[發(fā)明專利]一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911287974.1
• 申請日: 2019-12-15
• 公開（公告）號: CN111562241B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田銳;張澤坤;呂超;段雪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)熒光探針分子的選擇、性質(zhì)研究、染色條件優(yōu)化；

(2)聚合物薄膜的構(gòu)筑及老化試驗

(3)老化聚合物薄膜的熒光標(biāo)記及成像

將步驟(2)中老化后的聚合物薄膜浸潤于步驟(1)的熒光探針分子溶液或分散液中使得老化生成的特色官能團(tuán)與熒光探針分子進(jìn)行染色反應(yīng)，染色后將多余未與材料結(jié)合的熒光探針分子洗去；將染色后的聚合物材料放置于熒光光譜儀、熒光顯微鏡、激光掃描共聚焦顯微鏡上進(jìn)行二維、三維成像觀察以及定量分析實驗；

(4)定量數(shù)據(jù)分析及動力學(xué)方程模擬

通過熒光光譜儀、熒光顯微鏡、激光掃描共聚焦顯微鏡二維、三維成像結(jié)果獲取定量信息，包括材料在二維平面的老化面積S、在縱向方向的老化深度D、在不同深度處的二維成像圖及面積以及三維空間內(nèi)成像圖及體積V變化；將得到的S、D、V值隨時間t的變化情況進(jìn)行分析擬合，得到其相關(guān)關(guān)系；判斷在不同維度上的動力學(xué)反應(yīng)過程，并對不同維度的變化情況進(jìn)行對比分析；

聚烯烴類產(chǎn)生羥基基團(tuán)，聚酰胺類產(chǎn)生氨基或羧基官能團(tuán)；對聚烯烴產(chǎn)生羥基基團(tuán)選擇硼酸基熒光分子生成B-O鍵實現(xiàn)選擇性識別、對聚酰胺類材料產(chǎn)生氨基基團(tuán)選擇帶有羧基的熒光分子生成酰胺鍵實現(xiàn)染色、或?qū)ι婶然鶊F(tuán)選擇帶有正電的熒光分子通過靜電作用進(jìn)行標(biāo)記染色。

2.按照權(quán)利要求1所述的一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，步驟(1)所述的熒光探針分子的選擇、性質(zhì)研究、染色條件優(yōu)化：針對不同聚合物材料在不同外界條件下發(fā)生老化的機(jī)理，判斷其產(chǎn)生的特色官能團(tuán)，根據(jù)其產(chǎn)生的特色官能團(tuán)選擇對應(yīng)的特定的熒光探針分子，制備成熒光探針分子溶液或分散液。

3.按照權(quán)利要求1所述的一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，步驟(2)聚合物薄膜的構(gòu)筑及老化試驗：根據(jù)待測的各種聚合物熔融溫度選擇對應(yīng)合適的熱壓條件進(jìn)行成膜，成膜過程無需進(jìn)行附加處理，保證材料按照原始條件制備；成膜后對聚合物材料進(jìn)行老化處理。

4.按照權(quán)利要求3所述的一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，對聚烯烴類進(jìn)行熱老化，在50-150℃范圍內(nèi)進(jìn)行不同時間、不同升溫速率的老化處理；對聚酰胺類在80-350℃范圍內(nèi)以及不同濕度條件下進(jìn)行不同時間的濕熱老化處理。

5.按照權(quán)利要求1所述的一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，步驟(3)：將老化后聚合物材料浸泡于熒光探針分子溶液或分散液中，在超聲下處理2-10min；取出后將該樣品放置于可溶解熒光染色劑的溶劑中清洗10-30min，保證未反應(yīng)的熒光探針分子被清除。

6.按照權(quán)利要求1所述的一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，步驟(4)：將得到的D、S、V值隨時間t的變化情況進(jìn)行分析擬合，其中D～t擬合為零級反應(yīng)，得到D和t線性相關(guān)關(guān)系；S～t擬合為一級反應(yīng)，得到ln S和t線性相關(guān)關(guān)系；V～t擬合為一級反應(yīng)，得到ln V和t線性相關(guān)關(guān)系；從擬合方程的關(guān)于t的斜率可以得到老化反應(yīng)的速率常數(shù)k值。

7.按照權(quán)利要求1所述的一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，步驟(3)和(4)可通過對聚合物材料進(jìn)行剖面實驗獲得對應(yīng)的信息。

8.按照權(quán)利要求1所述的一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，三維成像后可通過“深度編碼”技術(shù)對老化深度進(jìn)行分析，通過不同顏色強(qiáng)度對不同深度的老化位點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記，進(jìn)而更加深入的識別不同深度的老化情況。

9.按照權(quán)利要求1所述的一種對聚合物材料老化的檢測及過程分析方法，其特征在于，根據(jù)結(jié)果進(jìn)一步調(diào)整步驟(1)中熒光染色劑的選擇以及染色條件，在多種老化條件并存的情況下，考慮同時使用多種互不干擾的染色劑進(jìn)行成像實驗，對不同官能團(tuán)位點(diǎn)的老化速率進(jìn)行觀察；

聚合物材料選用聚烯烴類、聚酰胺類、聚酰亞胺類、聚酯類聚合物材料；

熒光探針分子選用發(fā)光波長為410-680nm的，具有特征官能團(tuán)反應(yīng)效果的熒光探針分子；該分子能且僅能與聚合物老化后新生的一種官能團(tuán)進(jìn)行相互作用實現(xiàn)染色；染色后該分子能被可逆移除，不影響材料正常性能。