一种耐高温胶带化学成分的测定

丁建军 梅一飞（中国建材检验认证集团股份有限公司,北京100024）

耐高温胶带，即高温作业环境下使用的胶带。主要用于电子工业，耐温性能通常在120℃到260℃之间，常用于喷漆、烤漆皮革加工、涂装遮蔽和电子零件制程中固定、印刷电路板及高温处理遮蔽。耐高温胶带主要由两大部分组成，即基材和胶粘剂。基材的材质有聚酰亚胺（PI）、聚四氟乙烯（PTFE）涂覆的玻璃纤维布、聚酯（PET）等，胶粘剂包括硅胶、聚丙烯酸酯胶、橡胶（天然橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶）等。不同基材与胶粘剂配合，可以得到满足不同要求的耐高温胶带。其中，以聚酰亚胺为基材、以硅胶为粘结剂的胶带，耐高温性能最好，最高可以在260℃下长期工作，并且其耐低温、耐化学腐蚀、耐溶剂、耐老化等性能都较好。所以，快速、准确鉴别耐高温胶带的基材、胶粘剂的化学成分，对区分产品的优劣、防止以次充好、明确产品的适用范围具有积极意义。

1 实验部分

1.1 原材料

未知耐高温胶带；

1.2 测试仪器

衰减全反射附件（ATR），PIKE 公 司，20023；

傅立叶变化红外光谱仪（FTIR），BRUKER公司，TENSOR27；

裂解器，

CDS Analytical, Inc 公司，Pyroprobe 5150；

气相色谱/质谱联用仪（GC/MS），

SHIMADZU 公司，GCMS-QP2010 PLUS。

1.3 测试方法

1.3.1 衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）测试：

取一小块试样，将胶粘剂从基体上完全刮下，将刮下的胶粘剂和基体分别放于衰减全反射附件的晶体表面，压紧后测试；

晶体材料：锗；波数范围：4000 cm-1—500cm-1；分辨率：4 cm-1；扫描次数：16 次。

1.3.2 差示扫描量热（DSC）测试：

称取约10mg 基体置于铝皿中，加盖（有孔），放于样品盘上，以空白铝皿做参照；

升 温 程 序：N2下（50mL/min），从 室 温以10℃/min 升温至400℃，恒定5min 后，以10℃/min 降温至30℃，恒定5min，以10℃/min 升温至400℃。

1.3.3 热重（TG）测试：

准确称取约15mg 试样，置于陶瓷坩埚中；

升温程序：N2下（100mL/min），从室温以20℃/min 升温至950℃。

1.3.4 裂解-气相色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）测试：

取约0.1mg 试样置于石英裂解管中，两端塞上玻璃棉后放在裂解器探头上；

裂解温度：650℃；裂解时间：12s；传输线温度为250℃。

气相色谱条件：氦气为载气，AB-5MS 柱，升温程序为50℃保持5min，以10℃/min 升温至250℃，恒定10min；进样口温度为250℃；分流比为80:1。

质谱条件：EI 电离源，电压70eV，离子源温度为200℃。

检索谱库：NIST

2 结果与讨论

2.1 耐高温胶带基体的ATR-FTIR 分析

使用衰减全反射附件对试样进行红外分析，可以直接对试样表面若干微米的成分进行测定，无需做任何前处理，具有快速、简捷、高效的特点[1]。图1 中A 为耐高温胶带基体的ATR-FTIR谱图，通过检索，它与聚四氟乙烯的谱图（图1中B）相似度达到97%，结合耐高温胶带的原材料类型，基本可以确定该胶带的基体表面有聚四氟乙烯。其中，1202cm-1处吸收峰为CF2的反对称伸缩振动，1146 cm-1处吸收峰对应的是CF2的对称伸缩振动。

图1 ATR-FTIR 谱图：

2.2 耐高温胶带基体的DSC 分析

差示扫描量热分析可以准确测定试样的熔融温度，由于不同材料有不同的熔融温度，具有一定的特征性，所以测定熔融温度可以为材料的定性鉴定提供参考信息[2]。图2 所示为耐高温胶带基体的DSC 曲线，可知，试样的熔融起始温度、峰温、终止温度分别为321.6℃，327.1℃，331.1℃，与聚四氟乙烯（PTFE）的熔融温度相一致（Tm=327℃）[3]，由此，可以进一步推断该胶带的基体中含有聚四氟乙烯。

图2 耐高温胶带基体的DSC 曲线

2.3 耐高温胶带胶粘剂的ATR-FTIR

图3所示为耐高温胶带胶粘剂的ATR-FTIR谱图，通过比对、分析，可以发现该谱图与聚丙烯酸酯类的谱图相似，其中，2958cm-1处的吸收对应CH3反对称伸缩振动，2930 cm-1处的吸收对应CH2反对称伸缩振动，2873 cm-1处的吸收对应CH3对称伸缩振动，1730 cm-1处的强吸收峰归属为酯羰基（C=O）伸缩振动，1453 cm-1处的吸收对应CH3的不对称变角振动，1377 cm-1处的吸收对应CH3的对称变角振动，1235cm-1处的吸收对应酯基上C-O-C 反对称伸缩振动，1025cm-1处的吸收对应酯基上C-O-C对称伸缩振动。

图3 耐高温胶带胶粘剂的ATR-FTIR 谱图

2.4 胶粘剂的Py-GC/MS 分析

为了进一步确定该胶粘剂的化学组成，将其进行裂解-气相色谱/质谱分析，其裂解产物的总离子流（TIC）图如图4 所示，各产物的定性鉴定结果如表1 所示。

通过分析，可以推断，该胶粘剂确是聚丙烯酸酯类胶粘剂，其主要聚合单体有丙烯酸-(2-乙基)己酯、丙烯酸正丁酯，此外还有少量其它共聚单体，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。

图4 耐高温胶带胶粘剂的Py-GC/MS总离子流（TIC）谱图

2.5 耐高温胶带的TG 分析

为了测定胶带中各组分的含量，对其进行了热重分析，热重（TG）曲线、微分（DTG）曲线如图5 所示。图中第一个失重台阶的温度范围是377℃-429℃，失重最快点温度是406℃；第二个失重台阶的温度范围是555℃-602℃，失重最快点温度是588℃。根据前文的分析，该胶带中含聚甲基丙烯酸酯类胶粘剂、聚四氟乙烯基体，由于聚丙烯酸酯类的耐热性能远不如聚四氟乙烯，所以TG 曲线上第一个失重台阶对应的是聚丙烯酸酯类胶粘剂的分解，含量为29.8%，第二个失重台阶对应聚四氟乙烯的分解，含量为34.4%，950℃后残留物含量为34.4%，根据耐高温胶带的原材料特点，残留物应该是玻璃纤维。

表1 耐高温胶带胶粘剂裂解产物鉴定表

图5 耐高温胶带的TG、DTG 曲线

该胶带中各组分的热分解温度及含量如表2所示。

表2 耐高温胶带的化学组成

3 结 论

综合采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱法、差示扫描量热法、裂解-气相色谱/质谱法、热重法，建立了对耐高温胶带样品中的各组分进行了定性定量分析的方法，为鉴别产品好坏、确定应用范围提供了依据。

[1] 翁诗甫.傅里叶变换红外光谱仪[M]. 北京：化学工业出版社,2005

[2]刘振海，徐国华，张洪林[M]. 北京：化学工业出版社,2006

[3]热分析应用手册系列丛书-热塑性塑料[M]. 上海：东华大学出版社,2008