納米二氧化硅表面改性研究-低場核磁技術(shù)

納米二氧化硅具有常規(guī)材料難以比擬的優(yōu)異性能，在先進陶瓷、微電子、航天航空、生物制藥、光學(xué)檢測等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但由于穩(wěn)定性低、易發(fā)生團聚和難于分散，需要對超細粉體進行適當?shù)谋砻嫣幚硪愿纳祁w粒的表面特性和提高其分散性能，達到應(yīng)用要求。

納米二氧化硅表面改性方法

納米二氧化硅表面改性方法是指改變非金屬礦物粉體表面或界面的物理化學(xué)性質(zhì)的方法，主要有表面物理涂覆、化學(xué)包覆、無機沉淀包覆或薄膜、機械力化學(xué)、化學(xué)插層等。目前工業(yè)上粉體表面改性常用的方法主要有表面化學(xué)包覆改性法、沉淀反應(yīng)改性法、機械化學(xué)改性法和復(fù)合法。

在實際生產(chǎn)過程中，正確評價表面改性效果，對及時調(diào)整改性劑、工藝與設(shè)備參數(shù)等至關(guān)重要。低場核磁共振技術(shù)可用于粉體表面改性研究，特別是懸浮體系的表面特性研究。

低場核磁技術(shù)用于納米二氧化硅表面改性劑研究的基本原理：

對于潤濕的顆粒體系，顆粒表面會附著一層液相分子，這些液相分子因無機相表面的吸附作用而運動受限。但未與顆粒相接觸的液相分子運動是自由的，液相分子的馳豫時間（relaxation time）與它所處的運動狀態(tài)密切相關(guān)，自由狀態(tài)的液相分子的核磁馳豫時間要比束縛狀態(tài)的液相分子的馳豫時間長得多，顆粒分散性更好的體系吸附溶劑量相對更多，弛豫時間也就更短。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間，并計算顆粒的濕潤比表面積（可利用的吸附表面積），進而用來研究顆粒的團聚狀態(tài)、分散性穩(wěn)定性、親和性以及潤濕性等問題。

粉體表面改性研究-低場核磁技術(shù)

超細粉體具有常規(guī)材料難以比擬的優(yōu)異性能，在先進陶瓷、微電子、航天航空、生物制藥、光學(xué)檢測等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但由于穩(wěn)定性低、易發(fā)生團聚和難于分散，需要對超細粉體進行適當?shù)谋砻嫣幚硪愿纳祁w粒的表面特性和提高其分散性能，達到應(yīng)用要求。

粉體表面改性方法

粉體表面改性方法是指改變非金屬礦物粉體表面或界面的物理化學(xué)性質(zhì)的方法，主要有表面物理涂覆、化學(xué)包覆、無機沉淀包覆或薄膜、機械力化學(xué)、化學(xué)插層等。目前工業(yè)上粉體表面改性常用的方法主要有表面化學(xué)包覆改性法、沉淀反應(yīng)改性法、機械化學(xué)改性法和復(fù)合法。

粉體表面改性研究進展

目前，粉體表面改性技術(shù)成為熱點研發(fā)方向之一。目前取得的進展主要是納米金屬或氧化物、氫氧化物、碳酸鹽表面改性的復(fù)合礦物粉體材料，如金屬/空心微珠復(fù)合粉體、金屬氧化物/硅灰石復(fù)合粉體、納米TiO2/多孔礦物復(fù)合粉體、金屬氧化物/重晶石復(fù)合粉體、金屬氧化物/云母復(fù)合粉體等。

在實際生產(chǎn)過程中，正確評價表面改性效果，對及時調(diào)整改性劑、工藝與設(shè)備參數(shù)等至關(guān)重要。低場核磁共振技術(shù)可用于粉體表面改性研究，特別是懸浮體系的表面特性研究。

低場核磁技術(shù)用于粉體表面改性研究的基本原理：

對于潤濕的顆粒體系，顆粒表面會附著一層液相分子，這些液相分子因無機相表面的吸附作用而運動受限。但未與顆粒相接觸的液相分子運動是自由的，液相分子的馳豫時間（relaxation time）與它所處的運動狀態(tài)密切相關(guān)，自由狀態(tài)的液相分子的核磁馳豫時間要比束縛狀態(tài)的液相分子的馳豫時間長得多，顆粒分散性更好的體系吸附溶劑量相對更多，弛豫時間也就更短。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間，并計算顆粒的濕潤比表面積（可利用的吸附表面積），進而用來研究顆粒的團聚狀態(tài)、分散性穩(wěn)定性、親和性以及潤濕性等問題。

