应用笔记 - 磁共振

有关对离子弹性体新结构探究的时域NMR分析

“这项工作清楚地确定了网络结构和橡胶流动性与弹性离聚物特殊弹性特性之间的独特定性关系。”

“这项工作清楚地确定了网络结构和橡胶流动性与弹性离聚物特殊弹性特性之间的独特定性关系。”

时域核磁共振(NMR)是基于暴露于磁场中的原子核的激发的几种不同的NMR方法之一。与众所周知的NMR谱不同,它测量的是原子核在激发后恢复平衡所需的时间。它可以很容易地使用紧凑的台式质谱仪进行,虽然它不能提供与NMR质谱仪相同的原子或空间分辨率,但它具有很高的分辨率和再现性。此外,其设备较便宜且易于使用。同时,它可以应用于比NMR谱更广泛的样品类型。

多年来,由于NMR谱技术的革新已使更复杂的分析成为可能,时域NMR一直遭到忽视。然而现在,由于其便利性、经济性和便携性,它正在卷土重来。它已在各种结构研究中提供了重要的信息,因此被用来解决弹性离聚物如何实现其独特的物理和加工性能的难题。

弹性体(如橡皮筋)是一种聚合物,在因受力发生严重变形后能恢复原来的形状。这种弹性特性是通过分子流动性与共价交联的结合来实现的。提高弹性体强度的尝试总是伴随着断裂率的增加。然而,通过开发具有离子键而非共价键的弹性体,这一困难已被克服。这种离子弹性体在不影响稳健性的情况下表现出更高的强度1。此外,离子键比不可逆共价键更易断裂,因此离子弹性体更容易回收。

尽管离子弹性体的独特性质早已被认可,但大量的结构研究并未能解释它们是如何实现的。由于其层次结构、链迁移率和动态离子相互作用,使得对其精细结构的研究变得特别具有挑战性且极为耗时。

通过结合先进的时域NMR技术,弹性离聚物的结构细节达到了新的水平2。利用经济且易用的低场布鲁克 Minispec mq20质谱仪,研究人员对不同氧化镁含量的羧化丁腈橡胶进行了分析。此外,还评估了热对网络结构的影响。

研究发现聚合物中含有离子团簇,这是以前使用其它分析技术从未观察到的,离子团簇缩短了离子部分之间的距离,从而实现了更多的聚集和更强的离子相互作用2。随着氧化镁浓度的增加,交联程度增加,而截留聚合物的比例并未增加。这与强度增强同时又保持良好的稳健性有关。更高的强度是由于形成了更多的小离子团簇,提高了动态交联的可能性。温度的升高导致了离子重排动力学变化,使得在低剪切条件下熔融加工离子弹性体成为可能。

这项工作突显了交联密度在测定弹性离聚物弹性特性中的重要性。

有关TD-NMR的更多信息,请与布鲁克公司联系。

參考

1. Dalmas F and Leroy E. Macromolecules 2011, 44 (20), 8093−
2. Malmierca MA, et al. Characterization of Network Structure and Chain Dynamics of Elastomeric Ionomers by Means of 1H Low-Field NMR. Macromolecules 2014, 47, 5655−