紅外光譜技術(shù)對尼龍—66結(jié)構(gòu)及性能的研究

于宏偉++++趙婷婷++++侯騰碩++++宗再興++++孫佳玥+++++張琳曼

摘要

在4000cm-1～ 600cm-1 的頻率范圍內(nèi)采用一維紅外光譜和二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜研究了尼龍-66的分子結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：尼龍-66主要存在著N—H伸縮振動(dòng)模式（νNH），CH2不對稱伸縮振動(dòng)模式（νasCH2），CH2對稱伸縮振動(dòng)模式（νsCH2），酰胺峰Ⅰ對應(yīng)的紅外吸收模式（νamide-Ⅰ），酰胺峰Ⅱ?qū)?yīng)的紅外吸收模式（νamide-Ⅱ），CH2變角振動(dòng)模式（δCH2），CH2面外彎曲振動(dòng)模式（ωCH2），酰胺峰Ⅲ對應(yīng)的紅外吸收模式（νamide-Ⅲ），C—C 伸縮振動(dòng)模式（νC-C），酰胺峰Ⅳ對應(yīng)的紅外吸收模式（νamide-Ⅳ）和 CH2 面內(nèi)彎曲振動(dòng)模式（ρCH2）等。在303K～ 393K的溫度范圍內(nèi)，采用變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜技術(shù)進(jìn)一步研究溫度變化對于尼龍-66分子結(jié)構(gòu)的影響。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著測定溫度的升高，尼龍-66的νNH和νamide-Ⅲ-2對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了明顯的藍(lán)移現(xiàn)象，而νamide-Ⅲ-1對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了明顯的紅移現(xiàn)象，并進(jìn)一步解釋了其光譜差異性原因。本項(xiàng)研究拓展了紅外光譜技術(shù)在高分子纖維材料的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性方面的研究范圍。

關(guān)鍵詞：紅外光譜；尼龍-66；結(jié)構(gòu)；紅移；藍(lán)移

1 引言

尼龍-66是一種熱塑性樹脂[1-3]。尼龍-66纖維長絲可制作襪子、內(nèi)衣、襯衣、滑雪衫、雨衣等；尼龍-66短纖維則可與棉、毛和粘膠纖維混紡，使織物具有良好的耐磨性和強(qiáng)度。尼龍-66是一類特殊高分子類化合物，難溶于有機(jī)溶劑，因此采用常規(guī)分析方法很難研究其結(jié)構(gòu)。傅里葉變換衰減全反式紅外光譜（ATR-FTIR）技術(shù)不需要對樣品處理，可以方便地研究高分子類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，筆者在相關(guān)方面做了大量研究[4-6]，因此本文采用ATR-FTIR技術(shù)，結(jié)合變溫紅外光譜技術(shù)，開展了尼龍-66的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性研究，為尼龍-66的改性研究提供了重要的理論支持。

2 材料與方法

材料與試劑：

尼龍-66（101L，美國杜邦公司生產(chǎn)）。

儀器與設(shè)備：

Spectrum 100型紅外光譜儀（美國PerkinElmer公司生產(chǎn)）；單次內(nèi)反射ATR-FTIR變溫附件（英國Specac公司生產(chǎn)）；ATR-FTIR變溫控件（英國Specac公司生產(chǎn)）。

方法：

每次試驗(yàn)以空氣為背景，對于信號進(jìn)行8次掃描累加；測溫范圍303K～393K，變溫步長10K。數(shù)據(jù)獲得采用Spectrum v 6.3.5。

3 結(jié)果與分析

3.1 尼龍-66 的結(jié)構(gòu)表征

在4000cm-1 ～ 600cm-1 的頻率范圍內(nèi)（圖1A），303K的溫度下采用ATR-FTIR技術(shù)開展了尼龍-66的一維紅外光譜的研究[7-9]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：3297cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66的NH伸縮振動(dòng)模式（νNH）；2930cm-1 頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66的亞甲基不對稱伸縮振動(dòng)模式（νasCH2）；2858cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66的亞甲基對稱伸縮振動(dòng)模式（νsCH2）。1633cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66的酰胺峰Ⅰ對應(yīng)的紅外吸收模式（νamide-Ⅰ）；1535cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66酰胺峰Ⅱ?qū)?yīng)的紅外吸收模式（νamide-Ⅱ）；1474cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66和N原子相連的亞甲基變角振動(dòng)模式（δCH2-N）；1464cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66亞甲基變角振動(dòng)模式（δCH2-1）；1437cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66亞甲基變角振動(dòng)模式（δCH2-2）；1418cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于與尼龍-66的C=O相連亞甲基變角振動(dòng)模式（δCH2-CO）；1370cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66亞甲基面外彎曲振動(dòng)模式（ωCH2）；1273cm-1和 1200cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66酰胺峰Ⅲ對應(yīng)的紅外吸收模式（νamide-Ⅲ）；1180cm-1和1142cm-1頻率處的紅外吸收峰歸于尼龍-66的C—C伸縮振動(dòng)模式（νC-C）；935cm-1頻率處的紅外吸收峰歸于尼龍-66酰胺峰Ⅳ對應(yīng)的紅外吸收模式（νamide-Ⅳ）；727cm-1頻率處的紅外吸收峰歸于尼龍-66亞甲基面內(nèi)彎曲振動(dòng)模式（ρCH2）。進(jìn)一步研究了尼龍-66的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜則得到了同樣的光譜信息（圖1B）。

3.2 尼龍-66的變溫紅外光譜研究

在 303K～393K的溫度范圍內(nèi)，分別開展了尼龍-66的變溫紅外光譜（包括：變溫一維紅外光譜和變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜）的研究，來進(jìn)一步探索溫度變化對尼龍-66 分子結(jié)構(gòu)的影響。

3.2.1 3400cm-1～2800cm-1的頻率范圍內(nèi)尼龍-66的變溫紅外光譜研究

在3400cm-1～2800cm-1頻率范圍內(nèi)，首先開展了尼龍-66的變溫一維紅外光譜研究（圖2A），研究發(fā)現(xiàn)，尼龍-66的νNH對于溫度變化比較敏感，隨著測定溫度的升高，尼龍-66的νNH對應(yīng)的紅外吸收峰出現(xiàn)了明顯的藍(lán)移現(xiàn)象；而尼龍66的νasCH2和νasCH2對應(yīng)的紅外吸收頻率沒有明顯的變化；進(jìn)一步研究了尼龍-66的變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜（圖2B），則得到了同樣的光譜信息。

A 尼龍-66 的變溫一維紅外光譜

3.2.2 1700cm-1 ～ 1500cm-1的頻率范圍內(nèi)尼龍-66的變溫紅外光譜研究

A 尼龍-66的變溫一維紅外光譜

在1700cm-1～1500cm-1頻率范圍內(nèi)，首先開展了尼龍-66的變溫一維紅外光譜研究（圖3A）。研究發(fā)現(xiàn)，隨著測定溫度的升高，聚酰胺-66的νamide-Ⅰ（主要對應(yīng)的是νC=O）對應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了藍(lán)移現(xiàn)象，而νamide-Ⅱ（主要對應(yīng)的是 δNH+ νCN）對應(yīng)的紅外吸收頻率相對較為穩(wěn)定；進(jìn)一步研究了尼龍-66的變溫二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜（圖3B），則得到了同樣的紅外光譜信息。endprint