一種耐高溫膠帶化學成分的測定

丁建軍 梅一飛（中國建材檢驗認證集團股份有限公司,北京100024）

耐高溫膠帶，即高溫作業環境下使用的膠帶。主要用于電子工業，耐溫性能通常在120℃到260℃之間，常用于噴漆、烤漆皮革加工、涂裝遮蔽和電子零件制程中固定、印刷電路板及高溫處理遮蔽。耐高溫膠帶主要由兩大部分組成，即基材和膠粘劑。基材的材質有聚酰亞胺（PI）、聚四氟乙烯（PTFE）涂覆的玻璃纖維布、聚酯（PET）等，膠粘劑包括硅膠、聚丙烯酸酯膠、橡膠（天然橡膠、三元乙丙橡膠、氯丁橡膠）等。不同基材與膠粘劑配合，可以得到滿足不同要求的耐高溫膠帶。其中，以聚酰亞胺為基材、以硅膠為粘結劑的膠帶，耐高溫性能最好，最高可以在260℃下長期工作，并且其耐低溫、耐化學腐蝕、耐溶劑、耐老化等性能都較好。所以，快速、準確鑒別耐高溫膠帶的基材、膠粘劑的化學成分，對區分產品的優劣、防止以次充好、明確產品的適用范圍具有積極意義。

1 實驗部分

1.1 原材料

未知耐高溫膠帶；

1.2 測試儀器

衰減全反射附件（ATR），PIKE 公 司，20023；

傅立葉變化紅外光譜儀（FTIR），BRUKER公司，TENSOR27；

裂解器，

CDS Analytical, Inc 公司，Pyroprobe 5150；

氣相色譜/質譜聯用儀（GC/MS），

SHIMADZU 公司，GCMS-QP2010 PLUS。

1.3 測試方法

1.3.1 衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）測試：

取一小塊試樣，將膠粘劑從基體上完全刮下，將刮下的膠粘劑和基體分別放于衰減全反射附件的晶體表面，壓緊后測試；

晶體材料：鍺；波數范圍：4000 cm-1—500cm-1；分辨率：4 cm-1；掃描次數：16 次。

1.3.2 差示掃描量熱（DSC）測試：

稱取約10mg 基體置于鋁皿中，加蓋（有孔），放于樣品盤上，以空白鋁皿做參照；

升 溫 程 序：N2下（50mL/min），從 室 溫以10℃/min 升溫至400℃，恒定5min 后，以10℃/min 降溫至30℃，恒定5min，以10℃/min 升溫至400℃。

1.3.3 熱重（TG）測試：

準確稱取約15mg 試樣，置于陶瓷坩堝中；

升溫程序：N2下（100mL/min），從室溫以20℃/min 升溫至950℃。

1.3.4 裂解-氣相色譜/質譜聯用儀（Py-GC/MS）測試：

取約0.1mg 試樣置于石英裂解管中，兩端塞上玻璃棉后放在裂解器探頭上；

裂解溫度：650℃；裂解時間：12s；傳輸線溫度為250℃。

氣相色譜條件：氦氣為載氣，AB-5MS 柱，升溫程序為50℃保持5min，以10℃/min 升溫至250℃，恒定10min；進樣口溫度為250℃；分流比為80:1。

質譜條件：EI 電離源，電壓70eV，離子源溫度為200℃。

檢索譜庫：NIST

2 結果與討論

2.1 耐高溫膠帶基體的ATR-FTIR 分析

使用衰減全反射附件對試樣進行紅外分析，可以直接對試樣表面若干微米的成分進行測定，無需做任何前處理，具有快速、簡捷、高效的特點[1]。圖1 中A 為耐高溫膠帶基體的ATR-FTIR譜圖，通過檢索，它與聚四氟乙烯的譜圖（圖1中B）相似度達到97%，結合耐高溫膠帶的原材料類型，基本可以確定該膠帶的基體表面有聚四氟乙烯。其中，1202cm-1處吸收峰為CF2的反對稱伸縮振動，1146 cm-1處吸收峰對應的是CF2的對稱伸縮振動。

