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1、高分子材料表征方法高分子材料表征方法第一章第一章 绪论绪论1、表征的定义：通过一定的分析方法将、表征的定义：通过一定的分析方法将未知结构变成已知结构；未知结构变成已知结构；2、表征的应用：、表征的应用：科学研究中对聚合物产物结构的确认；科学研究中对聚合物产物结构的确认；在生产过程中对产品质量的监测；在生产过程中对产品质量的监测；分析和研究未知产品的结构。分析和研究未知产品的结构。一、高分子表征技术研究的内容一、高分子表征技术研究的内容1、高分子材料的定性分析、高分子材料的定性分析2、高分子材料的结构测定、高分子材料的结构测定3、高分子材料的定量分析、高分子材料的定量分析二、高分子材料的主二、高
2、分子材料的主要表征方法要表征方法1、简单的经验判断：、简单的经验判断：根据聚合物根据聚合物的性质如外观、强度和应用领域等的性质如外观、强度和应用领域等判断聚合物种类判断聚合物种类2、化学分析：采用化学分析的方、化学分析：采用化学分析的方法如酸碱滴定、元素特有的化学反法如酸碱滴定、元素特有的化学反应对聚合物种类和结构作出定性或应对聚合物种类和结构作出定性或定量的分析定量的分析3、仪器分析：采用现代分析设、仪器分析：采用现代分析设备，根据聚合物中的某些官能团备，根据聚合物中的某些官能团在一定条件下所作出的响应来判在一定条件下所作出的响应来判断聚合物中官能团的结构和数量。断聚合物中官能团的结构和数量
3、。常用的仪器分析方法有红外光谱、常用的仪器分析方法有红外光谱、紫外光谱、激光拉曼光谱、核磁紫外光谱、激光拉曼光谱、核磁共振、共振、X射线等。射线等。第一篇：高分子材料第一篇：高分子材料的化学分析的化学分析第一章：简单定性分析第一章：简单定性分析1、外观：透明性，、外观：透明性，颜色颜色一）高分子材料的外观一）高分子材料的外观无色透明无色透明（或半透（或半透明）明）聚乙烯，聚丙烯，聚聚乙烯，聚丙烯，聚1丁烯，聚丁烯，聚4甲基甲基1戊烯聚苯乙烯，戊烯聚苯乙烯，MBS,SAN,全氟聚丙烯，全氟聚丙烯，聚苯醚，尼龙，聚苯醚，尼龙，PET,PBT,醋酸丙酸纤维醋酸丙酸纤维素素白色白色ABS,聚氯乙稀，聚
4、乙烯醇，聚甲醛，聚乙聚氯乙稀，聚乙烯醇，聚甲醛，聚乙二醇，醋酸纤维素，聚苯硫醚，脲醛或蜜二醇，醋酸纤维素，聚苯硫醚，脲醛或蜜胺模塑粉胺模塑粉有色有色聚乙烯基咔唑（棕色透明颗粒），萜烯树聚乙烯基咔唑（棕色透明颗粒），萜烯树脂（黄色）聚碳酸酯（无色透明或者浅黄脂（黄色）聚碳酸酯（无色透明或者浅黄色），聚酰亚胺，酚醛塑料色），聚酰亚胺，酚醛塑料（二）、塑料制品的外形（二）、塑料制品的外形1、塑料薄膜、塑料薄膜2、塑料板材、塑料板材3、管材、管材4、泡沫塑料、泡沫塑料（三）、手感与机械性能（三）、手感与机械性能 表面硬度表面硬度 刚性刚性 力学性能力学性能二、二、高分子材料的用途高分子材料的用途每一种
