高分子聚合物的主要表征方法

摘要本文主要綜述了高分子聚合物及其表征方法和檢測(cè)手段。首先，從不同角度對(duì)高分子聚合物進(jìn)行分類(lèi)，并對(duì)高分子聚合物的結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)，性能做了一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。其次，闡述了表征和檢測(cè)高分子聚合物的常用方法，例如：凝膠滲透色譜、核磁共振NMR）、紅外吸收光譜（IR）、激光拉曼光譜（LR）等。最后，介紹了檢測(cè)高分子聚合物的常用設(shè)備，例如：偏光顯微鏡、金相顯微鏡、體視顯微鏡、X射線衍射、掃描電鏡、透射電鏡、原子力顯微鏡等。關(guān)鍵詞：聚合物；表征方法；檢測(cè)手段；常用設(shè)備ABSTRACTThispapermainlysummarizesthepolymeranditsdetectionmeans.Firstofall,thispapermadeasimpleintroductionofthepolymerstructure,productionperformance.Secondly,itdescribesthedetectionmethodsofpolymers,suchas:gelpermeationchromatography,nuclearmagneticresonance(NMR),infraredabsorptionspectroscopy(IR),laserRamanspectroscopy(LR).Finally,itdescribesthecommonequipmentusedtocharacterizeanddetectionofpolymers,suchas:polarizingmicroscope,metallographicmicroscope,microscope,Xraydiffraction,scanningelectronmicroscopy,transmissionelectronmicroscopy,atomicforcemicroscopy.Keywords：Polymer;Characterization;Testingmeans;commonequipment高分子聚合物及其表征方法和測(cè)試手段1前言縱觀人類(lèi)發(fā)現(xiàn)材料和利用材料的歷史，每一種重要材料的發(fā)現(xiàn)和廣泛利用，都會(huì)把人類(lèi)支配和改造自然的能力提高到一個(gè)新水平，給社會(huì)生產(chǎn)力和人類(lèi)生活水平帶來(lái)巨大的變化，把人類(lèi)的物質(zhì)文明和精神文明向前推進(jìn)一步，所以說(shuō)材料是人類(lèi)社會(huì)進(jìn)步的里程碑。公元前8000?9000年，人類(lèi)發(fā)明了陶器，進(jìn)入了新石器時(shí)代。公元前3000年人類(lèi)發(fā)明青銅器，進(jìn)入青銅器時(shí)代。公元前1000年，鐵器的普遍應(yīng)用，象征著人類(lèi)進(jìn)入了鐵器時(shí)代。18世紀(jì)，發(fā)明了蒸汽機(jī)。19世紀(jì)，發(fā)明了電動(dòng)機(jī)和現(xiàn)代煉鋼技術(shù)。19世紀(jì)末，發(fā)明了人造絲。20世紀(jì)，出現(xiàn)了先進(jìn)陶瓷，人類(lèi)進(jìn)入了“新陶瓷時(shí)代”，還有復(fù)合材料的出現(xiàn)，比如合金。由此，先進(jìn)材料也就成了社會(huì)現(xiàn)代化的先導(dǎo)，人類(lèi)為了社會(huì)進(jìn)步開(kāi)始著力于開(kāi)發(fā)先進(jìn)材料，發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。而高分子聚合物也就漸漸的登上了先進(jìn)材料的歷史舞臺(tái)。當(dāng)代社會(huì)，隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染日趨嚴(yán)重。那么高分子材料在環(huán)境治理中起到了舉足輕重的作用。說(shuō)到環(huán)境污染，那么我們首先想到的就是水資源污染，水資源污染現(xiàn)狀對(duì)于整個(gè)世界來(lái)說(shuō)都是嚴(yán)峻的，水資源嚴(yán)重缺乏迫使人們不得不去提高水處理技術(shù)，而高分子聚合物作為一類(lèi)高效絮凝劑，在固液分離和水處理技術(shù)方面的研究與應(yīng)用也隨之加大和拓寬，且不斷深入［1］。近年來(lái)，隨著石油用量的持續(xù)增加，石油運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過(guò)程中產(chǎn)生的泄露及廢棄物已對(duì)地球環(huán)境造成極大的威脅。尤其是最近幾年的海上漏油事件屢屢發(fā)生，從美國(guó)的墨西哥灣及我國(guó)渤海灣油井的直接泄露事故，到大量的遠(yuǎn)洋油輪泄露，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞。除此之外，還有陸地上大量的含油工業(yè)廢水。要解決上述問(wèn)題，迄今為止，最有效的途徑就是制備具有超強(qiáng)選擇性吸油能力的材料，把油污從水中吸收并分離出來(lái)。吸油樹(shù)脂是一種具有三維交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高分子吸油材料，由于具有良好的油水選擇性、高吸油和保油能力、并能長(zhǎng)時(shí)間浮在水面上等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注［2］。再比如噪聲污染，而且噪聲污染已成為當(dāng)代世界性的問(wèn)題，同水污染和大氣污染一起被列為全球三大污染。它對(duì)人們身心健康的危害，日益為人們所認(rèn)識(shí)和關(guān)注，并且在人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的大中城市，噪聲污染的程度越加嚴(yán)重，成為環(huán)境治理過(guò)程中倍受關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。