圖1 ATR-FTIR 譜圖：

2.2 耐高溫膠帶基體的DSC 分析

差示掃描量熱分析可以準確測定試樣的熔融溫度，由于不同材料有不同的熔融溫度，具有一定的特征性，所以測定熔融溫度可以為材料的定性鑒定提供參考信息[2]。圖2 所示為耐高溫膠帶基體的DSC 曲線，可知，試樣的熔融起始溫度、峰溫、終止溫度分別為321.6℃，327.1℃，331.1℃，與聚四氟乙烯（PTFE）的熔融溫度相一致（Tm=327℃）[3]，由此，可以進一步推斷該膠帶的基體中含有聚四氟乙烯。

圖2 耐高溫膠帶基體的DSC 曲線

2.3 耐高溫膠帶膠粘劑的ATR-FTIR

圖3所示為耐高溫膠帶膠粘劑的ATR-FTIR譜圖，通過比對、分析，可以發現該譜圖與聚丙烯酸酯類的譜圖相似，其中，2958cm-1處的吸收對應CH3反對稱伸縮振動，2930 cm-1處的吸收對應CH2反對稱伸縮振動，2873 cm-1處的吸收對應CH3對稱伸縮振動，1730 cm-1處的強吸收峰歸屬為酯羰基（C=O）伸縮振動，1453 cm-1處的吸收對應CH3的不對稱變角振動，1377 cm-1處的吸收對應CH3的對稱變角振動，1235cm-1處的吸收對應酯基上C-O-C 反對稱伸縮振動，1025cm-1處的吸收對應酯基上C-O-C對稱伸縮振動。

圖3 耐高溫膠帶膠粘劑的ATR-FTIR 譜圖

2.4 膠粘劑的Py-GC/MS 分析

為了進一步確定該膠粘劑的化學組成，將其進行裂解-氣相色譜/質譜分析，其裂解產物的總離子流（TIC）圖如圖4 所示，各產物的定性鑒定結果如表1 所示。

通過分析，可以推斷，該膠粘劑確是聚丙烯酸酯類膠粘劑，其主要聚合單體有丙烯酸-(2-乙基)己酯、丙烯酸正丁酯，此外還有少量其它共聚單體，包括甲基丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正丁酯、丙烯酸乙酯、乙酸乙烯酯。

圖4 耐高溫膠帶膠粘劑的Py-GC/MS總離子流（TIC）譜圖

2.5 耐高溫膠帶的TG 分析

為了測定膠帶中各組分的含量，對其進行了熱重分析，熱重（TG）曲線、微分（DTG）曲線如圖5 所示。圖中第一個失重臺階的溫度范圍是377℃-429℃，失重最快點溫度是406℃；第二個失重臺階的溫度范圍是555℃-602℃，失重最快點溫度是588℃。根據前文的分析，該膠帶中含聚甲基丙烯酸酯類膠粘劑、聚四氟乙烯基體，由于聚丙烯酸酯類的耐熱性能遠不如聚四氟乙烯，所以TG 曲線上第一個失重臺階對應的是聚丙烯酸酯類膠粘劑的分解，含量為29.8%，第二個失重臺階對應聚四氟乙烯的分解，含量為34.4%，950℃后殘留物含量為34.4%，根據耐高溫膠帶的原材料特點，殘留物應該是玻璃纖維。

表1 耐高溫膠帶膠粘劑裂解產物鑒定表

圖5 耐高溫膠帶的TG、DTG 曲線

該膠帶中各組分的熱分解溫度及含量如表2所示。

表2 耐高溫膠帶的化學組成

3 結 論

綜合采用衰減全反射-傅里葉變換紅外光譜法、差示掃描量熱法、裂解-氣相色譜/質譜法、熱重法，建立了對耐高溫膠帶樣品中的各組分進行了定性定量分析的方法，為鑒別產品好壞、確定應用范圍提供了依據。

[1] 翁詩甫.傅里葉變換紅外光譜儀[M]. 北京：化學工業出版社,2005

[2]劉振海，徐國華，張洪林[M]. 北京：化學工業出版社,2006

[3]熱分析應用手冊系列叢書-熱塑性塑料[M]. 上海：東華大學出版社,2008