紅外光譜法測(cè)定異戊橡膠中3，4鏈節(jié)的含量

(新疆獨(dú)山子石化公司研究院，獨(dú)山子 833699)

異戊橡膠通常是指順式1，4-聚異戊二烯(簡(jiǎn)稱IR)，具有與天然橡膠(NR)相似的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，具有良好的原膠強(qiáng)度、基本黏性、老化性能和回彈性能。異戊二烯橡膠是天然橡膠的最佳替代品，可以大量地使用于輪胎、醫(yī)療、食品、日用橡膠制品和運(yùn)動(dòng)器材等。尤其是輪胎行業(yè)，用異戊二烯橡膠替代20%天然橡膠，用于制造的輪胎生熱低、耐磨性和耐寒性均優(yōu)于NR，國(guó)外70%～80%的取用于輪胎制造，另有10%～15%用于其他橡膠制品工業(yè)[1]。

異戊橡膠中順式1，4結(jié)構(gòu)含量越高，其規(guī)整度越高，相對(duì)分子量也越高，取向性高而凝膠含量低，隨著順式1，4結(jié)構(gòu)含量的增加，賦予聚合物與天然橡膠更加接近的性能，且質(zhì)量更均一、純度更高、更易軟化和混合，塑煉時(shí)間更短，混煉加工更加簡(jiǎn)便，膨脹和收縮更小，有較好的擠出和壓延性。但異戊二烯橡膠不僅含有順式1，4結(jié)構(gòu)，還含有少量3，4鏈節(jié)結(jié)構(gòu)，因此，可以通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)定異戊二烯橡膠中3，4鏈節(jié)結(jié)構(gòu)的含量，來(lái)間接測(cè)定出順式1，4結(jié)構(gòu)含量。本實(shí)驗(yàn)用紅外光譜法測(cè)定異戊橡膠中3，4鏈節(jié)含量，具有測(cè)量速度快，操作簡(jiǎn)便，樣品用量少，結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)[2，3]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及標(biāo)樣

儀器：美國(guó)熱電公司6700型傅立葉變換紅外光譜儀。

標(biāo)樣：俄羅斯產(chǎn)，3，4鏈節(jié)百分含量分別為0.8%、1.4%、2.0%、3.1%、4.0%。

1.2 樣品來(lái)源及制備

樣品：選用合成橡膠所課題組提供俄羅斯產(chǎn)的異戊橡膠樣品SKI-5、CKⅡ-5PM。

制備：將樣品置于稱量瓶中，倒入2mL環(huán)已烷溶解，制成異戊二烯橡膠溶液，涂于Kbr窗片成一層薄膜。

1.3 材料及試劑

試劑：環(huán)已烷(分析純)；

材料：稱量瓶。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)處理

將涂有樣品Kbr窗片放入紅外光譜儀的樣品池，采集1600cm-1～600cm-1范圍內(nèi)和光譜信號(hào)，以1375 cm-1、888 cm-1兩個(gè)特征峰的吸光度之比作為異戊橡膠3，4鏈節(jié)含量的測(cè)定參數(shù)，計(jì)算出3，4鏈節(jié)含量值。

紅外光譜儀分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32，掃描范圍為1600cm-1～600cm-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 異戊橡膠中3，4鏈節(jié)特征吸收峰的確定

將異戊橡膠樣品溶于環(huán)已烷中做出紅外光譜圖(圖1)，從譜圖中可以看出，888cm-1處為少量3，4-聚異戊二烯的亞乙烯基的C-H面外變形振動(dòng)(圖2)，在1375cm-1處有一強(qiáng)的吸收峰為CH3的變形振動(dòng)(圖3)，這兩處特征吸收峰強(qiáng)度隨著3，4鏈節(jié)含量的增加而加強(qiáng)，因此，選定888cm-1和1375cm-1兩處為測(cè)定3，4鏈節(jié)含量的特征峰，且這兩處吸收峰的吸光度之比值與3，4鏈節(jié)含量符合朗伯-比爾定律[4]。

