傅里葉變換衰減全反射紅外光譜在順丁橡膠分析中的應(yīng)用

叢后羅，侯亞合，徐彥紅，孫 鵬，朱信明，鄭 杰

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇省廢舊橡膠循環(huán)利用工程研發(fā)中心，江蘇 徐州 221140；2.徐州盛鑫橡膠制品有限公司，江蘇 徐州 221140）

傅里葉變換紅外光譜（FTIR）是有機(jī)化合物和高分子聚合物定性分析和結(jié)構(gòu)分析的重要手段，其在有機(jī)物純度分析、有機(jī)官能團(tuán)鑒定、未知高聚物鑒定、聚合物結(jié)構(gòu)分析、共聚物組成分析、異構(gòu)體判別等方面廣泛應(yīng)用[1-2]。隨著FTIR及計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用拓展，傅里葉變換衰減全反射紅外光譜（ATR-FTIR）已應(yīng)用于產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、材料分析和刑事偵查等領(lǐng)域，并取得了一定進(jìn)展[2-3]。與FTIR法相比，ATR-FTIR法具有制樣簡(jiǎn)單、測(cè)試方便和快捷的特點(diǎn)[4]。ATR-FTIR法在高分子材料定性分析中起到了很重要的作用。C.Q.Luo等[5]用含氟化合物對(duì)醫(yī)用丁基橡膠進(jìn)行表面改性，采用ATR-FTIR有效研究了改性材料的表面結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了科學(xué)表征。J.X.Chen等[6]對(duì)聚苯乙烯-聚二甲基硅氧烷共聚物與聚苯乙烯的共混物進(jìn)行了ATR-FTIR定量分析。但是目前用ATR-FTIR法分析橡膠結(jié)構(gòu)和成分的研究報(bào)道很少。

本工作利用ATR-FTIR分析順丁橡膠（BR）生膠和硫化膠，得到了多個(gè)BR的特征譜，可為材料分析與鑒別提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

BR，牌號(hào)9000，中國(guó)石化北京燕山石化公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

BR 100，氧化鋅 40，硬脂酸 2，防老劑A 1.5，硫黃 2，促進(jìn)劑M 1.4。

硫化條件為150 ℃/10 MPa×15 min。

1.3 主要設(shè)備與儀器

XK-160型開(kāi)煉機(jī)和QLB-25型平板硫化機(jī)，無(wú)錫第一橡膠機(jī)械設(shè)備廠產(chǎn)品；M2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，中國(guó)臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；NicoletiS50型FTIR儀，配備一體化衰減全反射（ATR）檢測(cè)模塊，美國(guó)Thermo Fisher公司產(chǎn)品。

1.4 ATR-FTIR測(cè)試

用ATR-FTIR掃描生膠和硫化膠的新鮮斷面，掃描次數(shù)為32，掃描范圍為500～4 000 cm-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 BR的ATR-FTIR分析

BR生膠和硫化膠的ATR-FTIR譜分別如圖1和2所示。從圖1可以看出：波數(shù)3 006 cm-1處的明顯特征吸收峰是C＝C鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰；波數(shù)2 942和1 451 cm-1處的尖銳吸收峰分別是丁二烯結(jié)構(gòu)單元中亞甲基（—CH2—）的C—H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰和彎曲振動(dòng)吸收峰；波數(shù)1 656 cm-1處的吸收峰是順式-1，4-丁二烯結(jié)構(gòu)單元中C＝C鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰；波數(shù)912 cm-1處的吸收峰為順式-1，4-丁二烯結(jié)構(gòu)單元中C—H鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰；波數(shù)737 cm-1處的吸收峰是順式-1，4-丁二烯重復(fù)結(jié)構(gòu)單元—CH2—CH2—的搖擺振動(dòng)吸收峰。

圖1 BR生膠的ATR-FTIR譜

綜上所述，ATR-FTIR譜可以有效表征BR的特征吸收峰，為膠種鑒別和分析提供重要依據(jù)。

從圖2可以看出：在波數(shù)3 006，2 918，1 654，1 451，912和737 cm-1處出現(xiàn)了BR的特征吸收峰；與BR生膠的ATR-FTIR譜相比，波數(shù)3 006 cm-1處的C＝C鍵伸縮振動(dòng)吸收峰強(qiáng)度減弱，這說(shuō)明BR硫化膠中的C＝C鍵數(shù)量減?。徊〝?shù)2 918 cm-1處的C—H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰強(qiáng)度增大，這也說(shuō)明了BR硫化膠結(jié)構(gòu)中的C＝C鍵數(shù)量減小，但是硫化過(guò)程中C＝C鍵數(shù)量減小幅度通過(guò)ATR-FTIR尚不能確定；在波數(shù)699 cm-1處出現(xiàn)的尖銳特征吸收峰是S—C鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰，這進(jìn)一步說(shuō)明硫化過(guò)程中膠料結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了S—C鍵，因此通過(guò)ATRFTIR可以明顯區(qū)別生膠與硫化膠，推斷體系中可能存在一定量的S—S鍵，但是S—S鍵的特征吸收峰對(duì)應(yīng)的波數(shù)小于500 cm-1，超出了儀器的測(cè)試范圍。

圖2 BR硫化膠的ATR-FTIR譜

2.2 填充白炭黑BR硫化膠的ATR-FTIR分析

未填充白炭黑和填充白炭黑的BR硫化膠的ATR-FTIR譜分別如圖3和4所示。從圖3和4可以看出：兩個(gè)ATR-FTIR譜中都有BR硫化膠的結(jié)構(gòu)特征吸收峰；填充白炭黑的BR硫化膠在波數(shù)1 104 cm-1處出現(xiàn)了強(qiáng)烈的吸收峰，該特征吸收峰為白炭黑中Si—O鍵的伸縮振動(dòng)吸收峰。因此，通過(guò)ATRFTIR可以有效判別硫化膠中是否含有白炭黑。

圖3 未填充白炭黑的BR硫化膠的ATR-FTIR譜

圖4 填充白炭黑的BR硫化膠的ATR-FTIR譜

3 結(jié)論

（1）通過(guò)ATR-FTIR可以快速測(cè)試BR生膠與硫化膠的特征吸收峰，便于進(jìn)行未知膠料的鑒定。

（2）通過(guò)ATR-FTIR技術(shù)可以判斷BR硫化膠中是否含有白炭黑。