聚合物的優(yōu)化改性和優(yōu)化生產(chǎn)工藝來說至關(guān)重要。

聚乙烯產(chǎn)品
安東帕MCR系列流變儀和CORA系列拉曼光譜儀聯(lián)用，研究茂金屬聚乙烯（mPE）融化和凝固過程中物理、化學(xué)性能變化。一方面，流變儀追蹤mPE融化和凝固過程中粘彈性變化，從宏觀角度研究融化和結(jié)晶過程中物理性能的變化；另一方面，拉曼光譜儀測試相同過程mPE分子鏈結(jié)構(gòu)變化，從微觀分子角度展現(xiàn)融化和結(jié)晶過程伴隨的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化。綜合二者，對mPE融化和結(jié)晶過程進(jìn)行了不同層面的探討，為mPE的改優(yōu)化和改性提供了可靠的依據(jù)。

MCR流變儀+CORA拉曼光譜儀
MCR-CORA聯(lián)用示例：結(jié)晶過程 
降溫試驗，觀察樣品的結(jié)晶過程。樣品在降溫初始階段，體現(xiàn)了常規(guī)的熔體行為，即損耗模量高于儲能模量約半個數(shù)量級。在降溫過程中，樣品內(nèi)能下降，分子熱運(yùn)動強(qiáng)度降低，其宏觀行為體現(xiàn)為模量的小幅上升。模量上升的斜率接近于零。隨后樣品的模量快速上升，儲能模量和損耗模量出現(xiàn)交點(diǎn)，樣品黏彈性屬性出現(xiàn)了顯著的變化。這一過程中聚合物發(fā)生了大量結(jié)晶，分子間作用力增加，同時微晶體起到了物理交聯(lián)的作用，造成了樣品的模量上升超過260倍。

同一過程，拉曼光譜圖反應(yīng)了降溫結(jié)晶過程中微觀分子結(jié)構(gòu)的變化。聚乙烯融化過程中聚合物分子CC長鏈構(gòu)象發(fā)生了轉(zhuǎn)變。固態(tài)PE在1128 cm-1峰很明顯，這個峰來自于C-C長鏈全反式構(gòu)象（all-trans conformation）。由于PE的結(jié)晶區(qū)CC鏈主要是C-C長鏈全反式構(gòu)象（all-trans conformation）；因此，可用1128 cm-1峰作為結(jié)晶指標(biāo)。此外，1060 cm-1的出現(xiàn)也與C-C長鏈全反式構(gòu)象（all-trans conformation）有關(guān)。融化狀態(tài)下，PE的C-C鏈的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了大量的鄰位交叉構(gòu)象（gauche conformation）破壞原有的C-C長鏈全反式構(gòu)象，而1083 cm-1來自于鄰位交叉構(gòu)象C-C鏈。因此，用1083 cm-1表征聚合物的“無定形”狀。另外兩個峰，1300 cm-1和1440 cm-1，分來自于CH2的面內(nèi)轉(zhuǎn)動和剪切振動，PE的結(jié)晶過程和融化過程對于這兩個峰強(qiáng)度的影響比較小。