综述 聚合物结晶结构的表征

结晶态聚合物的表征用途结晶态是高分子凝聚态的主要形态之一，有关固体聚合物的结晶度、晶体形态、结晶过程以及结晶原理等内容，是高分子凝聚态物理研究的核心内容之一。

而关系到这些学术问题的有关数据又往往和聚合物作为材料使用时的性能密切相关。

（如力学性能、热性能、光学性能、溶解性等）。

同样在聚合物成型加工过程中如何控制加工条件，使成型后的聚合物材料中形成有利于材料性能的结晶形态，也是聚合物加工技术的研究方向。

因此聚合物形态的表征是高分子物理研究和高分子成型加工研究中的重要手段。

表征方法及原理（1）结晶度Wc的表征国际应用化学联合会（IUPAC）1988粘推荐用Wc，a表示质量分率结晶度，下标c为结晶度，另一下标字母a代表用不同方法测得的质量分率结晶度，方法不同下标a将分别是其他字母。

①广角X射线衍射（WAXS）测聚合物结晶度Wc，x用广角X射线衍射仪，对样品做出不同2θ角的衍射曲线，将衍射曲线的峰分解为结晶峰面积和非晶区面积，结晶峰面积与总衍射面积之比，即为Wc，x（下标x代表X射线衍射方法）②密度测量法计算聚合物的结晶度We，d在密度梯度管中配置自上而下密度连续变化的密度梯度液体，并用标准密度的玻璃小球标定密度梯度管不同位置高度的密度值，将待测聚合物样品投入标定后的密度梯度管中，测出聚合物样品的密度，其倒数即为聚合物样品的比容。

再用X射线衍射测得的该聚合物的晶胞参数，计算得到该聚合物“纯晶体“的比容；由膨胀计法测定不同温度下该聚合物熔体的密度，外推到聚合物样品测密度时温度下该聚合物非晶区的比容，按下式计算结晶度：（有时聚合物的，值可从专业手册中查到）③量热法计算聚合物的结晶度的Wc,h用示差扫描量热仪（DSC），测定聚合物样品的熔融热焓（熔融峰的面积）ΔHm，从手册中查找该聚合物100％结晶时的熔融热焓值ΔHm标准，则ΔHm标准也可采用下述方法求得，即用其他方法（如广角X光衍射法WAXD，密度法等）已测得结晶度的该类聚合物的不同样品，分别用DSC法测不同样品的熔融热焓，以测得的熔融焓ΔHm值对结晶度作图，外推到100％结晶度时的熔融热焓值即为ΔHm标准。

目录1 前言 (1)2 表征方法 (2)2.1 红外光谱法(IR) (2)2.2 核磁共振法(NMR) (4)2.3 热分析法 (4)2.4 扫描电镜法 (6)2.5 X-射线衍射法 (6)2.6 原子力显微镜法 (7)2.7 透射电镜法 (8)3 聚合物表征的相关研究 (9)4 结论 (9)参考文献 (10)聚合物表征方法概述摘要：介绍了常规的聚合物的表征方法，具体叙述了红外光谱(IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、核磁共振(NMR)等的原理、方法、特点、局限性及改进方法并展望了聚合物表征方法的发展趋势。

关键词: 聚合物表征方法Summary of polymer characterization methodsAbstrac t：The conventional polymer characterization methods were introduced in this paper. The principle, method, characteristics infrared spectra (IR), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM) and the nuclear magnetic resonance (NMR) have been described, the limitations, the improved method and the predicts the development trend of those polymer characterization methods have been summarized.Keyword：polymer characterization method1 前言功能高分子是指具有某些特定功能的高分子材料[1]。

