聚丙烯變溫傅里葉變換透射紅外光譜研究*

佘長輝，于宏偉

（1.中國石油 大慶油田化工有限公司 輕烴分餾分公司，黑龍江 大慶 163411；2.石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035）

聚丙烯變溫傅里葉變換透射紅外光譜研究*

佘長輝1，于宏偉2*

（1.中國石油 大慶油田化工有限公司 輕烴分餾分公司，黑龍江 大慶 163411；2.石家莊學院 化工學院，河北 石家莊 050035）

紅外光譜；聚丙烯；熱穩(wěn)定性

聚丙烯（Polypropylene）是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。聚丙烯（圖1）具有良好的力學性能，并具有較高的耐熱性，因此，廣泛應用于工農業(yè)的各個領域中［1-6］。紅外光譜法是研究聚丙烯結構的主要方法［7-13］。但傳統(tǒng)的紅外光譜法（一維光譜）的分辨率不高，而導數(shù)光譜則是基于一定的數(shù)學模型計算，其分辨率則有了顯著的提高［14，15］。因此，本文采用傅里葉變換透射紅外光譜（包括：一維光譜，二階導數(shù)光譜和四階導數(shù)光譜）結合變溫紅外技術，研究了聚丙烯的分子結構，并進一步考查了溫度變化對于聚丙烯分子結構的影響。

圖1　聚丙烯的分子結構Fig.1　Molecular structure of polypropylene

1　材料與方法

1.1材料與試劑、儀器與設備

聚丙烯薄膜（石家莊市長安區(qū)北國超市）。

Spectrum100型中紅外光譜儀（美國PE公司）；變溫附件（美國PE公司）；SYD TC-01型變溫控件（英國Eurotherm公司）。

1.2方法

1.2.1紅外光譜儀操作條件聚丙烯薄膜固定在紅外光譜儀的變溫附件上，以空氣為背景，每次實驗對于信號進行 16次掃描累加；測溫范圍293～393K，變溫步長10K。

1.2.2數(shù)據(jù)獲得紅外光譜數(shù)據(jù)獲得采用 Spectrumv6.3.5軟件。

2　結果與分析

圖2　聚丙烯的紅外光譜（3500-400cm-1）Fig.2　Infrared spectra of polypropylene（3500-400 cm-1）

在400～3500cm-1的頻率范圍內，聚丙烯有三組紅外特征吸收譜帶（圖2）［16，17］。其中2800～3000cm-1頻率范圍內的紅外特征吸收譜帶歸屬于聚丙烯CH3和CH2的碳氫伸縮振動模式；1300～1500cm-1的頻率范圍內的紅外特征吸收譜帶歸屬于聚丙烯CH3和CH2的碳氫彎曲振動模式；而800～1000cm-1頻率范圍的紅外特征吸收譜帶則歸屬于全同聚丙烯的晶體振動模式。以下以聚丙烯3個紅外特征吸收特征譜帶為主要研究對象，來進一步考查溫度變化對于聚丙烯分子結構的影響。

2.1聚丙烯的紅外光譜研究

2.1.1聚丙烯甲基和亞甲基的碳氫伸縮振動模式的紅外光譜研究

圖3　聚丙烯紅外光譜（3000-2800cm-1）Fig.3　Infrared spectra of polypropylene（3000-2800cm-1）

在2800-3000cm-1的頻率范圍內，首先開展了聚丙烯一維光譜的研究（圖3A）。實驗發(fā)現(xiàn)：聚丙烯一維紅外光譜的分辨率過低，并不能提供有價值的光譜信息。而聚丙烯二階導數(shù)光譜（圖3B）的分辨率則有一定的提高，其中在2973cm-1頻率附近發(fā)現(xiàn)一個較強的紅外吸收峰，歸屬于CH3不對稱伸縮振動模式（νasCH3）；最后研究了聚丙烯的四階導數(shù)光譜（圖3C），其分辨率則有了進一步的提高，其中在2932、2879和2854cm-1頻率附近發(fā)現(xiàn)的三個紅外吸收峰則分別歸屬于 CH2不對稱伸縮振動模式（νasCH2）、CH3對稱伸縮振動模式（νsCH3）和CH2對稱伸縮振動模式（νsCH2）。

2.1.2聚丙烯甲基和亞甲基的碳氫彎曲振動模式的紅外光譜研究

圖4　聚丙烯紅外光譜（1500～1300cm-1）Fig.4　Infrared spectra of polypropylene（1500～1300cm-1）

2.1.3聚丙烯結晶譜帶紅外光譜研究

圖5　聚丙烯紅外光譜（1000～800cm-1）Fig.5　Infrared spectra of polypropylene（1000～800cm-1）

在800～1000cm-1的頻率范圍內，開展了聚丙烯一維光譜的研究（圖 5A）。其中在 809cm-1（δcrystalline-1）、841cm-1（δcrystalline-2）、899 cm-1（δcrystalline-3）和998cm-1（δcrystalline-4）頻率附近清晰發(fā)現(xiàn)的4個紅外吸收峰歸屬于全同聚丙烯晶體譜帶（δcrystalline）。聚丙烯按照甲基排列位置的不同可以分為全同聚丙烯、間同聚丙烯和無規(guī)聚丙烯3種，其結構差異見圖6。進一步研究了聚丙烯二階和四階導數(shù)光譜（圖5B 和5C）則得到了同樣的紅外光譜信息。

圖6　聚丙烯晶體結構Fig.6　Crystal structure of polypropylene

2.2聚丙烯變溫紅外光譜研究

由于聚丙烯的四階導數(shù)光譜的分辨率要優(yōu)于相應的一維和二階導數(shù)光譜，因此以聚丙烯四階導數(shù)光譜為主要研究對象，進一步考查了溫度變化（293～393 K）對于聚丙烯結構的影響，相關紅外光譜數(shù)據(jù)見表1。

表1　聚丙烯四階導數(shù)光譜數(shù)據(jù)（293～393K）Tab 1　Interpretations of deconvolution spectra of polypropylene（293～393K）

3　結論

致謝：本項實驗具體研究工作由石家莊學院化工學院2014級化學工程與工藝專業(yè)周曉丹，周丹楓，閆麗娜，張靜，李研，張鑫藝等同學完成，在此表示感謝！

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Temperature effect on FT-IR spectrum of polypropylene*

SHE Chang-hui1，YU Hong-wei2*
（1.Light Ends Fractionation Company of Daqing Oilfield Chemical Group，Daqing 163411，China；.2.School of Chemical Engineering Shijiazhuang College，Shijiazhuang 050035，China）

infrared spectroscopy；polypropylene；thermostability

O632.12

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160701

2016-04-13

石家莊市科學技術研究與發(fā)展計劃課題（151500182A）

佘長輝（1979-），男，黑龍江省蘭西縣人，工學碩士，工程師，現(xiàn)在主要從事化工安全生產技術工作。

于宏偉（1979-），男，黑龍江省哈爾濱市人，工學博士，副教授，現(xiàn)主要從事高分子材料結構研究工作。