那么對(duì)噪聲污染的防治措施主要是控制聲源和采用吸聲材料，而高分子聚合材料就是一類(lèi)重要的新型吸聲材料，高分子聚合物吸聲材料具有粘彈內(nèi)阻尼的特性，品種繁多，易于進(jìn)行分子設(shè)計(jì)、材料設(shè)計(jì)和成型加工，是滿足該技術(shù)要求的首選材料［3］。利用太陽(yáng)能發(fā)電是人類(lèi)解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的重要途徑。已經(jīng)得到商業(yè)化的晶體硅太陽(yáng)能電池,因其具有制備工藝復(fù)雜、對(duì)材料要求苛刻、成本高的缺點(diǎn),使得科學(xué)界積極尋找太陽(yáng)能電池研究的新領(lǐng)域。隨著研究工作的不斷深入,人們開(kāi)始試圖采用一些其他的新型材料作為固態(tài)或準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)取代原有的液態(tài)電解質(zhì),并取得了一定進(jìn)展。其中,高分子聚合物在染料敏化太陽(yáng)能電池電解質(zhì)中的應(yīng)用在近幾年已經(jīng)引起相關(guān)研究人員的重視［4］。而高分子材料在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的例子更是不勝枚舉。塑料工業(yè)為了適應(yīng)各社會(huì)的各種需求，研制出不同性能的功能塑料。滿足煤炭工業(yè)生產(chǎn)要求新型塑料不斷出現(xiàn)，并且煤炭生產(chǎn)應(yīng)用中顯示了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著化工材料的發(fā)展，高分子聚合物以質(zhì)量輕、耐腐蝕、強(qiáng)度高、易加工等優(yōu)良的綜合性能逐步“以塑代鋼”，并被廣泛應(yīng)用于煤礦井下，如風(fēng)筒、輸送帶、管材、塑料網(wǎng)假頂、儀器設(shè)備外殼或零部件等［5］。還可利用高分子聚合物堵漏、防水、防腐新技術(shù)，對(duì)住宅樓的排水管線進(jìn)行修復(fù)，與原來(lái)采用的更換排水管線相比，它不受任何客觀條件的影響，如氣溫、天氣、水、電、場(chǎng)地等和其他條件的限制，工藝形成后的色澤可根據(jù)用戶的需要調(diào)配,并具有理想的光滑度和平整度，無(wú)異味、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)毒副作用，對(duì)室內(nèi)環(huán)境無(wú)任何污染，省工省料，可以降本增效。功能高分子染料已有40年歷史，它是通過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)將染料分子引入高分子鏈上而形成，具有高強(qiáng)度、易成膜性、耐溶劑性和可加工性等特點(diǎn)，非常適宜于做水性油墨色染料⑹。1973年，E.Marechal等首次對(duì)含染料的聚合物一高分子染料進(jìn)行了系統(tǒng)研究Gangneux等人和Maslosh等將高分子功能染料分別用于聚酰胺、聚酯染絲和聚酯、聚氨酯色母粒著色，效果良好。之后在光電材料、親和色譜、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。特別是日本的B.Wingard等研究的在聚苯乙烯材料上聯(lián)有共價(jià)結(jié)合基團(tuán)的黑色染料可以應(yīng)用于印刷油墨、墨水等。全色譜的偶氮高分子染料大量應(yīng)用于涂料工業(yè)中。用于食品包裝的高分子染料也有報(bào)道。高分子染料制備濾光片，可簡(jiǎn)化制作過(guò)程，而且會(huì)得到清晰的濾色效果。還可用于光刻、非線性光學(xué)材料、液晶、光電變色材料等。造紙工業(yè)要持續(xù)發(fā)展,就必須降低成本。為應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題,整個(gè)造紙工業(yè)都在積極尋找綠色添加劑，以達(dá)到既可保證產(chǎn)品質(zhì)量又可降低外加成本。甚至是實(shí)現(xiàn)零外加成本以及更少的化學(xué)品消耗和更低的廢品率的目標(biāo)。最近，法國(guó)羅蓋特公司開(kāi)發(fā)了一種能夠提高紙張濕部強(qiáng)度的新型助劑生物高分子聚合物［7］。隨著造紙工業(yè)的快速發(fā)展，為了保證連續(xù)性生產(chǎn)、提高產(chǎn)品質(zhì)量，各種造紙助劑的使用日益加大。與合成聚合物相比，天然聚合物最大的特點(diǎn)是“取之不盡，用之不竭”和“可生物降解”，這在倡導(dǎo)綠色生產(chǎn)的今天顯得尤為重要。高分子材料在我們生活中出現(xiàn)的越來(lái)越多，極大地方便了我們的生活。我們的生活環(huán)境、衣食住行處處離不開(kāi)這種材料。在制造生活用品洗滌劑時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整月桂酰胺丙基氧化胺和高分子聚合物馬來(lái)酸-丙烯酸共聚物的配制比例及氯化鈉的用量，來(lái)改善餐具洗滌劑黏度的穩(wěn)定性。此材料的洗滌劑流動(dòng)性良好，具有很強(qiáng)的分散螯合作用，可在低溫和高溫條件下使用，對(duì)包括磷酸鹽在內(nèi)的水垢具有良好的抑制作用。月桂酰胺丙基氧化胺具有良好的發(fā)泡、增稠、調(diào)理和抗靜電性能，與馬來(lái)酸-丙烯酸共聚物復(fù)配后，能顯著增加產(chǎn)品的綜合洗滌能力、提高產(chǎn)品的冷熱儲(chǔ)穩(wěn)定性，同時(shí)黏度穩(wěn)定性、流動(dòng)性也有較大提高，增強(qiáng)了產(chǎn)品對(duì)溫度的適應(yīng)范圍。同時(shí)，高分子聚合物在別的行業(yè)也達(dá)到了充分的應(yīng)用。具有廣譜抗菌能力的抗菌肽為解決日益緊迫的細(xì)菌耐藥性問(wèn)題提供了一種新途徑,而有限的天然資源以及高昂的提取純化成本使天然抗菌肽無(wú)法滿足臨床應(yīng)用［8］。從抗菌肽結(jié)構(gòu)上的兩個(gè)共性?xún)捎H性與電正性出發(fā),設(shè)計(jì)合成具有抗菌作用的高分子聚合物可望解決這個(gè)難題。近十多年來(lái),陸續(xù)合成了芳酰胺低聚物、亞苯基次乙炔基衍生物、甲基丙烯酸酯聚合物、聚降冰片烯衍生物以及尼龍類(lèi)聚合物等各類(lèi)表面呈兩親的聚合物，為醫(yī)學(xué)事業(yè)做出了不可估量的貢獻(xiàn)。