它们之所以具有特定的功能，是由于在其大分子链中结合了特定的功能基团，或大分子与具有特定功能的其他材料进行了复合，或者二者兼而有之。

结晶聚合物的主要特征结晶聚合物的主要特征一、概述结晶聚合物是指在适当条件下，聚合物分子形成有序排列的晶体结构。

它具有许多独特的性质和应用价值，因此受到广泛关注。

本文将从分子层面、宏观层面和应用层面三个方面介绍结晶聚合物的主要特征。

二、分子层面1. 分子排列有序结晶聚合物中，聚合物分子呈现出高度有序的排列，形成类似于晶体的结构。

这种有序排列使得结晶聚合物具有更高的密度和更高的熔点。

2. 分子间作用力强在结晶聚合物中，由于分子间距离较近，因此分子间作用力较强。

这种作用力包括范德华力、氢键等，使得结晶聚合物具有更强的机械性能和化学稳定性。

3. 结构单元规则在结晶聚合物中，通常存在一些规则的结构单元。

这些单元包括基本单元、重复单元等，它们对于整个结构的稳定性和性能具有重要的影响。

三、宏观层面1. 透明度高结晶聚合物通常具有较高的透明度，这是由于分子排列有序、分子间作用力强以及结构单元规则等因素共同作用的结果。

2. 熔点高由于分子排列有序和分子间作用力强，结晶聚合物通常具有较高的熔点。

这种性质使得结晶聚合物在高温下仍能保持稳定性。

3. 机械性能好结晶聚合物具有较好的机械性能，包括强度、刚度和韧性等方面。

这是由于分子间作用力强以及结构单元规则等因素共同作用的结果。

四、应用层面1. 光学应用由于透明度高，结晶聚合物被广泛应用于光学领域。

例如，在制备光学镜片、光纤等方面都有广泛应用。

2. 塑料制品许多塑料制品都是通过结晶聚合物制备而成。

例如，热塑性塑料就是通过加热和压缩结晶聚合物得到的。

3. 医疗应用结晶聚合物还被广泛应用于医疗领域。

例如，可以用于制备人工骨骼、人工关节等医疗器械。

总之，结晶聚合物具有许多独特的性质和应用价值。

它们的分子排列有序、分子间作用力强以及结构单元规则等因素共同作用，使得它们在透明度、熔点、机械性能等方面表现出众。

同时，由于其广泛的应用领域，结晶聚合物对于推动科技进步和促进社会发展也具有重要意义。

结晶聚合物的主要特征结晶聚合物是一种具有高度有序结构的聚合物，其主要特征包括晶体结构、熔点、热稳定性、机械性能等方面。

本文将从这些方面详细介绍结晶聚合物的主要特征。

一、晶体结构结晶聚合物的晶体结构是其最显著的特征之一。

晶体结构是由聚合物链的排列方式和相互作用力所决定的。

在结晶聚合物中，聚合物链通常是沿着同一方向排列的，形成了有序的晶体结构。

这种有序排列使得结晶聚合物具有高度的结晶性和透明度。

同时，晶体结构也决定了结晶聚合物的物理性质和化学性质。

二、熔点结晶聚合物的熔点通常比非晶聚合物高。

这是因为结晶聚合物的晶体结构使得分子间的相互作用力增强，从而提高了熔点。

此外，结晶聚合物的熔点还受到分子量、分子结构、晶体结构等因素的影响。

一般来说，分子量越大、分子结构越规则、晶体结构越完整的结晶聚合物，其熔点越高。

三、热稳定性结晶聚合物的热稳定性通常比非晶聚合物高。

这是因为结晶聚合物的晶体结构使得分子间的相互作用力增强，从而提高了分子的热稳定性。

此外，结晶聚合物的热稳定性还受到分子量、分子结构、晶体结构等因素的影响。

一般来说，分子量越大、分子结构越规则、晶体结构越完整的结晶聚合物，其热稳定性越高。

四、机械性能结晶聚合物的机械性能通常比非晶聚合物好。

这是因为结晶聚合物的晶体结构使得分子间的相互作用力增强，从而提高了分子的强度和刚度。

此外，结晶聚合物的机械性能还受到分子量、分子结构、晶体结构等因素的影响。

一般来说，分子量越大、分子结构越规则、晶体结构越完整的结晶聚合物，其机械性能越好。

结晶聚合物具有高度有序的晶体结构、高熔点、高热稳定性和好的机械性能等特点。

这些特点使得结晶聚合物在材料科学、化学工程、生物医学等领域具有广泛的应用前景。

结晶态聚合物的表征用途结晶态是高分子凝聚态的主要形态之一，有关固体聚合物的结晶度、晶体形态、结晶过程以及结晶原理等内容，是高分子凝聚态物理研究的核心内容之一。

而关系到这些学术问题的有关数据又往往和聚合物作为材料使用时的性能密切相关。

（如力学性能、热性能、光学性能、溶解性等）。

