投影移动窗口二维相关红外光谱提取多相及多组分聚合物基团运动响应的研究

In this project, a new projection moving-window two-dimensional correlation infrared spectroscopy is proposed for the first time. This method is completely different from the traditional moving-window methods (such as MW2D and PCMW2D). Not only can it precisely determine the multiple transition points of the polymers, but also can completely distinguish the groups' motion response caused by the different components. So the method is particularly suitable for the study of the transition of the multiphase and multi-component polymer systems. To make it applicable to polymer systems containing 3-4 components(or phase), the theory and the algorithms of the projection moving-window two-dimensional correlation infrared spectroscopy will be investigated. Software of independent intellectual property rights will be developed. In this project, the research systems are the representative multiphase and multi-component polymers, including semi-crystalline polymers, block copolymers, and polymer blends. In the above systems, the specific transitions are the research focuses. We focus on the groups' motion response from different components (or phase). At the same time, projection moving-window two-dimensional correlation infrared spectroscopy will be tested and refined when we apply this method to study the transitions of the multi-phase and multi-component polymers. The new method and theory of the projection moving-window two-dimensional correlation infrared spectroscopy for the multi-phase and multi-component polymers will be established.

本项目首次提出了投影移动窗口二维相关红外光谱方法。该方法与传统移动窗口类方法(如MW2D和PCMW2D)完全不同。由于既能精确地指定聚合物的多重转变点，又可以完全区分不同组分所产生的基团运动响应，因此该方法特别适合于多相及多组分聚合物体系转变的研究。将对投影移动窗口二维相关红外光谱方法进行理论和算法研究，使其适用于包含3-4组分(或相)的聚合物体系，并最终实现为自主知识产权的软件模块。本项目以代表性的多相及多组分聚合物为研究体系，包括半结晶聚合物，嵌段共聚物和聚合物共混物。并以上述体系特定转变为研究对象，重点研究不同组分(或相)在转变过程中的基团运动响应。同时在将投影移动窗口二维相关红外光谱应用于多相及多组分聚合物转变的研究中，对其进行检验和改进。建立投影移动窗口二维相关红外光谱提取多相及多组分聚合物转变中基团运动响应的新方法和新理论。

在二维相关光谱学领域，传统移动窗口(Moving-window)类二维相关红外光谱方法(MW2D和PCMW2D)可以方便地用来研究聚合物的多重转变现象，但这些传统方法无法有效区分聚合物不同组分(或相)所发生的转变及其对应的基团运动响应，在应用于多相及多组分聚合物体系时局限性明显。.为了解决上述问题，本项目将投影技术引入到移动窗口二维相关红外光谱中，从理论上首次提出了投影移动窗口二维相关红外光谱技术(Projection moving-window two-dimensional correlation spectroscopy, projection MW2D)。该新方法与传统移动窗口类方法完全不同，它既能精确地指定聚合物的多重转变点，又可以完全区分不同组分所产生的基团运动响应，这使研究多相及多组分聚合物体系的复杂转变过程成为可能。项目经过四年实施，成功地建立了投影移动窗口二维相关红外光谱提取多相及多组分聚合物基团运动响应的新理论和新方法，解决了传统二维相关红外光谱在多相及多组分聚合物体系中的应用瓶颈。利用该新方法通过对代表性的多相及多组分聚合物进行研究，积累了大量基础数据，同时丰富了聚合物表征方法与理论。.本项目还摸清楚了原位红外光谱实验参数对投影移动窗口二维相关红外光谱的影响规律，制定了利用投影移动窗口二维相关红外光谱提取多相及多组分聚合物转变中基团运动响应的标准实验方法及实施方案。本项目在投影移动窗口二维相关红外光谱方法理论和算法研究上也有一定突破，新方法适用于包含3-4组分(或相)的聚合物体系，并形成了自主知识产权的投影移动窗口二维相关红外光谱软件模块。.在项目执行期间，项目组将自主开发的二维相关光谱软件系统2DCS全面对外免费公开，希望所有感兴趣的科研工作者和技术人员利用我们的软件可以更便利地开展相关研究。这将促进二维相关光谱这种新型表征方法在各种领域的应用，同时该软件系统将极大的提高相关科研人员的工作效率。.投影移动窗口二维相关红外光谱完全改变了传统移动窗口类二维相关光谱的解析和使用方式，它是二维相关红外光谱领域一个十分具有前景的发展方向，有望在多相及多组分聚合物体系中有突出和特别的应用。