隨著學(xué)科之間的日益滲透，高分子聚合物在文物保護(hù)中的應(yīng)用已越來(lái)越普遍。常用的化學(xué)保護(hù)方法是將聚合物以稀溶液的形式滲入文物內(nèi)部的孔隙或滲入由于風(fēng)化引起的文物損壞部位，聚合后形成的膠化物填補(bǔ)并加固了風(fēng)化的文物，從而增強(qiáng)了文物的機(jī)械強(qiáng)度，抑制或減緩水的侵蝕，起到對(duì)文物的保護(hù)作用［9］。高分子聚合物2.1高分子聚合物的簡(jiǎn)介高分子聚合物是一類(lèi)相對(duì)分子質(zhì)量通常在10~106以上的大分子物質(zhì)，其分子所含原子數(shù)通常數(shù)幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)甚至高達(dá)幾百萬(wàn)個(gè)分子長(zhǎng)達(dá)10?10nm或更長(zhǎng)。它由許多相同的、簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元通過(guò)共價(jià)鍵重復(fù)連接而成的高分子量(通?？蛇_(dá)10?106)化合物。例如聚氯乙烯分子是由許多氯乙烯分子結(jié)構(gòu)單元-CH2CHC1-重復(fù)連接而成，因此-CH2CHC1-又稱(chēng)為結(jié)構(gòu)單元或鏈節(jié)。由能夠形成結(jié)構(gòu)單元的小分子所組成的化合物稱(chēng)為單體，是合成聚合物的原料。n代表重復(fù)單元數(shù)，又稱(chēng)聚合度，聚合度是衡量高分子聚合物的重要指標(biāo)。聚合度很低的(1?100)的聚合物稱(chēng)為低聚物，只有當(dāng)分子量高達(dá)10?106(如塑料、橡膠、纖維等)才稱(chēng)為高分子聚合物。由一種單體聚合而成的聚合物稱(chēng)為均聚物，如上述的聚氯乙烯、聚乙烯等。由兩種以上單體共聚而成的聚合物則稱(chēng)為共聚物，如氯乙烯-醋酸乙烯共聚物等。高分子聚合物的分類(lèi)可以從不同的角度對(duì)聚合物進(jìn)行多種分類(lèi)，例如按聚合物結(jié)構(gòu)、來(lái)源、合成方法、用途、熱行為等來(lái)分類(lèi)。按主鏈結(jié)構(gòu)可將聚合物分為碳鏈聚合物、雜鏈聚合物和元素有機(jī)聚合物三大類(lèi)。碳鏈聚合物大分子主鏈完全由碳原子組成。絕大部分烯類(lèi)和二烯類(lèi)聚合物屬于這一類(lèi)，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。雜鏈聚合物大分子主鏈中除碳原子外，還有氧、氮、硫等雜原子。如聚醚、聚酯、聚酰胺等。天然高分子多屬于這一類(lèi)。元素有機(jī)聚合物大分子主鏈中沒(méi)有碳原子，主要由硅、硼、鋁和氧、氮、硫、磷等原子組成，但側(cè)基多半由有機(jī)基團(tuán)組成，如甲基、乙基、乙烯基、苯基等。有機(jī)硅橡膠就是典型的例子。元素有機(jī)聚合物又稱(chēng)半有機(jī)高分子，如果主鏈和側(cè)基均無(wú)碳原子，則成為無(wú)機(jī)高分子如硅酸鹽類(lèi)。按來(lái)源，可分為天然高分子，合成高分子，改性高分子。按材料的性質(zhì)和用途分類(lèi)，可將高聚物分為塑料、橡膠和纖維。塑料是玻璃化溫度或結(jié)晶聚合物熔點(diǎn)在室溫以上，添加輔料后能在成型中塑制成一定形狀的高分子材料。其中，聚合物常稱(chēng)做樹(shù)脂，可為晶態(tài)和非晶態(tài)。塑料的行為介于纖維和橡膠之間，有很廣的范圍，軟塑料接近橡膠，硬塑料接近纖維。軟塑料的結(jié)晶度由中到高，Tm、Tg有很寬的范圍，彈性模量(15000?350000N/cm2)、抗張強(qiáng)度(1500?7000N/cm2)、伸長(zhǎng)率(20%?800%)都從中到高。聚乙烯、聚丙烯和結(jié)晶度中等的尼龍一66均屬于軟塑料。硬塑料的特點(diǎn)是剛性大、難變形。彈性模量(70000?350000N/cm2)和抗張強(qiáng)度(3000?8500N/cm2)都很高，而斷裂伸長(zhǎng)率很低(0.5%?3%)。這類(lèi)塑料用的聚合物都具有剛性鏈，屬無(wú)定型。塑料按其受熱行為也可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。依塑料的狀態(tài)又可細(xì)分為模塑塑料、層壓塑料、泡沫塑料、人造革、塑料薄膜等。橡膠是玻璃化溫度低于室溫，在環(huán)境溫度下能顯示高彈性的高分子物質(zhì)。分子間次價(jià)力小，具有典型的高彈性，在很小的作用力下，能產(chǎn)生很大的形變500%?1000%),外力除去后，能恢復(fù)原狀。因此，橡膠類(lèi)用的聚合物要求完全無(wú)定型，玻璃化溫度低，便于大分子的運(yùn)動(dòng)。經(jīng)少量交聯(lián)，可消除永久的殘余形變。以天然橡膠為例， Tg低(-73°C),少量交聯(lián)后，起始彈性模量小(v70N/cm2)。經(jīng)拉伸后，誘導(dǎo)結(jié)晶，將使模量和強(qiáng)度增高。伸長(zhǎng)率為400%，強(qiáng)度增至1500N/cm；500%時(shí)為2000N/cm。橡膠經(jīng)適度交聯(lián)(硫化)后形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可防止大分子鏈相互滑移，增大彈性形變。交聯(lián)度增大，彈性下降，彈性模量上升，高度交聯(lián)可得到硬橡膠。橡膠按原料分為天然橡膠和合成橡膠。按形態(tài)分為塊狀生膠、乳膠、液體橡膠和粉末橡膠。天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠和乙丙橡膠是常用的品種。纖維是指由連續(xù)或不連續(xù)的細(xì)絲組成的物質(zhì)。在動(dòng)植物體內(nèi)，纖維在維系組織方面起到重要作用。纖維用途廣泛，可織成細(xì)線、線頭和麻繩，造紙或織氈時(shí)還可以織成纖維層；同時(shí)也常用來(lái)制造其他物料，及與其他物料共同組成復(fù)合材料。纖維可被分作天然纖維及人造纖維。按幾何形狀可分為兩種，即線型大分子和體型大分子。