联用出奇迹——流变&拉曼：表征高分子材料在融化和结晶过程中的宏观物性与微观结构
 

　　高分子的结晶能力与材料的结构特征相关，高分子的结构对称性越高，越容易结晶。选择合适的聚乙烯材料，需了解其微观结构。此外，聚合物的结晶和融化过程对很多工业生产工艺有较为重大的影响。研究聚合物结晶和融化过程，对于聚合物的优化改性和优化生产工艺来说至关重要。
 

　　安东帕MCR系列流变仪和CORA系列拉曼光谱仪联用，研究茂金属聚乙烯(mPE)融化和凝固过程中物理、化学性能变化。一方面，流变仪追踪mPE融化和凝固过程中粘弹性变化，从宏观角度研究融化和结晶过程中物理性能的变化；另一方面，拉曼光谱仪测试相同过程mPE分子链结构变化，从微观分子角度展现融化和结晶过程伴随的化学结构变化。综合二者，对mPE融化和结晶过程进行了不同层面的探讨，为mPE的改优化和改性提供了可靠的依据。
 

　　MCR流变仪+CORA拉曼光谱仪
 

　　MCR-CORA联用示例：结晶过程
 

　　降温试验，观察样品的结晶过程。样品在降温初始阶段，体现了常规的熔体行为，即损耗模量高于储能模量约半个数量级。在降温过程中，样品内能下降，分子热运动强度降低，其宏观行为体现为模量的小幅上升。模量上升的斜率接近于零。随后样品的模量快速上升，储能模量和损耗模量出现交点，样品黏弹性属性出现了显著的变化。这一过程中聚合物发生了大量结晶，分子间作用力增加，同时微晶体起到了物理交联的作用，造成了样品的模量上升超过260倍。
 

　　同一过程，拉曼光谱图反应了降温结晶过程中微观分子结构的变化。聚乙烯融化过程中聚合物分子CC长链构象发生了转变。固态PE在1128 cm-1峰很明显，这个峰来自于C-C长链全反式构象(all-trans conformation)。由于PE的结晶区CC链主要是C-C长链全反式构象(all-trans conformation)；因此，可用1128 cm-1峰作为结晶指标。此外，1060 cm-1的出现也与C-C长链全反式构象(all-trans conformation)有关。融化状态下，PE的C-C链的旋转产生了大量的邻位交叉构象(gauche conformation)破坏原有的C-C长链全反式构象，而1083 cm-1来自于邻位交叉构象C-C链。因此，用1083 cm-1表征聚合物的“无定形”状。另外两个峰，1300 cm-1和1440 cm-1，分来自于CH2的面内转动和剪切振动，PE的结晶过程和融化过程对于这两个峰强度的影响比较小。