【摘要】 本研究通过多通道原位红外光谱装置，揭示PVB材料在热老化过程中-OH、C=O等官能团演变规律，建立活化能计算模型，为聚合物材料寿命评估提供创新检测方案。

摘要

通过创新性多通道原位检测装置与傅里叶红外光谱（FTIR）联用技术，揭示聚乙烯醇缩丁醛（PVB）在100-150℃热老化过程中的化学结构演变规律。实验证实羟基（-OH）为关键活性位点，并建立动力学模型为聚合物材料寿命评估提供科学依据。

 

实验技术原理与创新

自主研发多通道原位红外反应装置，实现聚合物热老化过程实时监测。该设备突破传统离线检测局限，可同步采集5组不同温度场（100℃/110℃/120℃/135℃/150℃）下的红外光谱数据，为材料老化动力学分析提供高精度实验支撑。

 

PVB热老化核心发现

1. 特征官能团演变规律

通过原位红外光谱分析​（图7）发现：

  • ​羟基(-OH): 3500cm⁻¹峰强持续下降，验证其热敏感特性
  • ​羰基(C=O): 1718cm⁻¹峰强逆向增长，指示氧化反应发生
  • ​甲基/亚甲基: 2954-2920cm⁻¹振动峰衰减反映主链断裂

图1 PVB 在 150 °C 下的原位 FT-IR 光谱。（a）1210–930 cm-1，（b）1850–1550 cm-1，（c）3100–2750 cm-1，（d）3650–3200 cm-1[1]

 

2. 动力学参数解析

采用双模型计算活化能(Ea)：

  • ​一级反应动力学: 适用于-OH、-CH3、C-O基团（Ea=85-102kJ/mol）
  • ​零级反应动力学: C=O生成反应（Ea=76kJ/mol）
    数据证实温度加速因子模型在寿命预测中的有效性。

 

技术应用价值

1.​工程材料评估：建立温度-时间等效关系，预测PVB在汽车夹层玻璃等场景的服役寿命

2.机理诊断工具：通过官能团指纹区（1120-968cm⁻¹）识别缩醛基团降解路径

3.检测方法创新：多通道设计使实验效率提升400%，数据可比性显著增强

 

参考文献：[1] Xu C, Liang S, Jin B, et al. Application of multi-channel in situ infrared spectroscopy: the case of PVB thermal aging[J]. RSC advances, 2023, 13(41): 28371-28381.

 

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