3M醫(yī)用網(wǎng)紋易撕膠帶基材結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性研究

王 維，張美環(huán)，劉 榮，夏卓妍，戎 媛，于宏偉*

(1.齊齊哈爾大學 輕工與紡織學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006； 2.石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035)

具有低致敏性的美國 3M 醫(yī)用網(wǎng)紋易撕膠帶主要對創(chuàng)面敷料、繃帶及管路等提供持續(xù)粘貼力，并起到固定作用，因此在護理醫(yī)學領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。3M 醫(yī)用網(wǎng)紋易撕膠帶的廣泛使用與其特殊分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。3M 醫(yī)用網(wǎng)紋易撕膠帶包括3M 醫(yī)用網(wǎng)紋易撕膠帶基材(以下簡稱基材)和膠黏劑。基材是一類特殊的高分子材料，其結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性研究具有重要的應(yīng)用研究價值，而未見相關(guān)文獻報道。高聚物結(jié)構(gòu)的研究方法通常包括激光拉曼光譜(Ram)法[4-5]、核磁共振波譜(NMR)法[6-7]及中紅外(MIR)光譜法[8-10]等。MIR光譜法具有方便、快捷的優(yōu)點廣泛應(yīng)用于高聚物結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域，變溫中紅外(TD-MIR)光譜[11-15]及二維中紅外(2D-MIR)光譜[16-20]則應(yīng)用于高聚物熱穩(wěn)定性研究領(lǐng)域，并能提供更加豐富的光譜信息。作者采用三級 MIR 光譜(包括 MIR 光譜、TD-MIR 光譜及 2D-MIR 光譜)研究了基材的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性，為國內(nèi)醫(yī)藥企業(yè)相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)提供了有價值的技術(shù)參考。

1 實驗

1.1 原料

3M醫(yī)用網(wǎng)紋易撕膠帶： 1257C-1型，2.4 cm×910 cm，明尼蘇達礦業(yè)制造醫(yī)用器材(上海)有限公司產(chǎn)。

1.2 儀器

Spectrum 100型紅外光譜儀：美國 PE 公司制；Golden Gate 型單反射變溫附件：英國 Specac 公司制。

1.3 實驗方法

MIR光譜測試:30 ℃溫度下，空氣背景下，3M 醫(yī)用網(wǎng)紋易撕膠帶不需要任何前處理，固定在Golden Gate 型單反射變溫附件上，試樣光譜信號掃描8次。采用Spectrum v 6.3.5軟件獲得MIR光譜數(shù)據(jù)。

TD-MIR光譜測試:Golden Gate型單反射變溫附件升溫區(qū)間為30～120 ℃，變溫步長為10 ℃，每個溫度節(jié)點試樣光譜信號原位掃描8次。

2D-MIR光譜測試:采用清華大學TD Versin 4.2軟件獲得2D-MIR光譜數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 MIR 光譜分析

首先采用一維 MIR 光譜分析基材的結(jié)構(gòu)(見圖1a)，進一步采用二階導數(shù) MIR 光譜分析基材的結(jié)構(gòu)(見圖1b)。從圖1a可以發(fā)現(xiàn)：波數(shù)為2 915.85 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)CH2不對稱伸縮振動模式(νasCH2-一維)；2 848.91 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu) CH2對稱伸縮振動模式(νsCH2-一維)；1 740.84 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu) CO 伸縮振動模式(ν)；1 470.65 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu) CH3不對稱彎曲振動模式(δasCH3-一維)；1 370.40 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu) CH3對稱彎曲振動模式(δsCH3-一維)；718.27 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu) CH2面內(nèi)搖擺振動模式(ρCH2-一維)。

圖1 基材結(jié)構(gòu)的MIR 光譜Fig.1 MIR spectra of substrate structure測試溫度30 ℃。

采用二階導數(shù) MIR 光譜分析基材結(jié)構(gòu)，其譜圖分辨能力有一定的提高。從圖1b可以發(fā)現(xiàn)：2 915.96 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)νasCH2-二階導數(shù)；2 848.88 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)νsCH2-二階導數(shù)；1 740.51 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)ν；1 470.74 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)δasCH3-二階導數(shù)；1 369.96 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)δsCH3-二階導數(shù)；730.38 cm-1和 718.13 cm-1處的吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)ρCH2-二階導數(shù)。

根據(jù)基材結(jié)構(gòu)的 MIR 光譜，可以確定基材主要化學結(jié)構(gòu)是乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物。