同样在聚合物成型加工过程中如何控制加工条件，使成型后的聚合物材料中形成有利于材料性能的结晶形态，也是聚合物加工技术的研究方向。

因此聚合物形态的表征是高分子物理研究和高分子成型加工研究中的重要手段。

表征方法及原理（1）结晶度Wc的表征国际应用化学联合会（IUPAC）1988粘推荐用Wc，a表示质量分率结晶度，下标c为结晶度，另一下标字母a代表用不同方法测得的质量分率结晶度，方法不同下标a将分别是其他字母。

①广角X射线衍射（WAXS）测聚合物结晶度Wc，x用广角X射线衍射仪，对样品做出不同2θ角的衍射曲线，将衍射曲线的峰分解为结晶峰面积和非晶区面积，结晶峰面积与总衍射面积之比，即为Wc，x（下标x代表X射线衍射方法）②密度测量法计算聚合物的结晶度We，d在密度梯度管中配置自上而下密度连续变化的密度梯度液体，并用标准密度的玻璃小球标定密度梯度管不同位置高度的密度值，将待测聚合物样品投入标定后的密度梯度管中，测出聚合物样品的密度，其倒数即为聚合物样品的比容。

再用X射线衍射测得的该聚合物的晶胞参数，计算得到该聚合物“纯晶体“的比容；由膨胀计法测定不同温度下该聚合物熔体的密度，外推到聚合物样品测密度时温度下该聚合物非晶区的比容，按下式计算结晶度：（有时聚合物的，值可从专业手册中查到）③量热法计算聚合物的结晶度的Wc,h用示差扫描量热仪（DSC），测定聚合物样品的熔融热焓（熔融峰的面积）ΔHm，从手册中查找该聚合物100％结晶时的熔融热焓值ΔHm 标准，则ΔHm标准也可采用下述方法求得，即用其他方法（如广角X光衍射法WAXD，密度法等）已测得结晶度的该类聚合物的不同样品，分别用DSC法测不同样品的熔融热焓，以测得的熔融焓ΔHm值对结晶度作图，外推到100％结晶度时的熔融热焓值即为ΔHm标准。

摘要本文主要综述了高分子聚合物及其表征方法和检测手段。

首先，从不同角度对高分子聚合物进行分类，并对高分子聚合物的结构，生产，性能做了一个简单的介绍。

其次，阐述了表征和检测高分子聚合物的常用方法，例如：凝胶渗透色谱、核磁共振（NMR）、红外吸收光谱（IR）、激光拉曼光谱（LR）等。

最后，介绍了检测高分子聚合物的常用设备，例如：偏光显微镜、金相显微镜、体视显微镜、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等。

关键词：聚合物；表征方法；检测手段；常用设备ABSTRACTThis paper mainly summarizes the polymer and its detection means.First of all, this paper made a simple introduction of the polymer structure, production performance. Secondly, it describes the detection methods of polymers, such as: gel permeation chromatography, nuclear magnetic resonance (NMR), infrared absorption spectroscopy (IR), laser Raman spectroscopy (LR).Finally, it describes the common equipment used to characterize and detection of polymers, such as: polarizing microscope, metallographic microscope, microscope, X ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy.Key words：Polymer; Characterization; Testing means; common equipment高分子聚合物及其表征方法和测试手段1 前言纵观人类发现材料和利用材料的历史，每一种重要材料的发现和广泛利用，都会把人类支配和改造自然的能力提高到一个新水平，给社会生产力和人类生活水平带来巨大的变化，把人类的物质文明和精神文明向前推进一步，所以说材料是人类社会进步的里程碑。