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，那么通過材料的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計或改性，以不易老化的基團替代易老化的基團，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、強度都會提高。

高分子材料研究低場核磁技術(shù)原理

高分子聚合物內(nèi)的溶劑部分流動性強,衰減最慢;非交聯(lián)段具有一定的分子運動特性,衰減相對較慢;而交聯(lián)段所受束縛程度大,分子運動特性小,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,通過施加組合脈沖使得核磁共振信號在死時間范圍內(nèi)來回反轉(zhuǎn)從而盡量維持原始的核磁共振信號強度,以此實現(xiàn)更加短的弛豫信息采集,交聯(lián)度的測試準確性進一步提高。

無機粉體表面改性研究-低場核磁技術(shù)

超細粉體具有常規(guī)材料難以比擬的優(yōu)異性能，在先進陶瓷、微電子、航天航空、生物制藥、光學(xué)檢測等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，但由于穩(wěn)定性低、易發(fā)生團聚和難于分散，需要對超細粉體進行適當?shù)谋砻嫣幚硪愿纳祁w粒的表面特性和提高其分散性能，達到應(yīng)用要求。

粉體表面改性方法

粉體表面改性方法是指改變非金屬礦物粉體表面或界面的物理化學(xué)性質(zhì)的方法，主要有表面物理涂覆、化學(xué)包覆、無機沉淀包覆或薄膜、機械力化學(xué)、化學(xué)插層等。目前工業(yè)上粉體表面改性常用的方法主要有表面化學(xué)包覆改性法、沉淀反應(yīng)改性法、機械化學(xué)改性法和復(fù)合法。

粉體表面改性研究進展

目前，粉體表面改性技術(shù)成為熱點研發(fā)方向之一。目前取得的進展主要是納米金屬或氧化物、氫氧化物、碳酸鹽表面改性的復(fù)合礦物粉體材料，如金屬/空心微珠復(fù)合粉體、金屬氧化物/硅灰石復(fù)合粉體、納米TiO2/多孔礦物復(fù)合粉體、金屬氧化物/重晶石復(fù)合粉體、金屬氧化物/云母復(fù)合粉體等。

在實際生產(chǎn)過程中，正確評價表面改性效果，對及時調(diào)整改性劑、工藝與設(shè)備參數(shù)等至關(guān)重要。低場核磁共振技術(shù)可用于粉體表面改性研究，特別是懸浮體系的表面特性研究。

低場核磁技術(shù)用于無機粉體表面改性研究的基本原理：

對于潤濕的顆粒體系，顆粒表面會附著一層液相分子，這些液相分子因無機相表面的吸附作用而運動受限。但未與顆粒相接觸的液相分子運動是自由的，液相分子的馳豫時間（relaxation time）與它所處的運動狀態(tài)密切相關(guān)，自由狀態(tài)的液相分子的核磁馳豫時間要比束縛狀態(tài)的液相分子的馳豫時間長得多，顆粒分散性更好的體系吸附溶劑量相對更多，弛豫時間也就更短。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間，并計算顆粒的濕潤比表面積（可利用的吸附表面積），進而用來研究顆粒的團聚狀態(tài)、分散性穩(wěn)定性、親和性以及潤濕性等問題。

低場核磁技術(shù)用于橡膠老化研究

橡膠老化現(xiàn)象

由于橡膠制品的使用越來越頻繁，橡膠產(chǎn)品在多數(shù)人的印象中是性能優(yōu)異且各方面使用體驗都很好，許多老客戶也慢慢感覺到橡膠制品老化的現(xiàn)象，橡膠制品為什么會出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