5、高分子材料都有其主要的应每一种高分子材料都有其主要的应用领域。而在每一个特定的领域中用领域。而在每一个特定的领域中应用的高分子材料的种类是非常有应用的高分子材料的种类是非常有限的。几个主要领域中应用的高分限的。几个主要领域中应用的高分子材料如下所示：子材料如下所示：机械零件：尼龙，机械零件：尼龙，PET或或PBT，ABS,HIPS，聚甲醛，聚碳酸酯，聚甲醛，聚碳酸酯，氟塑料，酚醛树脂，聚苯醚，聚氟塑料，酚醛树脂，聚苯醚，聚苯硫醚，聚醚醚酮，聚酰亚胺，苯硫醚，聚醚醚酮，聚酰亚胺，高密度聚乙烯（小负荷），聚丙高密度聚乙烯（小负荷），聚丙烯（小负荷），烯（小负荷），绝缘材料：绝缘材料：聚乙烯，聚丙烯
6、，聚乙烯，聚丙烯，EVA，PET,环氧树脂，聚酰亚环氧树脂，聚酰亚胺聚氯乙稀。胺聚氯乙稀。电子电器配件：电子电器配件：PE,PP,SAN,MBS,PF,氨基树脂，环氧树脂，氨基树脂，环氧树脂，不饱和聚酯，不饱和聚酯，PET,PBT,聚甲醛，聚甲醛，聚酰亚胺，聚苯醚，聚砜聚酰亚胺，聚苯醚，聚砜家电和设备外壳：聚丙烯，高家电和设备外壳：聚丙烯，高冲聚苯乙烯冲聚苯乙烯,ABS,SAN,聚苯乙聚苯乙烯，聚氨酯烯，聚氨酯汽车配件：聚丙烯，汽车配件：聚丙烯，PET,尼龙，尼龙，聚甲醛，聚甲醛，ABS,PC，SMC光学产品：聚甲基丙烯酸甲光学产品：聚甲基丙烯酸甲酯，聚丙烯酸酯类，聚碳酸酯，聚丙烯酸酯类，聚碳
7、酸酯，聚苯乙烯，聚乙烯醇缩酯，聚苯乙烯，聚乙烯醇缩丁醛，丁醛，PET容器：聚乙烯，聚丙烯，容器：聚乙烯，聚丙烯，PET,聚聚甲醛（压力容器）环氧树脂（压甲醛（压力容器）环氧树脂（压力容器）力容器）文具、办公及日常用品：聚乙烯，文具、办公及日常用品：聚乙烯，聚丙烯，聚丙烯，ABS,HIPS,PET,PU,SAN,MBS,尼龙，酚醛塑料，尼龙，酚醛塑料，氨基塑料，聚甲基丙烯酸甲酯氨基塑料，聚甲基丙烯酸甲酯第二节：燃烧试验第二节：燃烧试验一、试验方法一、试验方法观察的主要现象：观察的主要现象：（1）是否燃烧，）是否燃烧，（2）是否能够自熄）是否能够自熄（3）火焰的颜色和性质如是否有）火焰的颜色和性质
8、如是否有烟或者是否溅射烟或者是否溅射（4）样品是否变形、龟裂、熔融、）样品是否变形、龟裂、熔融、滴落以及滴落物是否继续燃烧等滴落以及滴落物是否继续燃烧等二、初步鉴别二、初步鉴别不燃材料：含氟、含硅的高分子以不燃材料：含氟、含硅的高分子以及热固性高分子材料和少数芳香环及热固性高分子材料和少数芳香环含量很高的高分子材料；含量很高的高分子材料；难燃和自熄的：含氯高分子如聚氯难燃和自熄的：含氯高分子如聚氯乙稀，含氮高分子以及含有阻燃剂乙稀，含氮高分子以及含有阻燃剂的高分子材料的高分子材料易燃高分子：主要以碳氢为主的高易燃高分子：主要以碳氢为主的高分子材料分子材料发烟规律：苯环的含量与苯环的位置发烟规律