聚合物结晶度的表征摘要：结晶度是表征聚合物的重要研究内容，聚合物的一些物理性能和机械性能与其结晶度有着密切的关系。

过去的研究主要集中在聚烯烃、纤维、淀粉类物质结晶度的测量。

本文着重综述了不同方法测量聚烯烃，纤维素，淀粉类物质的结晶度，并对不同方法进行比较和分析，总结出每类物质最适宜的表征结晶度的方法。

关键词：结晶度聚烯烃纤维素淀粉前言：目前测定结晶度的方法有很多，有DSC测定法，密度测定法，X-射线衍射法，红外测定法等。

目前。

前三种方法是比较成熟和常用的[1]。

目前，测定淀粉的结晶度最常用的是X-射线衍射法[2]，侯斌等人[3]在“聚丙烯结晶度测试方法的对比分析”一文中采用DSC法、X-射线衍射法、密度法测量聚丙烯的结晶度，其中在表征不同种类的pp的结晶度差异方面，DSC法最灵敏，其次是X-射线衍射法，密度法最差。

纤维素结晶度的测定方法较多，马晓娟等人[4]采用X-射线衍射法、红外光谱法、核磁共振法对纤维素的测定进行了研究，王妮等人[5]对差示扫描量热法（DSC）、X-射线衍射法、密度梯度法测量涤纶纤维结晶度进行了比较研究,杨淑敏等人[6]利用X-射线衍射法测定竹纤维的结晶度。

张本山[7]等人采用X-射线衍射法对淀粉多晶体系结晶度的测定进行了研究，徐斌等人[8]对粉末X射线衍射图谱计算植物淀粉结晶度的方法进行了探讨。

正文：不同方法测量结晶度的原理不同，导致其测得的数值也不尽相同。

1、测量聚烯烃类聚合物的结晶度在“聚丙烯结晶度测试方法的对比分析”一文中，作者选用了三个不同种类的聚丙烯（PP）最为对象，即：均聚PP（T30S），乙烯-丙烯嵌段共聚PP（EPS30R），乙烯-丙烯无规共聚PP（PPR）。

分别用DSC法、X-射线衍射法、密度法对它们的结晶度进行了测试分析。

通过比较，为了便于直观的比较，作者将三种方法的数据绘制成图1：1从图中我们可以得出结论，T30S的结晶度最高，EPS30R次之，PPR最低，这与事实相符合。

聚合物的结晶形态包括以下几种：
1. 单晶：分子链垂直于片晶平面排列，晶片厚度一般只有10nm左右。

2. 树枝晶：许多单晶片在特定方向上的择优生长与堆积形成树枝状。

3. 球晶：呈圆球状，在正交偏光显微镜下呈现特有的黑十字消光，有些出现同心环。

4. 纤维状晶：晶体呈纤维状，长度大大超过高分子链的长度。

5. 串晶：在电子显微镜下，串晶形如串珠。

6. 柱晶：中心贯穿有伸直链晶体的扁球晶，呈柱状。

7. 伸直链晶体：高分子链伸展排列晶片厚度与分子链长度相当。

这些结晶形态在聚合物的结构中起着重要的作用，并影响了聚合物的物理和化学性质。

表征方法及原理1.聚合物的熔融过程如对高分子聚合物缓慢升温，例如每升温1ºC便维持恒温24小时，待样品的体积不变后测量其体积的变化，结晶高分子聚合物的熔融过程被发现为是一个接近于跃变的过程。

熔融过程发生在3~4ºC的温度范围内，以体积变化为特征的熔融曲线上也对应有明显的转折。

对由不同条件下获得的同一种结晶聚合物进行这种测量，可以得到相同的转折温度（熔融温度）。

由此证明了结晶高分子聚合物的熔融同低分子物质一样，属于热力学上的一级相变过程。

2.平衡熔点如果晶体在熔融时可以达到热力学平衡，其自由能的变化ΔG=0，即ΔH−TΔS=0其中，ΔH 为物体的熔融热，ΔS为熔融熵，T为物体所处的环境温度。

因此对应于物体熔融的平衡熔融温度（平衡熔点）T0m =ΔH /ΔS熔融热和熔融熵是高分子聚合物结晶热力学的二个重要参数，熔融热，ΔH表示分子或分子链段排布由有序转换到无序所需要吸收的能量，与分子间作用力的大小密切相关。

