保护膜粘性失控有救了!低场核磁技术测试软硬段实现快速定量评价!
背景
低场核磁共振(LF-NMR)技术通过检测材料中氢质子的弛豫行为,能够高效、非破坏性地表征材料的软硬段结构。
一般来说,软段链中的氢质子T2弛豫时间长,硬段链中的氢质子T2弛豫短,软段链含量越高,高分子材料柔软度和弹性能力就越好,硬段链含量越高,高分子材料会具有更高的张力、抗撕裂性和耐磨性。
软硬段的表征为材料设计、工艺优化和质量控制提供快速、定量、非破坏性的分析手段。
以下是一些实际的应用
01.
功能膜(保护膜)材料性能表征
保护膜是一种广泛应用于电子设备、工业产品、汽车和家具等领域的功能性材料,在物理防护、防油防指纹、隔热防爆及耐酸耐腐蚀等方面发挥着重要作用。
在实际应用中,保护膜的软硬需要严格控制:如果材料过于柔软,随着时间推移或高温的影响,可能会导致粘着力上升,从而引发剥离困难或残留物等问题;而如果材料过硬,则可能无法与表面充分粘连,影响其保护效果。目前,研发人员或者生产质控人员主要通过在不同温度下测试膜材料的力学性能或流变特性来评估其性能。然而,这一过程耗时较长,影响了研发效率和生产效率。
日本积水化学公司针对这一问题,采用变温低场核磁共振设备对材料的软硬段进行了详细分析。研究发现,在60℃条件下,通过LF-NMR检测到材料中软段组分含量不超过10%,弛豫时间为25-80毫秒;而在25℃条件下,软段组分含量为30%-65%,弛豫时间为0.2-0.4毫秒。基于这些特性,该表面保护膜表现出较高的初始粘合力,在施加于被粘物后,粘合力不会随时间推移或在高温下增加,并且能够从被粘物上轻松移除而不留下粘合残留物。
低场核磁共振技术能够在不同温度条件下对材料的软硬特性进行精确评价,为保护膜的研发和生产质控提供了重要的指导依据。
02.
聚氨酯树脂性能表征:
聚氨酯(PU),是由多元醇和多异氰酸酯经缩聚反应形成且力学性能优异的高分子材料,可塑性极强。
在聚氨酯弹性体分子结构中,软链段占的比例通常在50%至90%之间,而硬链段占比则在10%至50%之间不等。具体分子结构的软硬链比例会根据不同的应用和性能需求而有所变化。
一般来说,越高含量的软链段,聚氨酯弹性体的柔软度和弹性能力就越好,而含量较高的硬链段则会使聚氨酯弹性体具有更高的张力、抗撕裂性和耐磨性。目前,国内研究者在开发适用于不同应用场景的聚氨酯材料时,仍主要依赖传统配方。这种研发模式不仅效率较低,而且难以确保产品质量的稳定性和一致性。
日本旭化成化学公司采用低场核磁共振设备对聚氨酯的软硬段进行了详细分析,发现当软段比例为55%-65%,硬段比例为10%-15%时,聚氨酯材料表现出较高的柔软性、良好的伸长率和出色的抗冲击强度。
通过低场核磁共振技术对软硬段进行表征,不仅有效提升了研发效率,还为产品质量控制提供了科学的评价手段。
03.
研磨垫性能表征
研磨垫广泛应用于光学材料、半导体元件及硬盘用玻璃基板的研磨工艺中,尤其适用于对半导体晶片上形成的氧化物层、金属层等进行精密研磨。
在实际应用中,研磨垫的硬度需要严格控制:如果研磨垫过硬,可能无法有效消除被研磨物表面的微小凹凸;而如果研磨垫过软,则会导致研磨层耐磨性差、研磨垫寿命缩短以及研磨速率不足。而目前对于抛光垫的软硬缺乏科学便捷的表征手段。
日本富士纺控公司针对这一问题,采用变温低场核磁共振(LF-NMR)设备对材料的软硬段进行了详细分析。研究发现,在40℃和80℃下软段的含量比例处于规定范围内时,可以获得具有优异抗划伤性能和研磨性能抛光垫。
总结
低场核磁共振技术通过分子运动性差异,精准解析材料软硬段结构,为材料设计、工艺优化和质量控制提供快速、定量、非破坏性的分析手段。
结合动态实验(变温、变应力),可进一步揭示材料微观结构与宏观性能的动态关联,是高分子、复合材料及生物材料领域的核心表征工具之一。
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