9、：苯环的含量与苯环的位置结焦倾向：与碳所在的基团有关结焦倾向：与碳所在的基团有关火焰颜色：与元素有关，只含碳氢的火焰颜色：与元素有关，只含碳氢的高分子火焰为黄色，含氧的高分子材高分子火焰为黄色，含氧的高分子材料火焰带蓝色，含氯的高分子材料火料火焰带蓝色，含氯的高分子材料火焰为绿色燃烧激烈的高分子材料的火焰为绿色燃烧激烈的高分子材料的火焰看上去象白色。焰看上去象白色。气味：气味产生于高分子裂解而产生气味：气味产生于高分子裂解而产生的小分子的小分子高分子材料在火焰中的行为高分子材料在火焰中的行为可燃性可燃性试样变试样变化化火焰火焰外观外观气味气味高分子高分子材料材料不燃不燃不变或不变或慢慢碳慢慢碳
10、化化在红热时在红热时发出刺激发出刺激性气味性气味聚四氟聚四氟乙烯乙烯软化软化同上同上聚三氟聚三氟氯乙烯氯乙烯难燃难燃 在强火焰在强火焰中膨胀中膨胀亮黄或亮黄或白色白色几乎无几乎无味味硅树脂硅树脂外形不变外形不变或膨胀碳或膨胀碳化化亮黄色亮黄色有烟有烟苯酚，苯酚，甲醛味甲醛味酚醛树酚醛树脂脂燃烧部发燃烧部发白，慢慢白，慢慢碳化碳化微黄色微黄色带绿边带绿边甲醛味，甲醛味，氨味氨味氨基树氨基树脂脂在火焰在火焰上燃烧，上燃烧，离火熄离火熄灭灭先软化，先软化，后分解为后分解为棕黑色棕黑色黄橙色黄橙色带绿底，带绿底，白烟白烟强辛辣强辛辣味味聚氯乙聚氯乙稀，氯稀，氯丁橡胶丁橡胶同上同上黄橙色，黄橙色，喷溅绿
11、色喷溅绿色火星火星同上同上聚偏二聚偏二氯乙烯氯乙烯软化，软化，黄色带绿黄色带绿边边同上同上氯醋共氯醋共聚聚软化，不软化，不滴落滴落黄橙色黄橙色带蓝绿边带蓝绿边同上同上氯乙烯氯乙烯丙烯丙烯腈共聚腈共聚物物在火焰在火焰中燃烧，中燃烧，离火熄离火熄灭，中灭，中等燃烧等燃烧速度速度熔融下滴，熔融下滴，然后分解，然后分解，样品靠近样品靠近火焰时起火焰时起泡熔融成泡熔融成清液可抽清液可抽丝，膨胀丝，膨胀龟裂，逐龟裂，逐渐分解碳渐分解碳化化黄黄橙色橙色带蓝带蓝边，边，黄色，黄色，明亮，明亮，灰烟灰烟烧毛烧毛发味，发味，或烧或烧新鲜新鲜芹菜芹菜味味尼龙，尼龙，酪脘酪脘甲醛树甲醛树脂脂在火中在火中燃烧，燃烧，离
12、火后离火后继续燃继续燃烧不易烧不易点燃点燃熔融下熔融下滴，可滴，可抽丝抽丝暗黄暗黄橙色，橙色，有烟炱有烟炱花香般花香般微甜气微甜气味味PET明亮的明亮的黄色黄色氰化物氰化物味或烧味或烧木材味木材味聚丙烯腈聚丙烯腈及其共聚及其共聚物物熔融下熔融下滴滴暗蓝色暗蓝色带黄边带黄边腐臭的腐臭的奶油气奶油气味味聚乙烯醇聚乙烯醇缩丁醛缩丁醛熔融不熔融不滴落滴落暗蓝色暗蓝色带紫色带紫色醋酸味醋酸味聚乙烯醇聚乙烯醇缩乙醛缩乙醛同上同上黄白色黄白色略带甜略带甜味味聚乙烯醇聚乙烯醇缩甲醛缩甲醛比较容易比较容易点燃，离点燃，离火后继续火后继续燃烧燃烧熔融下滴，熔融下滴，滴落物继续滴落物继续燃烧燃烧清亮的黄色清亮的黄色