橡膠產(chǎn)品為什么會出現(xiàn)老化？

橡膠樹脂的粘合性比許多橡膠都要高，但橡膠同其它橡膠一樣，也會發(fā)生老化現(xiàn)象，由于內(nèi)部分子鏈斷裂，使橡膠的性能發(fā)生了很大的變化。對于橡塑制品來說，橡膠產(chǎn)品危害蕞大的就是紫外線，紫外線會直接導(dǎo)致橡膠分子鏈的斷裂，這是因為橡膠制品可吸收光能使橡膠內(nèi)產(chǎn)生自由分子。

橡膠產(chǎn)品老化的原因主要有以下三點：

1. 經(jīng)常有高溫或高溫環(huán)境。高溫度會加速橡膠材料的氧化環(huán)境，從而導(dǎo)致老化。

2. 化學(xué)因素。歸根結(jié)底，橡膠材料是一種化學(xué)物質(zhì)，有些化學(xué)因素會加速其老化。

3. 臭氧。硅材料很怕臭氧，會使橡膠制品的性能迅速下降，老化得很快。

橡膠老化的試驗方法：

橡膠老化是橡膠性能受損的主要原因之一。由于產(chǎn)品的配方和使用條件各異，老化歷程快慢不一，所以，需要通過檢測技術(shù)對橡膠樣品進行測試，以評定橡膠老化的程度及其對性能的影響。低場核磁技術(shù)可用于橡膠老化檢測。

低場核磁技術(shù)研究橡膠老化基本原理：

紐邁VTMR系列低場核磁共振分析儀

低場核磁共振技術(shù)是通過測定恒定磁場強度下樣品中1H的弛豫時間,從而獲得分子結(jié)構(gòu)動態(tài)信息的方法。其基本原理是通過施加射頻脈沖給予處于恒定磁場中的樣品,使氫質(zhì)子發(fā)生共振,質(zhì)子所吸收的射頻波能量以非輻射的方式釋放后返回到基態(tài),此過程被稱為弛豫過程。弛豫又可分為橫向弛豫和縱向弛豫,樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處物理化學(xué)環(huán)境及存在狀態(tài)決定了弛豫時間的長短。從物理機制上,核磁弛豫過程是自旋氫原子核與環(huán)境之間通過相互作用進行能量交換的過程。核磁共振是自旋不為零的原子在靜磁場中被磁化后,與特定射頻場產(chǎn)生共振吸收現(xiàn)象,吸收射頻脈沖能量后自旋核與周圍物質(zhì)相互作用,釋放能量,并恢復(fù)初始狀態(tài)過程。

橡膠老化是交聯(lián)體系發(fā)生變化的綜合過程,核磁共振的弛豫機制對這種變化具有高敏感性,其主要表現(xiàn)為橫向弛豫時間T2隨反應(yīng)時間延長的規(guī)律性變化。因此通過研究老化過程中橡膠樣品的弛豫時間變化規(guī)律及其與老化性能的關(guān)系,就可以間接評估橡膠老化的特性。

低場核磁技術(shù)用于硅橡膠相容性研究

相容性的定義：

相容性是指共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力。大量的實際研究結(jié)果表明，不同聚合物對之間相互容納的能力，是有著很懸殊的差別的。某些聚合物對之間，可以具有及好的相容性；而另一些聚合物對之間則只有有限的相容性；還有一些聚合物對之間幾乎沒有相容性。由此，可按相容的程度劃分為完荃相容、部分相容和不相容。相應(yīng)的聚合物對，可分別稱為完荃相容體系、部分相容體系和不相容體系。

化工領(lǐng)域相容性

相容性好，是指添加劑(如溶劑、增塑劑等)能長期、穩(wěn)定、均勻地存在于系統(tǒng)中。相容性不好，液態(tài)樹脂會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。塑料制品的析出物若為固體，稱為“噴霜”，若為液體，稱為“出汗”，均影響產(chǎn)品質(zhì)量和外觀。

聚合物的相容性

聚合物對之間的相容性，可以通過聚合物共混物的形態(tài)反映出來。完荃相容的聚合物共混體系，其共混物可形成均相體系。因而，形成均相體系的判據(jù)亦可作為聚合物對完荃相容的判據(jù)。