熔融熵代表了熔融前后分子的混乱程度，取决于分子链的的柔顺程度。

由上述的热力学关系式可见，当熔融热增大或熔融熵减小时，平衡熔融点T0m会增高。

需要指出的是，由于高分子聚合物在结晶时一般难以达到热力学平衡，在熔融时亦难以达到两相平衡，因此通常不能直接得到平衡熔点，T0m，而需要用外推法获得。

具体做法为：l将结晶高分子聚合物从高温状态冷却，使之结晶；l选择不同的过冷度可以得到不同结晶温度，T c的试样；l把获得的试样加热，在设定的升温速率条件下测定熔点，T m;l用T m对T c做图，得一直线；将此直线向T m=T c直线外推，即可得到平衡熔融温度，T0m。

3.影响高分子聚合物熔融温度的因素3.1 分子间作用力由熔融热力学得出的平衡熔点方程可以看出，减小熔融熵，提高熔融热是提高熔融温度的有效手段。

增大分子间的作用力可以有效地增加高分子聚合物晶体由有序向无序转变所需要的热量。

因此在实际工作中，为了提高高分子聚合物的熔融和使用温度，一个通用的做法是在分子链上增加极性基团，如在主链上引入—CONH—，—CONCO—，—NHCOO—，—NH—CO—NH—；侧链上引入—OH，—NH2，—CN，—CF3等。

聚合物结构表征FTIR测定聚合物的组成摘要傅里叶转变红外光谱(FTIR)在聚合物表征中有非常广泛的应用，本文中，摘取借鉴吴宏, 林志勇, 钱浩创作的《FTIR定量分析聚乙二醇P聚乙烯共混物组成》一文，对FTIR法测定聚合物组成方法进行探讨说明。

利用傅里叶转变红外光谱(FTIR) 定量分析聚乙二醇P聚乙烯共混物组成为例, 对特征谱带的选择, 重叠峰的分离, 数据的拟合处理作了详细讨论。

采用1 378 cm- 1处聚乙烯的复合峰与1 110 cm- 1处聚乙二醇的复合峰强度比作为定量分析的基准, 利用基于Beer2Lambert 定律的理论拟合方程能较好的实现峰强度比与组分浓度的对应关系, 可满足聚乙二醇P聚乙烯共混物组分的定量分析的要求。

主题词傅里叶转变红外光谱(FTIR) ; 定量分析；聚乙烯; 聚乙二醇;引言聚乙烯作为一种性能优异的通用树脂得到了普遍使用,但是较低的表面极性, 导致其在粘结、印刷、生物相容性等方面的应用受到限制, 因此常采用与极性组分共混的方法,改善其表面性质。

对聚合物共混物组成进行定量分析, 是研究其性能的重要依据。

在聚合物材料检测方面已有了很多的定量分析方法。

红外光谱法具有操作简单, 重复性好, 精度较高等优点, 同时又可以对结构进行深入研究, 在聚合物材料的应用研究中受到学者的广泛关注。

本文着重探讨了利用傅里叶变换红外光谱对聚乙二醇P聚乙烯共混物( PEG/PE) 薄膜组成进行定量检测时, 应遵循的基本原则和步骤，以说明利用FTIR方法对聚合物组成测定。

1 实验部分（摘抄，非亲自试验）1.1 原料线性低密度聚乙烯; 聚乙二醇(分子量6 000) , 进口分装。

1.2 聚合物共混物薄膜的制备聚乙烯和聚乙二醇经充分干燥后, 以相应的比例溶解在甲苯中, 回流, 将共混物溶液在硅片上成膜, 待溶剂充分挥发后, 从玻璃片剥离得到相应的聚合物薄膜。

测试前放入真空干燥箱中, 在50 ℃干燥24 h。