2.2 TD-MIR 光譜分析

2.2.1 基材結(jié)構(gòu)一維TD-MIR 光譜分析

首先開展了基材結(jié)構(gòu)一維 TD-MIR 光譜分析(見圖2)，研究發(fā)現(xiàn)：隨著測試溫度的升高，基材結(jié)構(gòu)νasCH2-一維和νsCH2-一維對應(yīng)的吸收峰發(fā)生了明顯的藍移趨勢；基材結(jié)構(gòu)δasCH3-一維和δsCH3-一維對應(yīng)的吸收峰發(fā)生了明顯的紅移趨勢；基材結(jié)構(gòu)ν和ρCH2-一維對應(yīng)的吸收峰先藍移后紅移；基材結(jié)構(gòu)主要官能團對應(yīng)的吸收強度下降，而ν對應(yīng)的吸收強度基本不變。

圖 2 基材結(jié)構(gòu)的一維 TD-MIR 光譜Fig.2 One-dimensional TD-MIR spectra of substrate structure 測試溫度30～120 ℃。

2.2.2 二階導數(shù)TD-MIR 光譜分析

進一步開展了基材結(jié)構(gòu)二階導數(shù) TD-MIR 光譜分析，結(jié)果見圖3。

圖 3 基材結(jié)構(gòu)的二階導數(shù)TD-MIR 光譜Fig.3 Second derivative TD-MIR spectrum of substrate structure 測試溫度30～120 ℃。

研究發(fā)現(xiàn)：隨著測定溫度的升高，基材結(jié)構(gòu)νasCH2-二階導數(shù)和νsCH2-二階導數(shù)對應(yīng)的吸收峰發(fā)生了明顯的藍移趨勢；基材結(jié)構(gòu)δasCH3-二階導數(shù)和δsCH3-二階導數(shù)對應(yīng)的吸收峰發(fā)生了明顯的紅移趨勢；基材結(jié)構(gòu)ν對應(yīng)的吸收峰先藍移后紅移；基材結(jié)構(gòu)ρCH2-二階導數(shù)對應(yīng)的裂分雙峰則在 100 ℃ 的溫度下消失。ρCH2-二階導數(shù)對應(yīng)的雙峰是含有亞甲基類基團高分子化合物晶體結(jié)構(gòu)的特征紅外吸收峰，而隨著測定溫度的升高，進一步破壞了晶體結(jié)構(gòu)，而相應(yīng)的裂分雙峰進一步消失。

2.3 2D-MIR光譜分析

在5個波數(shù)區(qū)間進一步開展了基材結(jié)構(gòu)的 2D-MIR 光譜分析。

2.3.1 第1波數(shù)區(qū)間2D-MIR 光譜分析

從圖4a可看出：在第1波數(shù)區(qū)間(2 800～3 000 cm-1)，基材結(jié)構(gòu)同步2D-MIR光譜在(2 848，2 848 cm-1)和(2 916，2 916 cm-1)波數(shù)附近發(fā)現(xiàn) 2 個相對強度較大的自動峰，則證明該波數(shù)處的吸收峰對應(yīng)的官能團對于溫度變化比較敏感；(2 848，2 868 cm-1)和(2 868，2 916 cm-1)波數(shù)處發(fā)現(xiàn)2個相對強度較大的交叉峰，則進一步證明該波數(shù)處吸收峰對應(yīng)的官能團之間存在著較強的分子內(nèi)相互作用。從圖4b可看出：在第1波數(shù)區(qū)間基材結(jié)構(gòu)異步2D-MIR光譜在(2 847，2 852 cm-1)、(2 847，2 880 cm-1)、(2 847，2 920 cm-1)、(2 847，2 960 cm-1)、(2 852，2 910 cm-1)、(2 910，2 920 cm-1)和(2 910，2 960 cm-1)波數(shù)附近發(fā)現(xiàn) 7個相對強度較大的交叉峰，相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表1。

圖 4 第1波數(shù)區(qū)間基材結(jié)構(gòu)的2D-MIR 光譜Fig.4 2D-MIR spectra of substrate structure in the first wavenumber range

從表1可知，2 960 cm-1處吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)νasCH3-二維，2 920 cm-1(νasCH2-1-二維)和2 910 cm-1(νasCH2-2-二維)處吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)νasCH2-二維，2 880 cm-1處吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)νsCH3-二維，2 852 cm-1(νsCH2-1-二維)和 2 847 cm-1(νsCH2-2-二維)處吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)νsCH2-二維。根據(jù) NODA 原則[16-20]，熱擾動下，基材結(jié)構(gòu)官能團對應(yīng)吸收峰變化快慢順序依次為：2 960 cm-1(νasCH3-二維)、 2 920 cm-1(νasCH2-1-二維)、2 852 cm-1(νsCH2-1-二維)、 2 847 cm-1(νsCH2-2-二維)、 2 910 cm-1(νasCH2-2-二維)、2 880 cm-1(νsCH3-二維)。

表1 第1波數(shù)區(qū)間基材結(jié)構(gòu)2D-MIR 數(shù)據(jù)及解釋Tab.1 2D-MIR data and explanation of substrate structure in the first wavenumber range

