高分子材料的表面改性研究-低場核磁技術(shù)

高分子材料介紹

高分子材料也稱為聚合物材料，它是一類以高分子化合物為基體，再配以其他添加劑所構(gòu)成的材料。高分子材料分類方法有很多，最貼近我們生活的是按應(yīng)用分類，可以分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。其中，橡膠、塑料是大家最熟悉的材料。橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價(jià)力小，分子鏈柔性好，在外力作用下可產(chǎn)生較大形變，除去外力后能迅速恢復(fù)原狀。塑料是以合成樹脂或化學(xué)改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價(jià)力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。

高分子材料特性

很多高分子材料分子結(jié)構(gòu)中存在極易老化的基團(tuán)，那么通過材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或改性，以不易老化的基團(tuán)替代易老化的基團(tuán)，往往可以起到良好的效果?；蛘呤窃诟叻肿臃肿渔溕贤ㄟ^接枝或共聚的方法引入具有抗老化作用的功能基團(tuán)或結(jié)構(gòu)，賦予材料本身以優(yōu)異的抗老化功能，也是研究工作者們常采用的方法，但成本較高，暫且不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用。

高分子材料的表面改性常用方法有：

接枝：就是在高分子的主鏈上接上各種側(cè)鏈，高分子就由線型變成支鏈型了。

嵌段：在高分子的主鏈中插入其它鏈段。比如在聚氨酯鏈中插入聚乳酸鏈段，材料就從不能降解變得可以降解了。

交聯(lián)：就是讓原先是線型或支鏈型的高分子變成網(wǎng)狀，耐熱性、強(qiáng)度都會(huì)提高。

高分子材料研究低場核磁技術(shù)原理

高分子聚合物內(nèi)的溶劑部分流動(dòng)性強(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)度的測試準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高。

石墨烯表面疏水性能研究-低場核磁共振技術(shù)

什么叫親水性和疏水性？

親水性：指帶有極性基團(tuán)的分子，對(duì)水有較大的親和能力，可以吸引水分子，或易溶解于水。這類分子形成的固體材料的表面，易被水所潤濕。具有這種特性都是物質(zhì)的親水性。

疏水性：分子偏向于非極性，并因此較會(huì)溶解在中性和非極性溶液（如有機(jī)溶劑）。疏水性分子在水里通常會(huì)聚成一團(tuán)，而水在疏水性溶液的表面時(shí)則會(huì)形成一個(gè)很大的接觸角而成水滴狀。

材料表面潤濕過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)界面發(fā)生性質(zhì)和能量的變化。當(dāng)水分子之間的內(nèi)聚力小于水分子與固體材料分子間的相互吸引力時(shí)，材料被水潤濕，此種材料為親水性的，稱為親水性材料；而水分子之間的內(nèi)聚力大于水分子與材料分子間的吸引力時(shí)，則材料表面不能被水所潤濕，此種材料是疏水性的（或稱憎水性），稱為疏水性材料。

石墨烯材料獨(dú)牛寺的結(jié)構(gòu)、大的比表面積，使得它擁有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性能，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值逐漸突顯，逐漸成為很多領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)。比表面積是其一個(gè)重要的性質(zhì)，是衡量石墨烯材料性能的一項(xiàng)非常重要的參量，低場核磁共振技術(shù)是一種先進(jìn)的測試懸浮液顆粒表面特性的方法，低場核磁共振法測試時(shí)間短，不需要繁瑣的樣品處理過程，無需引入外部試劑。在監(jiān)測懸浮液狀態(tài)下顆粒與溶劑之間的表面化學(xué)、親和性、潤濕性等方面具有獨(dú)牛寺的優(yōu)勢(shì)。

低場核磁共振技術(shù)用于石墨烯表面疏水性能研究基本原理

材料的親水性與疏水性與顆粒的團(tuán)聚與分散存在直接的關(guān)聯(lián)，低場核磁共振技術(shù)可研究顆粒材料在水中的分散規(guī)律及分散行為與顆粒的潤濕性的關(guān)系，通過顆粒間的相互作用了解分散作用機(jī)制。

對(duì)于潤濕的顆粒體系，顆粒表面會(huì)附著一層液相分子，這些液相分子因無機(jī)相表面的吸附作用而運(yùn)動(dòng)受限。但未與顆粒相接觸的液相分子運(yùn)動(dòng)是自由的，液相分子的馳豫時(shí)間（relaxation time）與它所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)，自由狀態(tài)的液相分子的核磁馳豫時(shí)間要比束縛狀態(tài)的液相分子的馳豫時(shí)間長得多，顆粒分散性更好的體系吸附溶劑量相對(duì)更多，弛豫時(shí)間也就更短。因此，可以利用低場核磁共振技術(shù)來測量懸浮液體系的馳豫時(shí)間，并計(jì)算顆粒的濕潤比表面積（可利用的吸附表面積），進(jìn)而用來研究顆粒的團(tuán)聚狀態(tài)、分散性穩(wěn)定性、親和性以及潤濕性等問題。