高分子聚合物的結(jié)構(gòu)聚合物的結(jié)構(gòu)可分為鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)兩大類(lèi)。分子鏈結(jié)構(gòu)鏈結(jié)構(gòu)又分為近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。近程結(jié)構(gòu)包括構(gòu)造與構(gòu)型，構(gòu)造指鏈中原子的種類(lèi)和排列、取代基和端基的種類(lèi)、單體單元的排列順序、支鏈的類(lèi)型和長(zhǎng)度等。構(gòu)型是指某一原子的取代基在空間的排列。近程結(jié)構(gòu)屬于化學(xué)結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)一級(jí)結(jié)構(gòu)。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)包括分子的大小與形態(tài)、鏈的柔順性及分子在各種環(huán)境中所采取的構(gòu)象。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)又稱(chēng)二級(jí)結(jié)構(gòu)。鏈結(jié)構(gòu)是指單個(gè)分子的形態(tài)。近程結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物鏈的重復(fù)單元的化學(xué)組成一般研究得比較清楚，它取決于制備聚合物時(shí)使用的單體，這種結(jié)構(gòu)是影響聚合物的穩(wěn)定性、分子間作用力、鏈柔順性的重要因素。鍵接方式是指結(jié)構(gòu)單元在高聚物中的聯(lián)結(jié)方式。在縮聚和開(kāi)環(huán)聚合中，結(jié)構(gòu)單元的鍵接方式一般是明確的，但在加聚過(guò)程中，單體的鍵接方式可以有所不同，例如單烯類(lèi)單體（ch2=chr）在聚合過(guò)程中可能有頭-頭、頭-尾、尾-尾三種方式。對(duì)于大多數(shù)烯烴類(lèi)聚合物以頭-尾相接為主，結(jié)構(gòu)單元的不同鍵接方式對(duì)聚合物材料的性能會(huì)產(chǎn)生較大的影響，如聚氯乙烯鏈結(jié)構(gòu)單元主要是頭-尾相接，如含有少量的頭-頭鍵接，則會(huì)導(dǎo)致熱穩(wěn)定性下降。共聚物按其結(jié)構(gòu)單元鍵接的方式不同可分為交替共聚物、無(wú)規(guī)共聚物、嵌段共聚物與接枝共聚物幾種類(lèi)型。同一共聚物，由于鏈結(jié)構(gòu)單元的排列順序的差異，導(dǎo)致性能上的變化，如丁二烯與苯乙烯共聚反應(yīng)得丁苯橡膠（無(wú)規(guī)共聚物）、熱塑性彈性體SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物）和增韌聚苯乙烯塑料。結(jié)構(gòu)單元原子在空間的不同排列出現(xiàn)旋光異構(gòu)和幾何異構(gòu)。如果高分子結(jié)構(gòu)單元中存在不對(duì)稱(chēng)碳原子（又稱(chēng)手性碳），則每個(gè)鏈節(jié)就有兩種旋光異構(gòu)。它們?cè)诰酆衔镏杏腥N鍵接方式：若聚合物全部由一種旋光異構(gòu)單元鍵接而成，則稱(chēng)為全同立構(gòu)；由兩種旋光異構(gòu)單元交替鍵接，稱(chēng)為間同立構(gòu)；兩種旋光異構(gòu)單元完全無(wú)規(guī)時(shí)，則稱(chēng)為無(wú)規(guī)立構(gòu)。分子的立體構(gòu)型不同對(duì)材料的性能會(huì)帶來(lái)影響，例如全同立構(gòu)的聚苯乙烯結(jié)構(gòu)比較規(guī)整，能結(jié)晶，熔點(diǎn)為240°C，而無(wú)規(guī)立構(gòu)的聚苯乙烯結(jié)構(gòu)不規(guī)整，不能結(jié)晶，軟化溫度為80C。對(duì)于1，4-加成的雙烯類(lèi)聚合物，由于內(nèi)雙鍵上的基團(tuán)在雙鍵兩側(cè)排列的方式不同而有順式構(gòu)型與反式構(gòu)型之分，如聚丁二烯有順、反兩種構(gòu)型：其中順式的1，4-聚丁二烯，分子鏈與分子鏈之間的距離較大，在常溫下是一種彈性很好的橡膠；反式1，4-丁二烯分子鏈的結(jié)構(gòu)也比較規(guī)整，容易結(jié)晶，在常溫下是彈性很差的塑料。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)⑴高分子的大?。簩?duì)高分子大小的量度，最常用的是分子量。由于聚合反應(yīng)的復(fù)雜性，因而聚合物的分子量不是均一的，只能用統(tǒng)計(jì)平均值來(lái)表示，例如數(shù)均分子量和重均分子量。分子量對(duì)高聚物材料的力學(xué)性能以及加工性能有重要影響，聚合物的分子量或聚合度只有達(dá)到一定數(shù)值后，才能顯示出適用的機(jī)械強(qiáng)度，這一數(shù)值稱(chēng)為臨界聚合度。⑵高分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)：高分子的主鏈很長(zhǎng)，通常并不是伸直的，它可以卷曲起來(lái)，使分子呈現(xiàn)各種形態(tài)，從整個(gè)分子來(lái)說(shuō)，它可以卷曲成橢球狀，也可伸直成棒狀。從分子局部來(lái)說(shuō)，它可以呈鋸齒狀或螺旋狀，這是由單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)而引起的分子在空間上表現(xiàn)不同的形態(tài)。這些形態(tài)可以隨條件和環(huán)境的變化而變化。⑶高分子鏈的柔順性：高分子鏈能夠改變其構(gòu)象的性質(zhì)稱(chēng)為柔順性，這是高聚物許多性能不同于低分子物質(zhì)的主要原因。主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物的柔順性有顯著的影響。例如，由于Si-0-Si鍵角大，Si-0的鍵長(zhǎng)大，內(nèi)旋轉(zhuǎn)比較容易，因此聚二甲基硅氧烷的柔性非常好，是一種很好的合成橡膠。芳雜環(huán)因不能內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所以主鏈中含有芳雜環(huán)結(jié)構(gòu)的高分子鏈的柔順性較差，具有耐高溫的特點(diǎn)。