聚乙烯/聚苯乙烯共混体系光纤拉曼光谱中的本征信息分析方法研究

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近年来,拉曼光谱测量技术由于其快速、灵敏、无损等优点在聚合物的定量分析领域有许多进展,该技术也运用于聚合物共混加工过程的实时监测中。但是由于加工过程中干扰因素较多,导致无法对所获得的拉曼光谱中与聚合物相关的本征信息进行准确辨析,使得利用拉曼光谱进行定量分析时出现偏差。因此,本文通过理论计算与实验研究相结合的方法,深入探究和分析了影响聚合物拉曼光谱中本征信息辨析的因素,提出了强化聚合物共混体系拉曼光谱中本征信息并用于定量分析的方法。本文选择了聚乙烯(Polyethylene,PE)/聚苯乙烯(Polystyrene,PS)共混体系为研究对象,首先建立了PE齐聚物和PS齐聚物的分子模型,以密度泛函理论为基础,使用B3LYP/6-31+G(d)计算方法对建立的分子模型进行理论计算,得到PE齐聚物分子模型的计算拉曼光谱以及两种分子模型的极化率。通过PE齐聚物分子模型的计算拉曼光谱与不同分子量的聚乙烯蜡(Polyethylene wax,PE-wax)的实验拉曼光谱进行对比研究了材料的分子量对拉曼光谱中本征信息的影响。采用光谱分辨率为1 cm-1的显微拉曼光谱测量系统以及光谱分辨率为8 cm-1的光纤拉曼光谱测量系统分别采集PE-wax的拉曼光谱进行对比分析了仪器精度对拉曼光谱中聚合物本征信息的影响。采集了不同组分含量的PE/PS共混体系的拉曼光谱,依照理论计算得到的两种分子的极化率,讨论了在定量分析时组分极化率对共混体系拉曼光谱的影响。主要研究结果如下:1)理论计算得到的拉曼光谱有助于对单一聚合物的实验拉曼光谱中的特征峰进行剖析和解释。2)当聚合物分子量达到一定时,拉曼光谱的特征峰峰位不再变化。3)仪器精度不影响对拉曼光谱中聚合物本征信息的辨析,实验所使用的光纤拉曼光谱足够表征聚合物的本征信息。4)在聚合物共混体系中,由于组分极化率差异的影响会使得拉曼光谱中存在非线性的现象,因此在挖掘聚合物共混体系拉曼光谱中的本征信息时需要充分考虑组分极化率差异的影响。本研究提出了拉曼光谱中本征信息的研究以及提取方式,深化了拉曼光谱在聚合物共混体系定量化分析的研究,推进了拉曼光谱测量技术的应用。
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