紐邁PQ001系列低場核磁共振分析儀

低場核磁技術(shù)用于硅橡膠相容性研究基本原理：

低場核磁法的主要檢測對象是氫核(1H),由于聚合物中不同鏈段上的H所處的周圍環(huán)境不一致,H的自旋磁矩(核自旋)存在差異。施加射頻脈沖后,自旋系統(tǒng)在恢復(fù)熱平衡狀態(tài)的過程中表現(xiàn)出來的弛豫行為不同,通過弛豫時間的差異可以體系聚合物的分子動力學(xué)信息。而分子分子動力學(xué)信息直接與聚合物的交聯(lián)密度、老化、填充劑相關(guān)。

在聚合物種，當兩種聚合相互接觸，聚合物鏈彼此相容的情況下，物理交換在T2弛豫過程的時間尺度上通常是緩慢的。由于物理吸附，聚合物鏈大部分固定化。分子流動性也受到很大限制。通過T2弛豫的變化能非常靈敏的檢測到聚合物是否相容。

低場核磁技術(shù)用于增塑劑相容性研究

相容性的定義：

相容性是指共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力。大量的實際研究結(jié)果表明，不同聚合物對之間相互容納的能力，是有著很懸殊的差別的。某些聚合物對之間，可以具有及好的相容性；而另一些聚合物對之間則只有有限的相容性；還有一些聚合物對之間幾乎沒有相容性。由此，可按相容的程度劃分為完荃相容、部分相容和不相容。相應(yīng)的聚合物對，可分別稱為完荃相容體系、部分相容體系和不相容體系。

化工領(lǐng)域相容性

相容性好，是指添加劑(如溶劑、增塑劑等)能長期、穩(wěn)定、均勻地存在于系統(tǒng)中。相容性不好，液態(tài)樹脂會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。塑料制品的析出物若為固體，稱為“噴霜”，若為液體，稱為“出汗”，均影響產(chǎn)品質(zhì)量和外觀。

聚合物的相容性

聚合物對之間的相容性，可以通過聚合物共混物的形態(tài)反映出來。完荃相容的聚合物共混體系，其共混物可形成均相體系。因而，形成均相體系的判據(jù)亦可作為聚合物對完荃相容的判據(jù)。

紐邁PQ001系列低場核磁共振分析儀

低場核磁技術(shù)用于增塑劑相容性研究基本原理：

低場核磁法的主要檢測對象是氫核(1H),由于聚合物中不同鏈段上的H所處的周圍環(huán)境不一致,H的自旋磁矩(核自旋)存在差異。施加射頻脈沖后,自旋系統(tǒng)在恢復(fù)熱平衡狀態(tài)的過程中表現(xiàn)出來的弛豫行為不同,通過弛豫時間的差異可以體系聚合物的分子動力學(xué)信息。而分子分子動力學(xué)信息直接與聚合物的交聯(lián)密度、老化、填充劑相關(guān)。

在聚合物種，當兩種聚合相互接觸，聚合物鏈彼此相容的情況下，物理交換在T2弛豫過程的時間尺度上通常是緩慢的。由于物理吸附，聚合物鏈大部分固定化。分子流動性也受到很大限制。通過T2弛豫的變化能非常靈敏的檢測到聚合物是否相容。

低場核磁技術(shù)用于聚氨酯相容性研究

相容性的定義：

相容性是指共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力。大量的實際研究結(jié)果表明，不同聚合物對之間相互容納的能力，是有著很懸殊的差別的。某些聚合物對之間，可以具有及好的相容性；而另一些聚合物對之間則只有有限的相容性；還有一些聚合物對之間幾乎沒有相容性。由此，可按相容的程度劃分為完荃相容、部分相容和不相容。相應(yīng)的聚合物對，可分別稱為完荃相容體系、部分相容體系和不相容體系。

化工領(lǐng)域相容性

相容性好，是指添加劑(如溶劑、增塑劑等)能長期、穩(wěn)定、均勻地存在于系統(tǒng)中。相容性不好，液態(tài)樹脂會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。塑料制品的析出物若為固體，稱為“噴霜”，若為液體，稱為“出汗”，均影響產(chǎn)品質(zhì)量和外觀。

聚合物的相容性

聚合物對之間的相容性，可以通過聚合物共混物的形態(tài)反映出來。完荃相容的聚合物共混體系，其共混物可形成均相體系。因而，形成均相體系的判據(jù)亦可作為聚合物對完荃相容的判據(jù)。