13、带蓝底带蓝底熄灭的蜡烛熄灭的蜡烛味味聚乙烯聚乙烯同上同上清亮的黄色清亮的黄色带蓝色调带蓝色调热润滑油味热润滑油味聚丙烯，乙烯聚丙烯，乙烯丙烯共聚物丙烯共聚物不熔融，不不熔融，不滴落滴落黄色，明亮黄色，明亮有烟炱有烟炱刺激性气味，刺激性气味，略带花香味略带花香味不饱和聚酯不饱和聚酯同上同上黄色有黑烟黄色有黑烟类似苯酚味类似苯酚味环氧树脂环氧树脂软化变黑软化变黑黄色明亮带黄色明亮带浓烟浓烟微甜的金盏微甜的金盏花香味花香味聚苯乙烯及与聚苯乙烯及与丁二烯共聚物丁二烯共聚物软化软化明亮带浓烟明亮带浓烟微甜的花香微甜的花香味味聚甲基苯乙烯聚甲基苯乙烯（三）氧指数（三）氧指数第三节：干馏第三节：干馏一、试验
14、方法一、试验方法干馏试验是检验材料在不与火干馏试验是检验材料在不与火焰直接接触的情况下加热时所发焰直接接触的情况下加热时所发生的反应。在加热的情况下让聚生的反应。在加热的情况下让聚合物发生分解，再利用化学方法合物发生分解，再利用化学方法检验分解产物中所含有的成分。检验分解产物中所含有的成分。干馏时注意观察下列现象：干馏时注意观察下列现象：（1）加热时试样是否变形？是否）加热时试样是否变形？是否熔化？熔体能否自由流动？最终熔化？熔体能否自由流动？最终形态如何？形态如何？（2）气体的颜色和气味）气体的颜色和气味（3）气体的酸碱性，试管内是否）气体的酸碱性，试管内是否有凝聚物？是否有沉淀生成有凝聚物
15、？是否有沉淀生成二、鉴别表二、鉴别表第四节第四节 密度密度密度测定只能作为聚合物鉴定的密度测定只能作为聚合物鉴定的一种参考手段，因为各种添加剂一种参考手段，因为各种添加剂和加工引起的缺陷都会影响聚合和加工引起的缺陷都会影响聚合物的密度。但是由于密度测定比物的密度。但是由于密度测定比较容易，它因此成为缩小聚合物较容易，它因此成为缩小聚合物品种判别范围的一种重要方法。品种判别范围的一种重要方法。一、密度测定方法一、密度测定方法（1）比重瓶法）比重瓶法（2）等密度法）等密度法二、高分子材料的密度二、高分子材料的密度第五节：聚合物的溶解性第五节：聚合物的溶解性利用溶解性来鉴别聚合物是聚合利用溶解性来鉴
16、别聚合物是聚合物鉴别聚合物的传统方法。但是物鉴别聚合物的传统方法。但是其利用价值是很有限的。因为聚其利用价值是很有限的。因为聚合物的溶解性不仅与结构有关，合物的溶解性不仅与结构有关，而且与分子量和结晶度有关。而且与分子量和结晶度有关。高分子材料的溶解性高分子材料的溶解性第六节第六节 折射率折射率一、测定方法一、测定方法 阿贝折射仪测定高分子材料的折射阿贝折射仪测定高分子材料的折射率是基于全内反射原理。在标准棱镜上率是基于全内反射原理。在标准棱镜上放置待测固体，单色光在掠射情况下射放置待测固体，单色光在掠射情况下射入与固体接触的棱镜上面的镜面，经过入与固体接触的棱镜上面的镜面，经过折射后，光线穿
