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(xué) 輕工與紡織學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006； 2.石家莊學(xué)院 化工學(xué)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(hù)理醫(yī)學(xué)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?；氖且活愄厥獾母叻肿硬牧?，其結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性研究具有重要的應(yīng)用研究價(jià)值，而未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)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(diǎn)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(jià)值的技術(shù)參考。

1 實(shí)驗(yàn)

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(dá)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(shí)驗(yàn)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(gè)溫度節(jié)點(diǎn)試樣光譜信號原位掃描8次。

2D-MIR光譜測試:采用清華大學(xué)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(jìn)一步采用二階導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(xué)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(lán)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(lán)移后紅移；基材結(jié)構(gòu)主要官能團(tuán)對應(yīng)的吸收強(qiáng)度下降，而ν對應(yīng)的吸收強(qiáng)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(dǎo)數(shù)TD-MIR 光譜分析

進(jìn)一步開展了基材結(jié)構(gòu)二階導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)數(shù)和νsCH2-二階導(dǎo)數(shù)對應(yīng)的吸收峰發(fā)生了明顯的藍(lán)移趨勢；基材結(jié)構(gòu)δasCH3-二階導(dǎo)數(shù)和δsCH3-二階導(dǎo)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(lán)移后紅移；基材結(jié)構(gòu)ρCH2-二階導(dǎo)數(shù)對應(yīng)的裂分雙峰則在 100 ℃ 的溫度下消失。ρCH2-二階導(dǎo)數(shù)對應(yīng)的雙峰是含有亞甲基類基團(tuán)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(jìn)一步破壞了晶體結(jié)構(gòu)，而相應(yīng)的裂分雙峰進(jìn)一步消失。

2.3 2D-MIR光譜分析

在5個(gè)波數(shù)區(qū)間進(jìn)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(gè)相對強(qiáng)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(tuán)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(gè)相對強(qiáng)度較大的交叉峰，則進(jìn)一步證明該波數(shù)處吸收峰對應(yīng)的官能團(tuán)之間存在著較強(qiáng)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(gè)相對強(qiáng)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(tuán)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(gè)相對強(qiáng)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(gè)相對強(qiáng)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(tuán)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(gè)相對強(qiáng)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(gè)相對強(qiáng)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(tuán)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(gè)相對強(qiáng)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(gè)相對強(qiáng)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(tuán)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(gè)相對強(qiáng)度較大的自動峰；進(jìn)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(jià)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(tuán)對應(yīng)的吸收峰及強(qiáng)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(tuán)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。