紐邁PQ001系列低場核磁共振分析儀

低場核磁技術(shù)用于聚氨酯相容性研究基本原理：

低場核磁法的主要檢測對象是氫核(1H),由于聚合物中不同鏈段上的H所處的周圍環(huán)境不一致,H的自旋磁矩(核自旋)存在差異。施加射頻脈沖后,自旋系統(tǒng)在恢復(fù)熱平衡狀態(tài)的過程中表現(xiàn)出來的弛豫行為不同,通過弛豫時間的差異可以體系聚合物的分子動力學(xué)信息。而分子分子動力學(xué)信息直接與聚合物的交聯(lián)密度、老化、填充劑相關(guān)。

在聚合物種，當兩種聚合相互接觸，聚合物鏈彼此相容的情況下，物理交換在T2弛豫過程的時間尺度上通常是緩慢的。由于物理吸附，聚合物鏈大部分固定化。分子流動性也受到很大限制。通過T2弛豫的變化能非常靈敏的檢測到聚合物是否相容。

低場核磁技術(shù)用于涂料相容性研究

相容性的定義：

相容性是指共混物各組分彼此相互容納，形成宏觀均勻材料的能力。大量的實際研究結(jié)果表明，不同聚合物對之間相互容納的能力，是有著很懸殊的差別的。某些聚合物對之間，可以具有及好的相容性；而另一些聚合物對之間則只有有限的相容性；還有一些聚合物對之間幾乎沒有相容性。由此，可按相容的程度劃分為完荃相容、部分相容和不相容。相應(yīng)的聚合物對，可分別稱為完荃相容體系、部分相容體系和不相容體系。

化工領(lǐng)域相容性

相容性好，是指添加劑(如溶劑、增塑劑等)能長期、穩(wěn)定、均勻地存在于系統(tǒng)中。相容性不好，液態(tài)樹脂會出現(xiàn)分層現(xiàn)象。塑料制品的析出物若為固體，稱為“噴霜”，若為液體，稱為“出汗”，均影響產(chǎn)品質(zhì)量和外觀。

聚合物的相容性

聚合物對之間的相容性，可以通過聚合物共混物的形態(tài)反映出來。完荃相容的聚合物共混體系，其共混物可形成均相體系。因而，形成均相體系的判據(jù)亦可作為聚合物對完荃相容的判據(jù)。

紐邁PQ001系列低場核磁共振分析儀

低場核磁技術(shù)用于涂料相容性研究基本原理：

低場核磁法的主要檢測對象是氫核(1H),由于聚合物中不同鏈段上的H所處的周圍環(huán)境不一致,H的自旋磁矩(核自旋)存在差異。施加射頻脈沖后,自旋系統(tǒng)在恢復(fù)熱平衡狀態(tài)的過程中表現(xiàn)出來的弛豫行為不同,通過弛豫時間的差異可以體系聚合物的分子動力學(xué)信息。而分子分子動力學(xué)信息直接與聚合物的交聯(lián)密度、老化、填充劑相關(guān)。

在聚合物種，當兩種聚合相互接觸，聚合物鏈彼此相容的情況下，物理交換在T2弛豫過程的時間尺度上通常是緩慢的。由于物理吸附，聚合物鏈大部分固定化。分子流動性也受到很大限制。通過T2弛豫的變化能非常靈敏的檢測到聚合物是否相容。

水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究-低場核磁技術(shù)

水凝膠是一類為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，它在水中迅速溶脹并在此溶脹狀態(tài)可以保持大量體積的水而不溶解。由于存在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，水凝膠可以溶脹和保有大量的水，水的吸收量與交聯(lián)度密切相關(guān)。交聯(lián)度越高，吸水量越低。水凝膠中的水含量可以低到百分之幾，也可以高達99%。

水凝膠具有良好的生物相容性、低毒性和可生物降解性等特性，用途非常廣泛。水凝膠溶脹過程與水的傳輸和凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，溶脹性能是評價水凝膠的重要參數(shù)。

凝膠的溶脹性評價方法

目前關(guān)于溶脹行為的研究主要是通過測量溶脹水凝膠的重量或體積變化來計算溶脹率。然而，該方法需要從溶液中取出水凝膠并用濾紙擦拭以去除多余的表面水，擦拭過程容易影響測定的準確度和重復(fù)性，從而產(chǎn)生意想不到的誤差。

