低場(chǎng)核磁法研究樹脂交聯(lián)度越大溶脹性越低

當(dāng)將干離子交換樹脂浸入到水中時(shí)，其體積常常要變大，這種現(xiàn)象稱為離子交換樹脂的“溶脹”。影響離子交換樹脂“溶脹”的因素有：

(1)交聯(lián)度:高交聯(lián)度樹脂的“溶脹”能力較低。

(2)活性基團(tuán):活性基團(tuán)越易電離，樹脂的溶脹度就越大。如強(qiáng)酸性、強(qiáng)堿性的交換容量大的樹脂，溶脹率也大。

(3)溶液濃度:溶液中電解質(zhì)濃度越大，樹脂內(nèi)外溶液的滲透壓差反而減小，樹脂的溶脹就小。所以對(duì)于“失水”的樹脂，應(yīng)先將其浸泡在飽和食鹽水中，使樹脂緩慢膨脹，使其不易破碎，就是基于上述道理。

樹脂的交聯(lián)度，即樹脂基體聚合時(shí)所用二乙烯苯的百分?jǐn)?shù)，對(duì)樹脂的性質(zhì)有很大影響。通常，交聯(lián)度高的樹脂聚合得比較緊密，堅(jiān)牢而耐用，密度較高，內(nèi)部空隙較少，對(duì)離子的選擇性較強(qiáng)；而交聯(lián)度低的樹脂孔隙較大，脫色能力較強(qiáng)，反應(yīng)速度較快，但在工作時(shí)的膨脹性較大，機(jī)械強(qiáng)度稍低，比較脆而易碎。工業(yè)應(yīng)用的離子樹脂的交聯(lián)度一般不低于4%；用于脫色的樹脂的交聯(lián)度一般不高于8%；單純用于吸附無機(jī)離子的樹脂，其交聯(lián)度可較高。

樹脂交聯(lián)度一直都是行業(yè)難題,傳統(tǒng)的溶脹法測(cè)試精度低、受人為主觀因素較大。在核磁法中,聚合物弛豫衰減曲線隨樣品內(nèi)部組分狀態(tài)的改變而改變,通過核磁弛豫技術(shù)可快速無損獲得交聯(lián)鏈與非交聯(lián)鏈信號(hào)以得到交聯(lián)度。

高分子聚合物內(nèi)的溶劑部分流動(dòng)性蕞強(qiáng),衰減最慢;非交聯(lián)段具有一定的分子運(yùn)動(dòng)特性,衰減相對(duì)較慢;而交聯(lián)段所受束縛程度大,分子運(yùn)動(dòng)特性小,衰減較快。相比傳統(tǒng)的SE或CPMG序列采集的不同,采用MSE-CPMG新序列采集時(shí),通過施加組合脈沖使得核磁共振信號(hào)在死時(shí)間范圍內(nèi)來回反轉(zhuǎn)從而盡量維持原始的核磁共振信號(hào)強(qiáng)度,以此實(shí)現(xiàn)更加短的弛豫信息采集,交聯(lián)度的測(cè)試準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高。

低場(chǎng)核磁法研究樹脂交聯(lián)度的原理:

低場(chǎng)核磁共振分析技術(shù)是利用脈沖激發(fā)材料樣品中的氫質(zhì)子發(fā)生共振,停止脈沖后,氫質(zhì)子發(fā)生弛豫。樣品中處于不同狀態(tài)的氫質(zhì)子的弛豫時(shí)間是不同的。對(duì)其弛豫信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)分析研究可以直接或者間接檢測(cè)材料的某些特性。低場(chǎng)核磁法是利用低場(chǎng)核磁共振分析技術(shù),通過對(duì)烴鏈上的H分子運(yùn)動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià),根據(jù)弛豫分析模型解析出樣品的交聯(lián)度。測(cè)試過程無需化學(xué)品、對(duì)樣品無損,測(cè)試速度快,一般3分鐘以內(nèi)即可完成測(cè)試。

低場(chǎng)核磁共振分析儀的組成

核磁交聯(lián)密度儀通常由以下幾部分組成：

1)控制單元（控制核心，人機(jī)交互的界面）；

2)磁體單元（產(chǎn)生射頻激勵(lì)并收集信號(hào)的部分）；

3)樣品腔（測(cè)樣部分）。

除以上部分，還有溫度控制、電源模塊等；

低場(chǎng)核磁法研究離子交換樹脂溶脹性

溶脹是指溶劑分子擴(kuò)散進(jìn)入高分子內(nèi)部，使其體積膨脹的現(xiàn)象。溶脹行為是高分子材料的一項(xiàng)重要參數(shù)，高分子材料的平衡溶脹率會(huì)影響到材料中物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)，表面潤(rùn)濕性和機(jī)械強(qiáng)度等。很多研宄將溶脹特性作為一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)來制備具有特殊應(yīng)用的智能材料。

溶脹是高分子材料特有的現(xiàn)象，其原因在于溶劑分子與高分子尺寸相差懸殊，分子運(yùn)動(dòng)速度相差很大，溶劑分子擴(kuò)散速度較快，而高分子向溶劑中的擴(kuò)散緩慢。因此，高分子溶解時(shí)首先是溶劑分子滲透進(jìn)入高分子材料內(nèi)部，使其體積增大，即溶脹。隨著溶劑分子的不斷滲入，溶脹的高分子材料體積不斷增大，大分子鏈段運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，再通過鏈段的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)而達(dá)到整個(gè)大分子鏈的運(yùn)動(dòng)，大分子逐漸進(jìn)入溶液中，形成熱力學(xué)穩(wěn)定的均相體系，即溶解階段，如下圖所示。

溶脹有兩種：

無限溶脹：線形聚合物溶于良好的溶劑中，能無限制吸收溶劑，直到溶解成均相溶液為止。所以溶解也可看成是聚合物無限溶脹的結(jié)果。例：天然橡膠在汽油中；PS在苯中。

有限溶脹：對(duì)于交聯(lián)聚合物以及在不良溶劑中的線形聚合物來講，溶脹只能進(jìn)行到一定程度為止，以后無論與溶劑接觸多久，吸入溶劑的量不再增加，而達(dá)到平衡，體系始終保持兩相狀態(tài)。

低場(chǎng)核磁法研究離子交換樹脂溶脹性：

低場(chǎng)核磁共振設(shè)備主要是檢測(cè)樣品中的H質(zhì)子。將樣品放入磁場(chǎng)中之后，通過發(fā)射一定頻率的射頻脈沖，使H質(zhì)子發(fā)生共振，H質(zhì)子吸收射頻脈沖能量。當(dāng)射頻脈沖結(jié)束之后，H質(zhì)子會(huì)將所吸收的射頻能量釋放出來，通過的線圈就可以檢測(cè)到H質(zhì)子釋放能量的過程，這也就是核磁共振信號(hào)。對(duì)于性質(zhì)不同的樣品，其能量釋放的快慢是不同的，通過這些信號(hào)差別就可以尋找規(guī)律，研究樣品內(nèi)部性質(zhì)。

低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）在研究基于水遷移率的聚合物網(wǎng)絡(luò)的水傳輸和微觀結(jié)構(gòu)方面具有巨大潛力。與高分辨率核磁共振不同，低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）主要用于通過測(cè)量弛豫時(shí)間來闡明反映結(jié)構(gòu)異質(zhì)性和相互作用的分子遷移率。研究表明，低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）是一種快速、無創(chuàng)、無損的測(cè)定水組分分布的方法。

紐邁PQ001系列低場(chǎng)核磁共振分析儀