圖1 異戊橡膠的紅外光譜圖橫坐標(biāo)：波數(shù)cm-1；縱坐標(biāo)：透過(guò)率%。圖2、3相同

圖2 不同含量異戊橡膠波數(shù)為888cm-1的紅外譜圖

圖3 不同含量異戊橡膠波數(shù)為1375cm-1的紅外譜圖

2.2 用峰高法計(jì)算吸光度

使用校正峰高法，未校正峰高法分別測(cè)定同一膜厚下的標(biāo)準(zhǔn)樣片，重復(fù)測(cè)定5次，得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.5%，1.2%，使用校正峰高法得到的測(cè)試重復(fù)性結(jié)果更好。

2.3 校正曲線的建立

根據(jù)上面確定的紅外測(cè)定條件，取聚異二烯橡膠中3，4鏈節(jié)含量分別為0.8%，1.4%，2.0%，3.1%，4.0%的標(biāo)準(zhǔn)樣品，放入稱量瓶中，加入2mL環(huán)已烷溶解。待完全溶解后，在溴化鉀窗片上涂膜，放入紅外儀中測(cè)定吸光度，吸收值由基線法求出，每個(gè)樣品至少測(cè)定5次，每個(gè)樣品膜不同角度測(cè)定3次，求其吸光度平均值(測(cè)定數(shù)據(jù)見表1)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定數(shù)據(jù)

以異戊橡膠中3，4鏈節(jié)的含量為橫坐標(biāo)，A888/A1375的吸光度之比值為縱坐標(biāo)，做出標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖4)。

圖 4 3，4鏈節(jié)含量-吸光度之比值圖橫坐標(biāo)：3，4鏈節(jié)含量；縱坐標(biāo)：吸光度之比值

得到其線性回歸方程：A888/A1375=0.0564C+0.0758 (相關(guān)系數(shù)r=1)

式中：A888——吸收峰888cm-1處的吸光度；

A1375——吸收峰1375cm-1處的吸光度；

C——異戊橡膠標(biāo)準(zhǔn)樣品中3，4鏈節(jié)含量。

2.3 定量計(jì)算

根據(jù)上面的討論結(jié)果，得到異戊二烯橡膠中3，4鏈節(jié)含量的定量公式為：

C=( A888/A1375-0.0758)/0.0564

2.4 樣品測(cè)定

取3個(gè)異戊橡膠樣品，按照上面的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)試，3，4鏈節(jié)含量用上述公式計(jì)算得到，測(cè)定數(shù)據(jù)見表2。

表 2 異戊橡膠樣品測(cè)定數(shù)據(jù)

2.5 重復(fù)性的檢驗(yàn)

取3個(gè)異戊橡膠樣品，分別重復(fù)測(cè)定5次，其測(cè)定數(shù)據(jù)見表3。

表3 重復(fù)性測(cè)定數(shù)據(jù)

從表3中可以看出，每個(gè)聚異戊二烯橡膠重復(fù)測(cè)定5次，其測(cè)定結(jié)果的平均值最大偏差為0.09%，最小偏差僅為0.01%，說(shuō)明測(cè)試樣品重復(fù)性測(cè)定數(shù)據(jù)很好，測(cè)定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度很高。

2.6 再現(xiàn)性的檢驗(yàn)

用已知3，4結(jié)構(gòu)含量的樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)定數(shù)據(jù)見表4。

表4 再現(xiàn)性測(cè)定數(shù)據(jù)

從表4中可以看出，不同含量的聚異二烯橡膠樣品測(cè)定結(jié)果最大偏差僅為0.09%，說(shuō)明用紅外光譜法測(cè)定異戊橡膠中異戊二烯3，4結(jié)構(gòu)含量的方法精密度很高。

3 誤差分析

(1)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)測(cè)定的偏差，造成標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制不準(zhǔn)確；

(2)樣品中溶劑峰的影響，樣品中是否殘留溶劑峰，可以從紅外譜圖中觀察750cm-1～800cm-1之間是否有吸收峰出現(xiàn)來(lái)判斷。

(3)樣品膜厚度的影響，樣品膜太厚或太薄都會(huì)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般以樣品最大峰透過(guò)率控制在14%～20%之間為最好。

4 結(jié)論

用紅外光譜法測(cè)定異戊橡膠中異戊二烯3，4結(jié)構(gòu)含量，準(zhǔn)確性高，是一種快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確、樣品用量小的測(cè)定方法，適合于工業(yè)化的大生產(chǎn)。