側(cè)基極性的強(qiáng)弱對(duì)高分子鏈的柔順性影響很大。側(cè)基的極性愈弱，其相互間的作用力愈大，單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)困難，因而鏈的柔順性差。鏈的長(zhǎng)短對(duì)柔順性也有影響，若鏈很短，內(nèi)旋轉(zhuǎn)的單鏈數(shù)目很少，分子的構(gòu)象數(shù)很少，必然出現(xiàn)剛性。聚集態(tài)結(jié)構(gòu)聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是指高聚物分子鏈之間的幾何排列和堆砌結(jié)構(gòu)，包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)以及織態(tài)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)規(guī)整或鏈次價(jià)力較強(qiáng)的聚合物容易結(jié)晶，例如，高密度聚乙烯、全同聚丙烯和聚酰胺等。結(jié)晶聚合物中往往存在一定的無(wú)定型區(qū)，即使是結(jié)晶度很高的聚合物也存在晶體缺陷，熔融溫度是結(jié)晶聚合物使用的上限溫度。結(jié)構(gòu)不規(guī)整或鏈間次價(jià)力較弱的聚合物（如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等）難以結(jié)晶，一般為不定型態(tài)。無(wú)定型聚合物在一定負(fù)荷和受力速度下，于不同溫度可呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)和黏流態(tài)三種力學(xué)狀態(tài)。玻璃態(tài)到高彈態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)玻璃化溫度（Tg），是無(wú)定型塑料使用的上限，橡膠使用的是下限溫度。從高彈態(tài)到黏流態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度稱(chēng)黏流溫度（Tf）,是聚合物加工成型的重要參數(shù)。當(dāng)聚合處于玻璃態(tài)時(shí)，整個(gè)大分子鏈和鏈段的運(yùn)動(dòng)均被凍結(jié)，宏觀性質(zhì)為硬、脆、形變小，只呈現(xiàn)一般硬性固體的普彈形變。聚合物處于高彈態(tài)時(shí)，鏈段運(yùn)動(dòng)高度活躍，表現(xiàn)出高形變能力的高彈性。當(dāng)線型聚合物在黏流溫度以上時(shí)，聚合物變?yōu)槿廴?、黏滯的液體，受力可以流動(dòng)，并兼有彈性和黏流行為，稱(chēng)黏彈性。聚合熔體和濃溶液攪拌時(shí)的爬桿現(xiàn)象，擠出物出口模時(shí)的膨脹現(xiàn)象以及減阻效應(yīng)等，都是黏彈行為的具體表現(xiàn)。其他如聚合物的蠕變、應(yīng)力松弛和交變應(yīng)力作用下的發(fā)熱、內(nèi)耗等均屬黏彈行為。高分子聚合物的生產(chǎn)天然聚合物多從自然植物經(jīng)物理或化學(xué)方法制取，合成聚合物由低分子單體通過(guò)聚合反應(yīng)制得。聚合方法通常有本體（熔融）聚合、溶液聚合、乳液聚合和懸浮聚合等，依據(jù)對(duì)聚合物的使用性能要求可對(duì)不同的方法進(jìn)行選擇，如帶官能團(tuán)的單體聚合常采用溶液或熔融聚合法。研究聚合過(guò)程的反應(yīng)工程學(xué)科分支稱(chēng)為聚合反應(yīng)工程學(xué)。聚合物加工成各種制品的過(guò)程，主要包括塑料加工、橡膠加工和化學(xué)纖維紡絲，這三者的共性研究體現(xiàn)為聚合物流變學(xué)。2.5高分子聚合物的性能高彈形變和黏彈性是聚合物特有的力學(xué)性能。這些特性均與大分子的多層次結(jié)構(gòu)的大分子鏈的特殊運(yùn)動(dòng)方式以及聚合物的加工有密切的關(guān)系。聚合物的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐熱性、耐腐蝕性、耐溶劑性以及電絕緣性、透光性、氣密性等都是使用性能的重要指標(biāo)。高分子聚合物的檢測(cè)方法3.1凝膠滲透色譜凝膠滲透色譜(GelPermeationChromatography,GPC),由J.C.Moore首先研究成功。不僅可用于小分子物質(zhì)的分離和鑒定，而且可以用來(lái)分析化學(xué)性質(zhì)相同分子體積不同的高分子同系物。又由于合成的高聚物幾乎都不是均一分子的化合物，它具有多種分布，如分子量分布、化學(xué)組成分布，官能團(tuán)分布和鏈結(jié)構(gòu)分布。傳統(tǒng)的化學(xué)分析技術(shù)如紅外光譜(IR)，紫外光譜(UV)、核磁共振譜(NMR)、光散射(LS)和黏度測(cè)試只能獲得聚合物相關(guān)性質(zhì)的平均數(shù)值，而不能提供該性質(zhì)的分布寬度和形狀。為了優(yōu)化聚合物的性質(zhì)和準(zhǔn)確表征聚合物的分布，必須采用合適的分離分析方法，高效液相色譜非常適合于分離分析可溶性高聚物。HPLC作為高分子分析方法在國(guó)內(nèi)主要就用凝膠滲透色譜(gel-permeationchromatography，GPC)來(lái)表征高聚物的分子量及其分布［10］。它的工作原理是：讓被測(cè)量的高聚物溶液通過(guò)一根內(nèi)裝不同孔徑的色譜柱，柱中可供分子通行的路徑有粒子間的間隙(較大)和粒子內(nèi)的通孔(較小)。當(dāng)聚合物溶液流經(jīng)色譜柱時(shí)，較大的分子被排除在粒子的小孔之外，只能從粒子間的間隙通過(guò)，速率較快；而較小的分子可以進(jìn)入粒子中的小孔，通過(guò)的速率要慢得多。經(jīng)過(guò)一定長(zhǎng)度的色譜柱，分子根據(jù)相對(duì)分子質(zhì)量被分開(kāi)，相對(duì)分子質(zhì)量大的在前面(即淋洗時(shí)間短)，相對(duì)分子質(zhì)量小的在后面(即淋洗時(shí)間長(zhǎng))。自試樣進(jìn)柱到被淋洗出來(lái)，所接受到的淋出液總體積稱(chēng)為該試樣的淋出體積。