水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究-低場核磁技術(shù)

低場核磁共振（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，低場核磁共振（LF-NMR）主要用于通過測量弛豫時間來闡明反映結(jié)構(gòu)異質(zhì)性和相互作用的分子遷移率。研究表明，低場核磁共振（LF-NMR）是一種快速、wu創(chuàng)、無損的測定水組分分布的方法。低場核磁可標準氫鍵與周圍水分子之間的相互作用。

對于水凝膠，不同環(huán)境中的水，如凝膠內(nèi)水或外水，可能表現(xiàn)出不同的弛豫性質(zhì)。T2組分對應(yīng)的幅度可以定量并計算膨脹率。此外，基于T2值與水凝膠網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)孔尺寸之間的比例關(guān)系，可以描繪溶脹過程中由于濃度效應(yīng)引起的水凝膠網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)孔尺寸變化。因此，低場核磁共振（LF-NMR）可以作為研究水凝膠溶脹過程中水的動態(tài)傳輸和微觀結(jié)構(gòu)變化的有力工具。此外，低場核磁共振（LF-NMR）不需將水凝膠從溶脹體系中取出，即可直接原位測量水凝膠的T2分布。

低場核磁技術(shù)用于橡膠抗老化研究

橡膠老化現(xiàn)象

由于橡膠制品的使用越來越頻繁，橡膠產(chǎn)品在多數(shù)人的印象中是性能優(yōu)異且各方面使用體驗都很好，許多老客戶也慢慢感覺到橡膠制品老化的現(xiàn)象，橡膠制品為什么會出現(xiàn)老化現(xiàn)象。

橡膠產(chǎn)品為什么會出現(xiàn)老化？

橡膠樹脂的粘合性比許多橡膠都要高，但橡膠同其它橡膠一樣，也會發(fā)生老化現(xiàn)象，由于內(nèi)部分子鏈斷裂，使橡膠的性能發(fā)生了很大的變化。對于橡塑制品來說，橡膠產(chǎn)品危害zui大的就是紫外線，紫外線會直接導(dǎo)致橡膠分子鏈的斷裂，這是因為橡膠制品可吸收光能使橡膠內(nèi)產(chǎn)生自由分子。

橡膠產(chǎn)品老化的原因主要有以下三點：

1. 經(jīng)常有高溫或高溫環(huán)境。高溫度會加速橡膠材料的氧化環(huán)境，從而導(dǎo)致老化。

2. 化學(xué)因素。歸根結(jié)底，橡膠材料是一種化學(xué)物質(zhì)，有些化學(xué)因素會加速其老化。

3. 臭氧。硅材料很怕臭氧，會使橡膠制品的性能迅速下降，老化得很快。

橡膠老化的試驗方法：

橡膠老化是橡膠性能受損的主要原因之一。由于產(chǎn)品的配方和使用條件各異，老化歷程快慢不一，所以，需要通過檢測技術(shù)對橡膠樣品進行測試，以評定橡膠老化的程度及其對性能的影響。低場核磁技術(shù)可用于橡膠老化檢測。

低場核磁技術(shù)研究橡膠抗老化基本原理：

紐邁VTMR系列低場核磁共振分析儀

低場核磁共振技術(shù)是通過測定恒定磁場強度下樣品中1H的弛豫時間,從而獲得分子結(jié)構(gòu)動態(tài)信息的方法。其基本原理是通過施加射頻脈沖給予處于恒定磁場中的樣品,使氫質(zhì)子發(fā)生共振,質(zhì)子所吸收的射頻波能量以非輻射的方式釋放后返回到基態(tài),此過程被稱為弛豫過程。弛豫又可分為橫向弛豫和縱向弛豫,樣品內(nèi)部氫質(zhì)子所處物理化學(xué)環(huán)境及存在狀態(tài)決定了弛豫時間的長短。從物理機制上,核磁弛豫過程是自旋氫原子核與環(huán)境之間通過相互作用進行能量交換的過程。核磁共振是自旋不為零的原子在靜磁場中被磁化后,與特定射頻場產(chǎn)生共振吸收現(xiàn)象,吸收射頻脈沖能量后自旋核與周圍物質(zhì)相互作用,釋放能量,并恢復(fù)初始狀態(tài)過程。

