3M医用网纹易撕胶带基材结构及热稳定性研究

2022-08-22张美环夏卓妍于宏伟

合成纤维工业 2022年4期

王维，张美环，刘荣，夏卓妍，戎媛，于宏伟*

(1.齐齐哈尔大学轻工与纺织学院，黑龙江齐齐哈尔 161006； 2.石家庄学院化工学院，河北石家庄 050035)

具有低致敏性的美国 3M 医用网纹易撕胶带主要对创面敷料、绷带及管路等提供持续粘贴力，并起到固定作用，因此在护理医学领域得到了广泛的应用[1-3]。3M 医用网纹易撕胶带的广泛使用与其特殊分子结构有关。3M 医用网纹易撕胶带包括3M 医用网纹易撕胶带基材(以下简称基材)和胶黏剂。基材是一类特殊的高分子材料，其结构及热稳定性研究具有重要的应用研究价值，而未见相关文献报道。高聚物结构的研究方法通常包括激光拉曼光谱(Ram)法[4-5]、核磁共振波谱(NMR)法[6-7]及中红外(MIR)光谱法[8-10]等。MIR光谱法具有方便、快捷的优点广泛应用于高聚物结构研究领域，变温中红外(TD-MIR)光谱[11-15]及二维中红外(2D-MIR)光谱[16-20]则应用于高聚物热稳定性研究领域，并能提供更加丰富的光谱信息。作者采用三级 MIR 光谱(包括 MIR 光谱、TD-MIR 光谱及 2D-MIR 光谱)研究了基材的结构及热稳定性，为国内医药企业相关产品研发提供了有价值的技术参考。

1 实验

1.1 原料

3M医用网纹易撕胶带： 1257C-1型，2.4 cm×910 cm，明尼苏达矿业制造医用器材(上海)有限公司产。

1.2 仪器

Spectrum 100型红外光谱仪：美国 PE 公司制；Golden Gate 型单反射变温附件：英国 Specac 公司制。

1.3 实验方法

MIR光谱测试:30 ℃温度下，空气背景下，3M 医用网纹易撕胶带不需要任何前处理，固定在Golden Gate 型单反射变温附件上，试样光谱信号扫描8次。采用Spectrum v 6.3.5软件获得MIR光谱数据。

TD-MIR光谱测试:Golden Gate型单反射变温附件升温区间为30～120 ℃，变温步长为10 ℃，每个温度节点试样光谱信号原位扫描8次。

2D-MIR光谱测试:采用清华大学TD Versin 4.2软件获得2D-MIR光谱数据。

2 结果与讨论

2.1 MIR 光谱分析

首先采用一维 MIR 光谱分析基材的结构(见图1a)，进一步采用二阶导数 MIR 光谱分析基材的结构(见图1b)。从图1a可以发现：波数为2 915.85 cm-1处的吸收峰归属于基材结构CH2不对称伸缩振动模式(νasCH2-一维)；2 848.91 cm-1处的吸收峰归属于基材结构 CH2对称伸缩振动模式(νsCH2-一维)；1 740.84 cm-1处的吸收峰归属于基材结构 CO 伸缩振动模式(ν)；1 470.65 cm-1处的吸收峰归属于基材结构 CH3不对称弯曲振动模式(δasCH3-一维)；1 370.40 cm-1处的吸收峰归属于基材结构 CH3对称弯曲振动模式(δsCH3-一维)；718.27 cm-1处的吸收峰归属于基材结构 CH2面内摇摆振动模式(ρCH2-一维)。

图1 基材结构的MIR 光谱Fig.1 MIR spectra of substrate structure测试温度30 ℃。

采用二阶导数 MIR 光谱分析基材结构，其谱图分辨能力有一定的提高。从图1b可以发现：2 915.96 cm-1处的吸收峰归属于基材结构νasCH2-二阶导数；2 848.88 cm-1处的吸收峰归属于基材结构νsCH2-二阶导数；1 740.51 cm-1处的吸收峰归属于基材结构ν；1 470.74 cm-1处的吸收峰归属于基材结构δasCH3-二阶导数；1 369.96 cm-1处的吸收峰归属于基材结构δsCH3-二阶导数；730.38 cm-1和 718.13 cm-1处的吸收峰归属于基材结构ρCH2-二阶导数。

根据基材结构的 MIR 光谱，可以确定基材主要化学结构是乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物。

2.2 TD-MIR 光谱分析

2.2.1 基材结构一维TD-MIR 光谱分析

首先开展了基材结构一维 TD-MIR 光谱分析(见图2)，研究发现：随着测试温度的升高，基材结构νasCH2-一维和νsCH2-一维对应的吸收峰发生了明显的蓝移趋势；基材结构δasCH3-一维和δsCH3-一维对应的吸收峰发生了明显的红移趋势；基材结构ν和ρCH2-一维对应的吸收峰先蓝移后红移；基材结构主要官能团对应的吸收强度下降，而ν对应的吸收强度基本不变。

图 2 基材结构的一维 TD-MIR 光谱Fig.2 One-dimensional TD-MIR spectra of substrate structure 测试温度30～120 ℃。

2.2.2 二阶导数TD-MIR 光谱分析

进一步开展了基材结构二阶导数 TD-MIR 光谱分析，结果见图3。

图 3 基材结构的二阶导数TD-MIR 光谱Fig.3 Second derivative TD-MIR spectrum of substrate structure 测试温度30～120 ℃。