當(dāng)儀器和實(shí)驗(yàn)條件確定后，溶質(zhì)的淋出體積與其分子量有關(guān)，分子量愈大，其淋出體積愈小。GPC法自上世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，發(fā)展非常迅速，成功地用于聚合物分子量及其分布的測(cè)定分析。例如：雙向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜，因它具有：質(zhì)輕、透明、無(wú)毒、防潮、透氣性低、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于食品、醫(yī)藥、日用輕工、香煙等產(chǎn)品的包裝，并大量用作復(fù)合膜的基材，市場(chǎng)很好［in。作為BOPP薄膜專(zhuān)用料，聚丙烯的相對(duì)分子量及其分布是產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要指標(biāo),它直接影響聚丙烯樹(shù)脂的加工性能。一般地，分子量分布寬則BOPP生產(chǎn)中擠出的厚片趨向邊緣比中間稍厚，有利于橫向拉伸；而分子量分布窄時(shí)中間比邊緣厚，容易導(dǎo)致拉伸破膜。同時(shí)，分子量分布寬會(huì)使聚丙烯產(chǎn)品的熔體強(qiáng)度增大，一般認(rèn)為分子量分布為6-8時(shí)有利于BOPP成膜［12］。所以，準(zhǔn)確及時(shí)的表征聚丙烯樹(shù)脂產(chǎn)品的相對(duì)分子質(zhì)量及其分布具有重要意義。高聚物分子量的檢測(cè)方法還有很多，如化學(xué)法（端基分析法）、熱力學(xué)法、動(dòng)力學(xué)法、光學(xué)法、粘度法等［13］。3.2核磁共振（NMR）帶有磁性的原子核在外加磁場(chǎng)的作用下，核自旋產(chǎn)生的磁場(chǎng)與外磁場(chǎng)相互作用，核一邊自旋，一邊以外磁場(chǎng)方為軸線回旋，做拉摩爾進(jìn)動(dòng)。核的能級(jí)在這一強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，裂分為兩個(gè)或兩個(gè)以上的能級(jí)。這時(shí)用一定能量的電磁波照射核，使其能量恰好等于裂分后的兩個(gè)能級(jí)差，核體系吸收能量，產(chǎn)生共振吸收，核由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)。由于化合物中的核被運(yùn)動(dòng)著的電子所包圍，在外加磁場(chǎng)的作用下，電子云運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，起到對(duì)抗外磁場(chǎng)的作用，也就是屏蔽作用，因此核在磁場(chǎng)強(qiáng)度的作用下有所變化。而屏蔽作用的大小，與核外電子云密度密切相關(guān)，電子云密度大，屏蔽作用也越大。電子云密度影響著核所處的化學(xué)環(huán)境。因此，由于不同屏蔽作用，而使核產(chǎn)生不同的化學(xué)位移。在眾多具有核磁距的核中，由于1H的天然豐度接近于100%，而且靈敏度高，因此最先得到應(yīng)用。碳是有機(jī)化合物的基本骨架，13C-NHR譜化學(xué)位移范圍在0?200之間，可獲得更多信息，13C天然豐度低，鄰近13C-13C的自旋-自旋偶合的幾率只有萬(wàn)分之一，因而譜簡(jiǎn)單易解析。但由于天然豐度只有1.1%,而且磁矩小，靈敏度小，僅是1H的1/6400,故以前的連續(xù)波NMR儀器難以得到13C-NMR譜。自從PFT-NMR問(wèn)世，儀器使用一定寬度強(qiáng)而短的射頻脈沖輻射樣品，使樣品中所有被觀察的核同時(shí)被激發(fā)，產(chǎn)生響應(yīng)函數(shù)，通過(guò)傅立葉變換，得到NMR譜，從而得到很大的發(fā)展和應(yīng)用。目前，NMR技術(shù)已成為研究高分子鏈結(jié)構(gòu)的最主要的手段，在聚合物的構(gòu)型、構(gòu)象分析，立體異構(gòu)體的鑒定和序列分布，支化結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)度、數(shù)量、共聚和共縮聚物組成的定性、定量以及序列結(jié)構(gòu)測(cè)量等方面均有獨(dú)到之處。近年來(lái)又發(fā)展了二維核磁共振譜2D-NMR。二維譜的一個(gè)軸表示化學(xué)位移，另一個(gè)軸表示同核或異核的化學(xué)位移，也可以是一標(biāo)量藕合常數(shù)。引入二維后，減少了譜線的擁擠和重疊，提供了核之間相互關(guān)系的新信息，對(duì)于分析復(fù)雜大分子特別有利。另外，近年發(fā)展的一種稱(chēng)為交叉極化一魔角旋轉(zhuǎn)（CP-MAS）的方法，可以得到固體高分辨NMR譜。核磁共振（NMR）法可以定性和半定量地鑒別不飽和聚酯的各種組分［14］。單體的樣品可以直接在丙酮或苯溶液中測(cè)定,相同條件下聚酯中各組份的峰基本上與單體峰重疊雷同。這種譜圖與使用紅外光譜法有頗多相似處,可以用來(lái)鑒別和測(cè)定合成聚酯使用的酸和醇?；瘜W(xué)位移（表明每種類(lèi)型質(zhì)子所處的電子環(huán)境）化學(xué)位移是表征在NMR譜中各不相同化學(xué)環(huán)境的1H共振峰的位置相對(duì)于某一標(biāo)準(zhǔn)物共振峰的距離。一般以相對(duì)值表示，以某一標(biāo)準(zhǔn)物（通常用四甲基硅烷，TMS）的峰為原點(diǎn)，測(cè)出其它各峰與原點(diǎn)的相對(duì)距離作為化學(xué)位移值。用6表示，6=信號(hào)頻率與TMS共振頻率之差（CPS為單位）/電磁輻射的頻率（MHz為單位即CPSX106為單位）6是與磁場(chǎng)強(qiáng)度或電磁輻射頻率無(wú)關(guān)的參數(shù)。把TMS質(zhì)子的吸收位置定為6=0.00,則其它質(zhì)子的化學(xué)位移可以在TMS左面若干處（低場(chǎng)），或在TMS右面若干處（高場(chǎng)）。有機(jī)化合物各種氫的化學(xué)位移值取決了它們的電子環(huán)境。如果磁場(chǎng)對(duì)質(zhì)子的作用受到周?chē)娮釉频钠帘?，質(zhì)子的共振信號(hào)就出現(xiàn)在高場(chǎng)；反之，就出現(xiàn)在低場(chǎng)。