17、出棱镜后产生一个偏向折射后，光线穿出棱镜后产生一个偏向角角。假设待测固体的折射率为假设待测固体的折射率为n,要求要求n要小于棱镜的折射率要小于棱镜的折射率n。根据折射定律，。根据折射定律，当光线经过当光线经过A点掠射入棱镜时，有：点掠射入棱镜时，有：nn sin 为临界折射角。同样对于为临界折射角。同样对于B点，点，n sin(90-)=sin 或者或者n con=sin 为了在被测物体和棱镜之间有良好为了在被测物体和棱镜之间有良好的接触，应在被测物体与棱镜之间，的接触，应在被测物体与棱镜之间，加一小滴接触液。接触液的折射率加一小滴接触液。接触液的折射率也应该比被测物的折射率大。但是也应该比被
18、测物的折射率大。但是又要比棱镜的折射率小。同时接触又要比棱镜的折射率小。同时接触液必须对被测材料没有侵蚀和溶胀液必须对被测材料没有侵蚀和溶胀作用。作用。第七节第七节 熔点或软化点法熔点或软化点法熔点是高分子材料重要的物理参数，熔点是高分子材料重要的物理参数，对鉴别聚合物有着非常重要的意义。对鉴别聚合物有着非常重要的意义。对于无定形高分子材料，可测定其软对于无定形高分子材料，可测定其软化点或者玻璃化温度。但是对于热固化点或者玻璃化温度。但是对于热固性材料，就没有熔点或软化点，并且性材料，就没有熔点或软化点，并且对于大部分的高分子材料，熔点或者对于大部分的高分子材料，熔点或者软化点的测定的灵敏度总
19、不如低分子软化点的测定的灵敏度总不如低分子化合物。化合物。熔点测定方法熔点测定方法1、简易方法、简易方法2、熔点显微镜法、熔点显微镜法3、DSC法法第八节第八节 显色试验显色试验一、李柏曼斯托希莫洛夫斯基一、李柏曼斯托希莫洛夫斯基显色试验显色试验取几毫克的试样放在试管中，令其溶于取几毫克的试样放在试管中，令其溶于2ml的热乙酐中，待冷却后加入的热乙酐中，待冷却后加入3滴滴50%的硫酸。立刻观察颜色变化。的硫酸。立刻观察颜色变化。10分钟后分钟后以及用水浴加热至约以及用水浴加热至约100（比沸点略（比沸点略低），再次观察颜色变化。试剂的浓度低），再次观察颜色变化。试剂的浓度和温度必须稳定，否则，
20、同一种聚合物和温度必须稳定，否则，同一种聚合物会得到不同的颜色。这个显色反应并不会得到不同的颜色。这个显色反应并不是非常特征的，而且有时候是不可重现是非常特征的，而且有时候是不可重现的。但是作为旁证是有用的。的。但是作为旁证是有用的。对该试剂无显色反应的聚合物有：纤对该试剂无显色反应的聚合物有：纤维素酯类，脲醛树脂，蜜胺树脂，聚维素酯类，脲醛树脂，蜜胺树脂，聚烯烃，聚四氟乙烯，据三氟氯乙烯，烯烃，聚四氟乙烯，据三氟氯乙烯，聚丙烯酸酯类，聚甲基丙烯酸酯类，聚丙烯酸酯类，聚甲基丙烯酸酯类，聚丙烯腈，聚苯乙烯，聚氯乙稀，氯聚丙烯腈，聚苯乙烯，聚氯乙稀，氯化聚氯乙稀，聚偏氯乙烯，氯化聚乙化聚氯乙稀，聚
