測定交聯度的低場核磁法

交聯度

在支化的高分子中，支鏈之間沒有化學鍵的結合。在理論上它們結構上仍近似與線型高分子：可以溶解和熔融。但當同一或不同高分子的側鏈之間形成化學鍵連接后，高分子形成類似網絡狀的結構。網絡的大小取決于高分子支鏈之間以化學鍵交聯的數量。高分子可以通過交聯形成超分子的獨立網絡。兩個獨立互穿的網絡叫做互穿網絡，非交聯的高分子與交聯的網絡互穿稱為半互穿網絡。高分子交聯后，分子的旋轉和運動受到極大的限制，并由此提高高分子聚合物在宏觀上的強度和剛度。此外，交聯的高分子材料還擁有“記憶”效應。當含有足夠高交聯程度的聚合物受拉伸長時，交聯的鏈段阻止鏈間的滑移，鏈段僅能伸直；但當外力去除后，鏈段回復至原位。硫化橡膠是高分子交聯后性質變化并具有“記憶”效應的一個直觀的例子。

高分子的交聯程度用交聯度表示。交聯度通常被定義為：相臨兩個交聯點的平均相對分子量。

傳統平衡溶脹法測定交聯度

交聯聚合物因其內部的網絡在溶劑中不能溶解，但能產生一定程度的溶脹，溶脹程度取決于網絡的交聯程度。溶劑分子進入高分子聚合物交聯而成的三維網絡時，將引起三維分子網的伸展而使交聯體系體積膨脹。交聯網的伸展導致交聯點間高分子鏈構象熵的降低，從而使交聯網產生彈性收縮力，這種收縮力的大小取決于交聯聚合物中兩交聯點間高分子鏈段的平均分子量值。當溶劑的溶脹力和交聯鏈段的收縮力相平衡時，體系達到了溶脹平衡狀態，測出這時的溶脹度Q值，即可計算出聚合物交聯點間的高分子鏈段的平均分子量值。顯然，值越大，表明該交聯聚合物的交聯程度越小（交聯密度越小）。溶脹平衡實驗應在恒溫條件下進行。

測定交聯度的低場核磁法

目前高分子交聯程度測試方法主要有應力松弛法、溶脹法等，然而這些方法都存在耗時長、靈敏度不高、對樣品具有破壞性的特點，而低場核磁法近年來在測定交聯度方面顯示出突出的優勢。通過對烴鏈上的H分子運動進行測量，從而解析得出樣品的交聯密度。可以在樣品無化學品介入、無損條件下，幾秒鐘之內準確地測定樣品的交聯程度。

低場核磁法測定交聯度的優勢：

快速：單個樣品僅需幾分鐘即可完成測試；

綠色：測試過程無需任何化學試劑；

便捷：樣品制備簡單，對樣品形態無要求；

無損：同一樣品可重復測試，可僅需縱向實驗。

低交聯度與高交聯度如何評價-低場核磁共振分析技術

聚合物交聯度表征可以分為定性和定量表征。聚合物低交聯度，可以用簡便的溶脹法定量表 征；聚合物高交聯度，當形變較小時,可以用動態熱機械分析法定量表征；低場核磁共振技術可以便捷的表征低交聯度與高交聯度樣品，是一種全新的無損檢測技術，適用于研發與生產質檢質控。

聚合物交聯度是單位體積聚合物有效交聯點數目，用有效鏈平均分子量表示。聚合物交聯鏈不包括端鏈、封閉鏈圈和分子鏈相互穿插糾纏鏈。低場核磁共振分析技術可定性和定量表征交聯度，定性表征可以區別交聯程度，定量表征得到具體交聯度值，從而評價交聯改性，耐熱和耐溶劑性能。

傳統低交聯度評價方法是溶脹法，溶劑分子滲入聚合物的內部使體積膨脹，而分子網受到應力產生彈性收縮力，阻止溶劑進入，當溶劑分子進入交聯網的速度與被排出的速度相等，就達到了平衡。根據溶液的晶格模型理論和橡膠交聯網的 高彈性統計理論.可導出溶脹度與有效鏈平均分子量之間的關系.方便地算出聚合物交聯密度。該方法測試時間長，效率低，操作復雜，人為誤差因素大。而低場核磁分析技術可以彌補這些缺陷，可無損、快速完成低交聯度的評價。

低場核磁共振分析技術評價低交聯度的原理：

低場核磁共振分析技術是利用脈沖激發材料樣品中的氫質子發生共振，停止脈沖后，氫質子發生弛豫。樣品中處于不同狀態的氫質子的弛豫時間是不同的。對其弛豫信號進行檢測分析研究可以直接或者間接檢測材料的某些特性。低場核磁法是利用低場核磁共振分析技術，通過對烴鏈上的H分子運動進行評價，根據弛豫分析模型解析出樣品的交聯度。測試過程無需化學品、對樣品無損，測試速度快，一般3分鐘以內即可完成測試。

低場核磁共振分析儀的組成

核磁交聯密度儀通常由以下幾部分組成：

1)控制單元（控制核心，人機交互的界面）；

2)磁體單元（產生射頻激勵并收集信號的部分）；

3)樣品腔（測樣部分）。

除以上部分，還有溫度控制、電源模塊等；

低場核磁共振分析儀

核磁共振交聯密度分析軟件