峰面積（通過(guò)峰面積表明質(zhì)子數(shù)）核磁共振信號(hào)的強(qiáng)度是通過(guò)吸收峰的大小顯示出來(lái)的。而核磁共振信號(hào)下的面積與產(chǎn)生這組信號(hào)的質(zhì)子數(shù)目成正比，在譜圖上通常用從低場(chǎng)到高場(chǎng)的階梯曲線來(lái)表示，階梯的高度與峰面積成正比，各階梯高度之比例與各種質(zhì)子數(shù)目的比例相同，可以用來(lái)確定化合物的結(jié)構(gòu)。也有用相對(duì)數(shù)字直接表示峰面積的，這樣各種質(zhì)子的比例更加簡(jiǎn)易明了。信號(hào)的分裂（自旋-自旋偶合）3.2.4譜圖解析根據(jù)積分曲線算出各峰的相對(duì)面積，求出每組峰所代表的質(zhì)子數(shù)。然后根據(jù)值識(shí)別各組峰所對(duì)應(yīng)的化學(xué)環(huán)境，如飽和鏈烴、烯烴、芳烴等。先解析沒(méi)有偶合的質(zhì)子訊號(hào)，再解析有偶合的質(zhì)子訊號(hào)。最后再將全部“信息”進(jìn)行分析，將認(rèn)為可能合理的分子結(jié)構(gòu)逐-“對(duì)號(hào)入座”。即：等位氫的種類(lèi)數(shù)應(yīng)等于峰的組數(shù)；等位氫的數(shù)目應(yīng)與各組峰的面積成正比例；一種基團(tuán)與鄰近基團(tuán)的位置關(guān)系應(yīng)與各組峰的裂分?jǐn)?shù)相對(duì)應(yīng)。同時(shí)可找出類(lèi)似化合物的譜圖進(jìn)行比較。3.3紅外吸收光譜（IR）紅外吸收光譜也稱(chēng)分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜［15］。它是由于分子動(dòng)能級(jí)的躍遷（同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷）而產(chǎn)生的，物質(zhì)吸收電磁輻射應(yīng)滿足兩個(gè)條件：①輻射應(yīng)具有剛好能滿足物質(zhì)躍遷時(shí)所需的能量，②輻射與物質(zhì)之間有偶合作用（相互作用）。當(dāng)一定頻率（一定能量）的紅外光照射分子時(shí)，如果分子中某個(gè)基因的振動(dòng)頻率和外界紅外輻射頻率一致就會(huì)產(chǎn)生共振吸收；由于構(gòu)成分子的各原子因價(jià)電子得失的難易程度不同，而表現(xiàn)出不同的電負(fù)性，分子也因此而顯示不同的極性。這些偶極子本身具有一定的原有振動(dòng)頻率，當(dāng)外界輻射頻率與偶極子振動(dòng)頻率相同時(shí)，分子與輻射產(chǎn)生相互作用（即振動(dòng)耦合），而增加它的振動(dòng)能，使振動(dòng)加激，振幅加大，分子由原來(lái)的基態(tài)振動(dòng)躍遷到較高振動(dòng)能級(jí)。應(yīng)用紅外光譜，可測(cè)定分子鍵長(zhǎng)、鍵角，由此推斷分子的立體構(gòu)型，根據(jù)所得力常數(shù)可以知道化學(xué)鍵的強(qiáng)弱。根據(jù)光譜中吸收峰位置可推斷未知物結(jié)構(gòu)，依照特征吸收峰的強(qiáng)度來(lái)測(cè)定混合物中各組份的含量。因此紅外光譜法的主要優(yōu)點(diǎn)是特征性好，甚至可用來(lái)分析同分異構(gòu)體、立體異構(gòu)體等。因而主要用于定性。且適用紅外光譜法的范圍很廣，但其局限性是靈敏度較欠缺，痕量分析困難，定量不好，譜圖解釋主要靠經(jīng)驗(yàn)。目前使用的紅外光譜儀通常是FTIR。其光學(xué)部份大多數(shù)由邁克爾干涉儀組成，信號(hào)以干涉圖形式送計(jì)算機(jī)進(jìn)行傅立葉變換數(shù)學(xué)處理oFTIR儀器有可高信噪比，大能量輸出，高波數(shù)精度，寬頻測(cè)量范圍和快速掃描的優(yōu)點(diǎn)。因此在高分子材料剖析中有著特殊的重要地位。3.4激光拉曼光譜（LR）拉曼光譜也屬于一種分子振動(dòng)光譜。其原理為，用以頻率為V0光照射樣品，光線發(fā)生散射，由于分子內(nèi)振動(dòng)能級(jí)躍遷，由極少一部分散射光頻率發(fā)生變化產(chǎn)生AV，變?yōu)閂0±AV，拉曼光譜就是測(cè)量這些散射頻率位移和強(qiáng)度，獲得分子信息。與紅外光譜相反，拉光譜對(duì)分子中水極性基團(tuán)敏感，特別適合研究高分子C-C骨架振動(dòng)及硫化膠S-S鍵等。由于水的拉曼散射很弱，而許多生物高分子只有在水存在條件下才具有活性，故拉曼光譜廣泛用于生物高分子研究中。目前，利用多角度激光光散射系統(tǒng)（mult-anglelaserlightscattering，MALL）和GPC（或HPSEC）,可測(cè)定高聚物分子量及分子量分布，分枝程度及分布等。3.5反氣相色譜技術(shù)漆酚鈦螯合高聚物（UTP）具有優(yōu)異的耐強(qiáng)酸、耐強(qiáng)堿、耐鹽類(lèi)溶液、耐多種有機(jī)溶劑和耐熱性能，已作為防腐涂料在化工、輕工、石化、發(fā)電、機(jī)械、海洋工程等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并解決了許多重防腐蝕難題。為了進(jìn)一步擴(kuò)大UTP的應(yīng)用領(lǐng)域，揭示其優(yōu)異防腐性能與聚合物表面性質(zhì)之間的關(guān)系顯得尤為重要。反氣相色譜法（IGC）已廣泛應(yīng)用于研究聚合物材料性能，通過(guò)研究探針?lè)肿优c聚合物表面的分子間相互作用可以直接測(cè)定聚合物表面物理化學(xué)性質(zhì)。相對(duì)于其他常規(guī)的表征方法（如接觸角），反氣相色譜法的突出優(yōu)勢(shì)在于可以在一個(gè)較寬的溫度范圍內(nèi)對(duì)材料的表面性質(zhì)進(jìn)行表征。因此，可用反氣相色譜法測(cè)定漆酚鈦螯合高聚物的表面自由能和表面Lewis酸堿性［16］。3.6流變學(xué)方法目前很多研究均嘗試?yán)昧髯儗W(xué)方法來(lái)探測(cè)表征部分相容聚合物共混體系的相分離行為［17］。且根據(jù)很多實(shí)驗(yàn)表明，利用流變學(xué)表征方法，結(jié)合常用的其他觀測(cè)手段，將從更小尺度上得到共混體系的相分離特征，并與其在流場(chǎng)下的加工性能相關(guān)聯(lián)。