2.3.2 第2波數(shù)區(qū)間2D-MIR光譜分析

從圖5可以看出：在第2波數(shù)區(qū)間(1 700～ 1 750 cm-1) ，基材結(jié)構(gòu)同步2D-MIR光譜(圖5a)在(1 730 ，1 730 cm-1)波數(shù)處發(fā)現(xiàn) 1 個相對強度較大的自動峰，而基材結(jié)構(gòu)異步2D-MIR光譜(圖5b)則在(1 727，1 737 cm-1)波數(shù)附近發(fā)現(xiàn)1個相對強度較大的交叉峰；1 736 cm-1(ν)和 1 727 cm-1(ν)處吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)ν；熱擾動下，基材結(jié)構(gòu)官能團對應(yīng)吸收峰變化快慢順序依次為1 736 cm-1(ν) 、1 727 cm-1(ν)。

圖5 第2波數(shù)區(qū)間基材結(jié)構(gòu)的2D-MIR 光譜Fig.5 2D-MIR spectra of substrate structure in the second wavenumber range

3.3.3 第3波數(shù)區(qū)間2D-MIR 光譜分析

從圖6可以看出：在第3波數(shù)區(qū)間(1 450～1 480 cm-1)，基材結(jié)構(gòu)同步2D-MIR光譜(圖6a)在(1 470，1 470 cm-1)波數(shù)處發(fā)現(xiàn) 1 個相對強度較大的自動峰，而基材結(jié)構(gòu)異步2D-MIR光譜(圖6b)則在(1 465，1 472 cm-1)波數(shù)附近發(fā)現(xiàn) 1 個相對強度較大的交叉峰；1 472 cm-1(δasCH3-1-二維)和1 465 cm-1(δasCH3-2-二維)處吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)δasCH3-二維；熱擾動下，基材結(jié)構(gòu)官能團對應(yīng)吸收峰變化快慢順序依次為1 465 cm-1(δasCH3-2-二維)、 1 472 cm-1(δasCH3-1-二維)。

圖6 第3波數(shù)區(qū)間基材結(jié)構(gòu)的2D-MIR 光譜Fig.6 2D-MIR spectra of substrate structure in the third wavenumber range

2.3.4 第4波數(shù)區(qū)間2D-MIR 光譜分析

從圖7可以看出：在第4波數(shù)區(qū)間(1 350～1 380 cm-1)，基材結(jié)構(gòu)同步2D-MIR光譜(圖7a)在(1 372，1 372 cm-1)波數(shù)處發(fā)現(xiàn) 1 個相對強度較大的自動峰，而基材結(jié)構(gòu)異步2D-MIR光譜(圖7b)則在(1 362，1 372 cm-1)波數(shù)附近發(fā)現(xiàn) 1 個相對強度較大的交叉峰；1 372 cm-1(δsCH3-1-二維)和1 362 cm-1(δsCH3-2-二維)處吸收峰歸屬于基材結(jié)構(gòu)δaCH3-二維；熱擾動下，基材結(jié)構(gòu)官能團對應(yīng)吸收峰變化快慢順序依次為1 362 cm-1(δsCH3-2-二維)、 1 372 cm-1(δsCH3-1-二維)。

圖7 第4波數(shù)區(qū)間基材結(jié)構(gòu)的2D-MIR 光譜Fig.7 2D-MIR spectra of substrate structure in the fourth wavenumber range

2.3.5 第5波數(shù)區(qū)間2D-MIR 光譜分析

從圖8可以看出：在第5波數(shù)區(qū)間(710～740 cm-1)，基材結(jié)構(gòu)同步2D-MIR光譜(圖8a)在(717，717 cm-1)波數(shù)處發(fā)現(xiàn)1個相對強度較大的自動峰；進一步研究基材結(jié)構(gòu)異步2D-MIR光譜(圖8b)，并沒有發(fā)現(xiàn)有價值的光譜信息。

圖8 第5波數(shù)區(qū)間基材結(jié)構(gòu)的2D-MIR 光譜Fig.8 2D-MIR spectra of substrate structure in the fifth wavenumber range

3 結(jié)論

a.MIR光譜分析表明，基材結(jié)構(gòu)的紅外吸收模式包括νasCH3、νasCH2、νsCH3、νsCH2、ν、δasCH3、δsCH3和ρCH2。根據(jù)基材結(jié)構(gòu)的MIR光譜，可以確定基材結(jié)構(gòu)主要是乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物。

b.TD-MIR光譜分析表明，隨著測定溫度的升高，基材結(jié)構(gòu)主要官能團對應(yīng)的吸收峰及強度都有一定的改變。

c.2D-MI光譜分析表明，熱擾動因素下，基材結(jié)構(gòu)主要官能團吸收峰對熱的敏感程度及變化快慢信息存在著一定的差異性。