紅外光譜在高分子材料研究中的應(yīng)用

尚建疆 張帥 張新慧 朱小燕 劉芳

摘 ?要：紅外光譜法是目前高分子材料研究中一種重要的分析測(cè)試方法，能直觀高效地表征出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其變化等。介紹了紅外光譜法在高分子材料研究中的應(yīng)用領(lǐng)域，并做了展望。

關(guān)鍵詞：紅外光譜法;高分子材料;研究;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：O657.33 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）15-0175-02

Abstract： Infrared spectroscopy （IR） is an important analytical and testing method in the research of polymer materials， which can characterize the structure and changes of substances intuitively and efficiently. The application of infrared spectroscopy in the research of polymer materials is introduced and prospected.

Keywords： infrared spectroscopy; polymer materials; research; application

引言

研究高分子材料或聚合物的組成、結(jié)構(gòu)及變化過(guò)程，以制備高性能材料，成為目前重要的研究方向。紅外光譜法（IR）是目前高分子材料研究中一種重要的分析測(cè)試方法，具有操作方法簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟等特點(diǎn)，能比較直觀高效、準(zhǔn)確地表征出物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其變化，因此，己經(jīng)廣泛地應(yīng)用于高分子材料研究、有機(jī)合成、無(wú)機(jī)化學(xué)、化工、生物、醫(yī)藥、環(huán)境等領(lǐng)域。

1 紅外光譜技術(shù)

紅外光譜技術(shù)是利用物質(zhì)分子吸收紅外輻射后，產(chǎn)生的振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的變化使分子能級(jí)躍遷，相應(yīng)區(qū)域的光被吸收的現(xiàn)象，從而得到紅外光波長(zhǎng)與透射率的曲線。紅外光譜能夠提供豐富的物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，氣體、液體、固體都用檢測(cè)，并且用量少、分析快、不破壞樣品，因此，紅外光譜法成為鑒定高分子化合物和測(cè)定其分子結(jié)構(gòu)的有效方法之一。

2 紅外光譜在高分子材料研究中的應(yīng)用

2.1 聚合物的分析與鑒別

聚合物的種類繁多，紅外光譜圖復(fù)雜，通過(guò)解譜并不能得到物質(zhì)的準(zhǔn)確構(gòu)成，只能推測(cè)出物質(zhì)分子的大致結(jié)構(gòu)以及官能團(tuán)狀況，最后要根據(jù)分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比才能得到最終結(jié)果。

聚乙烯（PE）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而可以能過(guò)吸收峰直接確定，如圖1。但是對(duì)于復(fù)雜聚合就不能僅依靠紅外光譜圖判斷其種類。如圖2，根據(jù)苯環(huán)-C=C-的彎曲振動(dòng)、-CH2-不對(duì)稱伸縮振動(dòng)等，只能縮小歸屬范圍，最后與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)比方能確定該化合物為聚苯乙烯。

2.2 聚合物結(jié)構(gòu)及變化的研究

通過(guò)紅外光譜法可以研究聚合物分子鏈的組成、結(jié)構(gòu)、構(gòu)型等。此外，還可以研究聚合物在一定的條件下分子結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，如老化、硫化、固化等。

李圓等[1]將丙烯酰胺和淀粉通過(guò)接枝共聚形成聚合物凝膠體系。圖3中新的吸收峰證明丙烯酰胺單體成功地接枝到了淀粉本體上。黃亞曦等對(duì)聚乙烯薄膜進(jìn)行紫外線老化實(shí)驗(yàn)。圖4表明樣品在紫外照射1200h后的紅外光譜圖中羰基峰面顯著減小，可以認(rèn)為在此時(shí)樣品分子鏈開(kāi)始老化斷裂[2]。

梁曉凡等[3]用紅外譜法確定了聚苯乙烯（PS）等聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），還從構(gòu)象和分子間相互作用的角度來(lái)解釋玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。

2.3 聚合物結(jié)晶度的測(cè)定

紅外光譜法可以用來(lái)測(cè)定聚合物的結(jié)晶度，但需要以絕對(duì)結(jié)果作為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，才能計(jì)算出該聚合物的結(jié)晶度。梁慶優(yōu)等[4]對(duì)不同結(jié)晶度的聚己內(nèi)酯樣品進(jìn)行了DSC標(biāo)定。圖5為樣品的紅外光譜圖經(jīng)分峰處理后的函數(shù)圖，進(jìn)行非線性擬合后，相關(guān)性良好。因此紅外光譜圖可以表征聚己內(nèi)酯的結(jié)晶度。

2.4 差減光譜技術(shù)的應(yīng)用

差減光譜（差譜）就是用一個(gè)光譜減去另一個(gè)光譜后分析兩者差異，差譜技術(shù)可以直接獲得聚合物樣品中的添加劑、雜質(zhì)等信息。圖6、7中蔡錫蘭[5]對(duì)混合纖維和某一組分進(jìn)行了差譜分析，得到差譜圖，再與標(biāo)準(zhǔn)譜的對(duì)比，確定了組分的種類。

某司的產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)極少量污染，決定采用紅外差譜法來(lái)測(cè)試。通過(guò)比較純凈樣品與污染樣品紅外圖譜得到差譜，如圖8。同時(shí)，將差譜在紅外光譜圖庫(kù)中進(jìn)行檢索，結(jié)果為M200有機(jī)硅油，結(jié)果與客戶反饋一致[6]。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅外光譜技術(shù)的發(fā)展變的十分活躍，技術(shù)得到了拓展，應(yīng)用領(lǐng)域不斷變寬。如反射光譜、光聲光譜法、時(shí)間分辨光譜法等。該技術(shù)與其它技術(shù)聯(lián)合檢測(cè)也成為發(fā)展趨勢(shì)，這拓展紅外光譜法的應(yīng)用領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)：

[1]李圓.淀粉接枝共聚丙烯酰胺聚合物凝膠體系的研究與應(yīng)用[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），2018.

[2]黃亞曦，賈鑫，等.自然條件下可降解農(nóng)膜光降解性能的研究[J].石河子大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，30（02）：239-243.

[3]梁曉凡，黃定海.利用紅外光譜研究聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變時(shí)的構(gòu)象變化[J].高分子通報(bào)，2011（11）：90-97.

[4]梁慶優(yōu)，楊賢鋒，等.紅外光譜法表征聚己內(nèi)酯結(jié)晶度的研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2018，38（S1）：67-68.

[5]蔡錫蘭.紅外差譜技術(shù)用于混合纖維鑒定的研究[J].分析儀器，2000（01）：15-19.

[6]張志明.FTIR差譜技術(shù)在油品分析中的應(yīng)用[J].合成潤(rùn)滑材料，1995（02）：6-10.