尤其對(duì)于弱非對(duì)稱(chēng)性的聚合物共混體系，用流變學(xué)實(shí)驗(yàn)表征方法與流變學(xué)模型計(jì)算相結(jié)合，將有助于人們更深入地了解相分離行為及規(guī)律。高分子聚合物表征方法的常用設(shè)備高分子聚合物的結(jié)構(gòu)形貌分為微觀結(jié)構(gòu)形貌和宏觀結(jié)構(gòu)形貌。微觀結(jié)構(gòu)形貌指的是高分子聚合物在微觀尺度上的聚集狀態(tài)，如晶態(tài)，液晶態(tài)或無(wú)序態(tài)（液態(tài)），以及晶體尺寸、納米尺度相分散的均勻程度等。高分子聚合物的的微觀結(jié)構(gòu)狀態(tài)決定了其宏觀上的力學(xué)、物理性質(zhì)，并進(jìn)而限定了其應(yīng)用場(chǎng)合和范圍。宏觀結(jié)構(gòu)形貌是指在宏觀或亞微觀尺度上高分子聚合物表面、斷面的形態(tài)，以及所含微孔（缺陷）的分布狀況。觀察固體聚合物表面、斷面及內(nèi)部的微相分離結(jié)構(gòu)，微孔及缺欠的分布，晶體尺寸、性狀及分布，以及納米尺度相分散的均勻程度等形貌特點(diǎn)，將為我們改進(jìn)聚合物的加工制備條件，共混組份的選擇，材料性能的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)。4.1偏光顯微鏡（PLM）利用高分子液晶材料的光學(xué)性質(zhì)特點(diǎn)，可以用偏光顯微鏡觀測(cè)不同高分子液晶，由液晶的織構(gòu)圖象定性判斷高分子液晶的類(lèi)型。金相顯微鏡金相顯微鏡可以觀測(cè)高分子聚合物表面的亞微觀結(jié)構(gòu)，確定高分子聚合物內(nèi)和微小缺陷。體視光學(xué)顯微鏡通常被用于觀測(cè)高分子聚合物體表面、斷面的結(jié)構(gòu)特征，為優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程，進(jìn)行損傷失效分析提供重要的信息。體視顯微鏡使用體視顯微鏡時(shí)需要注意在取樣時(shí)不得將進(jìn)一步的損傷引入受觀測(cè)的樣品。使用金相顯微鏡時(shí)，受測(cè)樣品需要首先在模具中固定，然后用樹(shù)脂澆鑄成圓柱形試樣。圓柱的地面為受測(cè)面。受測(cè)面在打磨、拋光成鏡面后放置于金相顯微鏡上。高分子聚合物亞微觀結(jié)構(gòu)形貌的清晰度取決于受測(cè)面拋光的質(zhì)量。4.4X射線衍射利用X射線的廣角或小角度衍射可以獲取高分子聚合物的晶態(tài)和液晶態(tài)組織結(jié)構(gòu)信息。有關(guān)內(nèi)容參見(jiàn)高分子聚合物的晶態(tài)和高分子聚合物液晶態(tài)欄目。4.5掃描電鏡（SEM）掃描電鏡用電子束掃描聚合物表面或斷面，在陰極射線管上（CRT）產(chǎn)生被測(cè)物表面的影像。對(duì)導(dǎo)電性樣品，可用導(dǎo)電膠將其粘在銅或鋁的樣品座上，直接觀察測(cè)量的表面；對(duì)絕緣性樣品需要事先對(duì)其表面噴鍍導(dǎo)電層（金、銀或炭）。用SEM可以觀察聚合物表面形態(tài)；聚合物多相體系填充體系表面的相分離尺寸及相分離圖案形狀；聚合物斷面的斷裂特征；納米材料斷面中納米尺度分散相的尺寸及均勻程度等有關(guān)信息。4.6透射電鏡（TEM）透射電鏡可以用來(lái)表征聚合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形貌。將待測(cè)聚合物樣品分別用懸浮液法，噴物法，超聲波分散法等均勻分散到樣品支撐膜表面制膜；或用超薄切片機(jī)將高分子聚合物的固態(tài)樣樣品切成50nm薄的試樣。把制備好的試樣置于透射電子顯微鏡的樣品托架上，用TEM可觀察樣品的結(jié)構(gòu)。利用TEM可以觀測(cè)高分子聚合物的晶體結(jié)構(gòu)，形狀，結(jié)晶相的分布。高分辨率的透射電子顯微鏡可以觀察到高分子聚合物晶的晶體缺陷。4.7原子力顯微鏡（AFM）原子力顯微鏡使用微小探針掃描被測(cè)高分子聚合物的表面。當(dāng)探針尖接近樣品時(shí)，探針尖端受樣品分子的范德華力推動(dòng)產(chǎn)生變形。因分子種類(lèi)、結(jié)構(gòu)的不同，范德華力的大小也不同，探針在不同部位的變形量也隨之變化，從而“觀察”到聚合物表面的形貌。由于原子力顯微鏡探針對(duì)聚合物表面的掃描是三維掃描，因此可以得到高分子聚合物表面的三維形貌。原子力顯微鏡可以觀察聚合物表面的形貌，高分子鏈的構(gòu)象，高分子鏈堆砌的有序情況和取向情況，納米結(jié)構(gòu)中相分離尺寸的大小和均勻程度，晶體結(jié)構(gòu)、形狀，結(jié)晶形成過(guò)程等信息。例如，利用原子力顯微鏡（AFM）可觀察微膠囊的表面形態(tài)及其壁厚還可以測(cè)定力學(xué)性能。Leporatti等［18采用原子力顯微鏡研究了聚烯丙基胺鹽酸鹽/聚磺化苯乙烯（PSS/PAH）微膠囊在干燥后的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)，水溶液中球狀PSS/PAH微膠囊干燥后形成了多角形結(jié)構(gòu)，表面有皺褶。4.8掃描隧道顯微鏡(STM)同原子力顯微鏡類(lèi)似，掃描隧道顯微鏡也是利用微小探針對(duì)被測(cè)導(dǎo)電聚合物的表面進(jìn)行掃描，當(dāng)探針和導(dǎo)電聚合物的分子接近時(shí)，在外電場(chǎng)作用下，將在導(dǎo)電聚合物和探針之間，產(chǎn)生微弱的“隧道電流”。因此測(cè)量“隧道電流”的發(fā)生點(diǎn)在聚合物表面的分布情況，可以“觀察”到導(dǎo)電聚合物表面的形貌信息。掃描隧道顯微鏡可以獲取高分子聚合物的表面形貌，高分子鏈的構(gòu)象，高分子鏈堆砌的有序情況和取向情況，納米結(jié)構(gòu)中相分離尺寸的大小和均勻程度，晶體結(jié)構(gòu)、形狀等。和原子力顯微鏡相比，掃描隧道顯微鏡只能用于導(dǎo)電性的聚合物表面的觀察。5結(jié)束語(yǔ)我相信，如果我們熟練的掌握這些表征方法和測(cè)試手段，并且在此基礎(chǔ)上不斷提升和進(jìn)步，我們的技術(shù)將會(huì)幫助我們合成更多的高性能高分子材料，它可以消除噪聲，可以減輕水資源污染情況，可以幫助地球減輕人類(lèi)對(duì)資源的超負(fù)荷的需求，可以……人類(lèi)