前沿应用|高分子材料耐水性能表征，低场核磁共振技术从分子链运动角度去评价

发布时间：2025-03-31 11:20

高分子材料（如橡胶、塑料和树脂等）的耐水性能对其应用寿命和稳定性具有重要影响。

传统评价方法（如重量法）虽然操作简便，但仅能提供粗略的防水性能评估，无法揭示材料内部结构变化及分子运动特性的变化。

新型评价方法（如太赫兹波谱和介电分析）尽管在某些方面表现出优势，但仍存在一定的局限性。例如，这两种方法的检测精度仅为±0.5%，当吸水率低于1%时，其结果可能缺乏实际意义。

此外，太赫兹波谱对强极性基团材料（如尼龙）信号吸收强烈，导致信号衰减显著，从而引入测试误差；而介电分析需要样品与电极直接接触，电极氧化或界面效应可能进一步增加测量误差。

本案例采用低场核磁设备对发泡树脂的耐水性能进行评价，为材料研究者提供了新的研究思路。

在便携式电子设备中，抗冲击吸收材料通常需要具备优异的耐水性能。本案例针对此类材料，对几种发泡树脂的耐水性能进行了系统研究，并引入低场核磁共振技术作为其表征手段。

首先测试了三种发泡树脂的弛豫曲线，如下图所示，并对其进行反演，得出硬段、中间段、软段的组分。

接着将发泡树脂放入重水中，重水是高密度水，可以更有效地诱发材料吸水膨胀，模拟材料在实际使用过程中可能遇到的恶劣环境（将树脂泡在普通水中也可以）。

将树脂浸泡一天后，继续测试其弛豫变化，并得出材料软硬段变化。

材料的耐水性能主要取决于两个因素：

1、材料的硬段成分的含量；

2、材料软段成分在浸泡重水前后的变化。

当材料满足：硬段成分含量越高，软段成分浸泡重水前后的变化越小时，材料具有相对较高的耐水性能。

为此，该应用提出了一个衡量材料耐水性能的指标N，该指标计算公式为=材料浸泡重水前的硬段组分含量*（材料浸泡重水前的软段组分含量/材料浸泡重水后的软段组分含量），该N值越大时，材料的耐水性能越好。通过计算，树脂3的耐水性能更好。

此外，借助变温核磁设备VTMR20-010V-I还可以对材料循环湿润-干燥过程中的性能演变规律进行进一步研究。

本应用选择低场核磁技术来评价树脂的防水性能，主要原因在于该技术能够分析材料内部结构及分子运动特性，从而可更深入地揭示材料防水性能的本质。

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