橡膠老化是交聯(lián)體系發(fā)生變化的綜合過程,核磁共振的弛豫機制對這種變化具有高敏感性,其主要表現(xiàn)為橫向弛豫時間T2隨反應(yīng)時間延長的規(guī)律性變化。因此通過研究老化過程中橡膠樣品的弛豫時間變化規(guī)律及其與老化性能的關(guān)系,就可以間接評估橡膠老化的特性。

低場核磁反演技術(shù)

無論是低場核磁縱向弛豫還是低場核磁橫向弛豫，對于決大多數(shù)樣品來說，低場核磁弛豫信號都可以用多指數(shù)函數(shù)來表達。通常情況下，分別利用CPMG實驗和IR實驗來檢測樣品的橫向弛豫過程和縱向弛豫過程，低場核磁弛豫信號的數(shù)學(xué)表達式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示樣品中第i種成分的信號強度，總信號的大小是所有成分產(chǎn)生信號大小的總和，T2i和T1i表示樣品中第i種成分的橫向弛豫時間和縱向弛豫時間。

低場核磁反演技術(shù)：

弛豫信號反演的目標是通過上面的公式(1)、公式(2)來計算樣品中的每個值(或者稱為樣品中質(zhì)子分布的密度函數(shù)，也稱為T1分布或T2分布)。下面采用矩陣的形式重新改寫上述數(shù)學(xué)表達式：

Y=A * F

低場核磁反演技術(shù)實例：

以多組分T2反演為例，如下圖，左邊是回波串，右邊是反演結(jié)果（T2分布）。下式表示每一個回波的等式系統(tǒng)。一般物質(zhì)的T2分布是一個連續(xù)函數(shù)，但是為簡化反演，計算使用一個多指數(shù)模型，并假定T2分布包含有m個獨立的弛豫時間T2i，對應(yīng)的幅值分量為fi。T2i的值是預(yù)先選定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的過程主要是確定每個分布的孔隙度分量.

低場核磁反演技術(shù)（T2分布）

定組分反演和二維反演在原理上和多組分反演都是一致的，是一個設(shè)置模型不斷尋優(yōu)的過程。不同的方法間，模型函數(shù)和尋優(yōu)方法會有稍許不同。

低場核磁反演方法研究

無論是低場核磁縱向弛豫還是低場核磁橫向弛豫，對于決大多數(shù)樣品來說，低場核磁弛豫信號都可以用多指數(shù)函數(shù)來表達。通常情況下，分別利用CPMG實驗和IR實驗來檢測樣品的橫向弛豫過程和縱向弛豫過程，低場核磁弛豫信號的數(shù)學(xué)表達式如公式(1)和公式(2)所示：

其中fi表示樣品中第i種成分的信號強度，總信號的大小是所有成分產(chǎn)生信號大小的總和，T2i和T1i表示樣品中第i種成分的橫向弛豫時間和縱向弛豫時間。

低場核磁反演方法研究：

弛豫信號反演的目標是通過上面的公式(1)公式(2)來計算樣品中的每個值(或者稱為樣品中質(zhì)子分布的密度函數(shù)，也稱為T1分布或T2分布)。下面采用矩陣的形式重新改寫上述數(shù)學(xué)表達式：

Y=A * F

低場核磁反演方法研究實例：

以多組分T2反演為例，如下圖，左邊是回波串，右邊是反演結(jié)果（T2分布）。下式表示每一個回波的等式系統(tǒng)。一般物質(zhì)的T2分布是一個連續(xù)函數(shù)，但是為簡化反演，計算使用一個多指數(shù)模型，并假定T2分布包含有m個獨立的弛豫時間T2i，對應(yīng)的幅值分量為fi。T2i的值是預(yù)先選定的（如0.5ms，1ms，2ms，4ms，8ms，16ms，32ms，64ms，128ms，256ms，512ms，…）。反演的過程主要是確定每個分布的孔隙度分量.

低場核磁反演方法研究（T2分布）

定組分反演和二維反演在原理上和多組分反演都是一致的，是一個設(shè)置模型不斷尋優(yōu)的過程。不同的方法間，模型函數(shù)和尋優(yōu)方法會有稍許不同。