研究发现：随着测定温度的升高，基材结构νasCH2-二阶导数和νsCH2-二阶导数对应的吸收峰发生了明显的蓝移趋势；基材结构δasCH3-二阶导数和δsCH3-二阶导数对应的吸收峰发生了明显的红移趋势；基材结构ν对应的吸收峰先蓝移后红移；基材结构ρCH2-二阶导数对应的裂分双峰则在 100 ℃ 的温度下消失。ρCH2-二阶导数对应的双峰是含有亚甲基类基团高分子化合物晶体结构的特征红外吸收峰，而随着测定温度的升高，进一步破坏了晶体结构，而相应的裂分双峰进一步消失。

2.3 2D-MIR光谱分析

在5个波数区间进一步开展了基材结构的 2D-MIR 光谱分析。

2.3.1 第1波数区间2D-MIR 光谱分析

从图4a可看出：在第1波数区间(2 800～3 000 cm-1)，基材结构同步2D-MIR光谱在(2 848，2 848 cm-1)和(2 916，2 916 cm-1)波数附近发现 2 个相对强度较大的自动峰，则证明该波数处的吸收峰对应的官能团对于温度变化比较敏感；(2 848，2 868 cm-1)和(2 868，2 916 cm-1)波数处发现2个相对强度较大的交叉峰，则进一步证明该波数处吸收峰对应的官能团之间存在着较强的分子内相互作用。从图4b可看出：在第1波数区间基材结构异步2D-MIR光谱在(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)波数附近发现 7个相对强度较大的交叉峰，相关光谱数据见表1。

图 4 第1波数区间基材结构的2D-MIR 光谱Fig.4 2D-MIR spectra of substrate structure in the first wavenumber range

从表1可知，2 960 cm-1处吸收峰归属于基材结构νasCH3-二维，2 920 cm-1(νasCH2-1-二维)和2 910 cm-1(νasCH2-2-二维)处吸收峰归属于基材结构νasCH2-二维，2 880 cm-1处吸收峰归属于基材结构νsCH3-二维，2 852 cm-1(νsCH2-1-二维)和 2 847 cm-1(νsCH2-2-二维)处吸收峰归属于基材结构νsCH2-二维。根据 NODA 原则[16-20]，热扰动下，基材结构官能团对应吸收峰变化快慢顺序依次为：2 960 cm-1(νasCH3-二维)、 2 920 cm-1(νasCH2-1-二维)、2 852 cm-1(νsCH2-1-二维)、 2 847 cm-1(νsCH2-2-二维)、 2 910 cm-1(νasCH2-2-二维)、2 880 cm-1(νsCH3-二维)。

表1 第1波数区间基材结构2D-MIR 数据及解释Tab.1 2D-MIR data and explanation of substrate structure in the first wavenumber range

2.3.2 第2波数区间2D-MIR光谱分析

从图5可以看出：在第2波数区间(1 700～ 1 750 cm-1) ，基材结构同步2D-MIR光谱(图5a)在(1 730 ，1 730 cm-1)波数处发现 1 个相对强度较大的自动峰，而基材结构异步2D-MIR光谱(图5b)则在(1 727，1 737 cm-1)波数附近发现1个相对强度较大的交叉峰；1 736 cm-1(ν)和 1 727 cm-1(ν)处吸收峰归属于基材结构ν；热扰动下，基材结构官能团对应吸收峰变化快慢顺序依次为1 736 cm-1(ν) 、1 727 cm-1(ν)。

图5 第2波数区间基材结构的2D-MIR 光谱Fig.5 2D-MIR spectra of substrate structure in the second wavenumber range

3.3.3 第3波数区间2D-MIR 光谱分析

从图6可以看出：在第3波数区间(1 450～1 480 cm-1)，基材结构同步2D-MIR光谱(图6a)在(1 470，1 470 cm-1)波数处发现 1 个相对强度较大的自动峰，而基材结构异步2D-MIR光谱(图6b)则在(1 465，1 472 cm-1)波数附近发现 1 个相对强度较大的交叉峰；1 472 cm-1(δasCH3-1-二维)和1 465 cm-1(δasCH3-2-二维)处吸收峰归属于基材结构δasCH3-二维；热扰动下，基材结构官能团对应吸收峰变化快慢顺序依次为1 465 cm-1(δasCH3-2-二维)、 1 472 cm-1(δasCH3-1-二维)。

图6 第3波数区间基材结构的2D-MIR 光谱Fig.6 2D-MIR spectra of substrate structure in the third wavenumber range

2.3.4 第4波数区间2D-MIR 光谱分析

从图7可以看出：在第4波数区间(1 350～1 380 cm-1)，基材结构同步2D-MIR光谱(图7a)在(1 372，1 372 cm-1)波数处发现 1 个相对强度较大的自动峰，而基材结构异步2D-MIR光谱(图7b)则在(1 362，1 372 cm-1)波数附近发现 1 个相对强度较大的交叉峰；1 372 cm-1(δsCH3-1-二维)和1 362 cm-1(δsCH3-2-二维)处吸收峰归属于基材结构δaCH3-二维；热扰动下，基材结构官能团对应吸收峰变化快慢顺序依次为1 362 cm-1(δsCH3-2-二维)、 1 372 cm-1(δsCH3-1-二维)。