21、偏氯乙烯，氯化聚乙烯，饱和聚酯，聚碳酸酯，聚甲醛，烯，饱和聚酯，聚碳酸酯，聚甲醛，尼龙等。尼龙等。二、对二甲胺基苯甲醛显色反应二、对二甲胺基苯甲醛显色反应在试管中裂解在试管中裂解5毫克试样，冷却毫克试样，冷却后滴加后滴加1毫升浓盐酸，再加毫升浓盐酸，再加10滴滴1%的对二甲胺基苯甲醛的甲醇的对二甲胺基苯甲醛的甲醇溶液，放置片刻，再加入溶液，放置片刻，再加入0.5毫升毫升浓盐酸，最后用水稀释，观察整浓盐酸，最后用水稀释，观察整个过程的颜色变化。个过程的颜色变化。三、吡啶显色试验鉴别含氯高分子三、吡啶显色试验鉴别含氯高分子1、与冷吡啶的显色反应、与冷吡啶的显色反应取少许无增塑剂的样品，加入取少许无
22、增塑剂的样品，加入1毫毫升吡啶，放置几分钟后加入升吡啶，放置几分钟后加入2至至3滴滴5%的氢氧化钠的甲醇溶液，立刻的氢氧化钠的甲醇溶液，立刻观察产生的颜色，过观察产生的颜色，过5分钟和分钟和1小时小时后分别记录颜色。后分别记录颜色。2、与沸腾的吡啶的显色反应、与沸腾的吡啶的显色反应取少许无增塑剂的样品，加入约取少许无增塑剂的样品，加入约1毫升毫升的吡啶煮沸，将溶液分成两分，第一部的吡啶煮沸，将溶液分成两分，第一部分重新煮沸，小心加入两滴分重新煮沸，小心加入两滴5%的氢氧化的氢氧化钠的甲醇溶液。分别记录立刻观察到的钠的甲醇溶液。分别记录立刻观察到的颜色和颜色和5分钟后的颜色变化。第二部分分钟后的
23、颜色变化。第二部分在冷却后小心加入两滴在冷却后小心加入两滴5%的氢氧化钠的的氢氧化钠的甲醇溶液，分别记录立刻观察和甲醇溶液，分别记录立刻观察和5分钟分钟后的颜色变化。后的颜色变化。四、一氯和二氯醋酸鉴别单烯类高分四、一氯和二氯醋酸鉴别单烯类高分子子取少量试样，加入取少量试样，加入5毫升二氯醋酸或熔毫升二氯醋酸或熔化的一氯醋酸。加热至沸腾化的一氯醋酸。加热至沸腾1至至2分钟，分钟，观察颜色变化。观察颜色变化。五、铬变酸显色试验鉴别含甲五、铬变酸显色试验鉴别含甲醛的高分子醛的高分子当甲醛和铬变酸（当甲醛和铬变酸（1，8二羟萘二羟萘3，6二磺酸）的浓硫酸溶液一起加热二磺酸）的浓硫酸溶液一起加热时，即
24、呈现紫色。取少量试样置于试时，即呈现紫色。取少量试样置于试管中，加入管中，加入2ml浓硫酸和少量的铬变浓硫酸和少量的铬变酸，在酸，在6070下加热下加热10分钟，静置分钟，静置1小时后观察颜色。如果出现深紫色，小时后观察颜色。如果出现深紫色，即表示有甲醛。该反应的灵敏度很高，即表示有甲醛。该反应的灵敏度很高，可以检测到可以检测到0.03 g。六、吉布斯靛酚显色试验鉴别六、吉布斯靛酚显色试验鉴别含酚高分子含酚高分子在试管中将少许试样加热在试管中将少许试样加热1分钟，分钟，试管口用滤纸盖住。滤纸预先用试管口用滤纸盖住。滤纸预先用2，6二氯苯醌二氯苯醌4氯亚胺的饱氯亚胺的饱和乙醚溶液浸润，再风干。式样和乙醚溶液浸润，再风干。式样分解后，取下滤纸，滴加分解后，取下滤纸，滴加1至至2滴滴稀氨水，若出现蓝色表明有酚类稀氨水，若出现蓝色表明有酚类存在。存在。第九节：第九节：综合鉴别方法综合鉴别方法