聚乙烯薄膜材料的红外光谱仪研究
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聚乙烯薄膜材料的红外光谱仪研究


      摘 要:由于红外光谱仪法具有许多突出的优点,因此它在许多领域有广泛的应用。在薄膜、合 成纤维、橡胶、塑料等高聚物的研究方面,用于单体、聚合物、添加剂的定性、定量和结构分析。一般高聚 物的红外光谱中谱带的数目很多,而且不同种类的物质其光谱很不相同,特征性很强。此外红外光谱法 的制样和实验技术相对比较简单,它适用于各种物理状态的样品。本实验研究以高聚物薄膜材料做样 品,对样品高聚物进行红外光谱分析,分析表明,本实验所用样品高聚物成分为聚乙烯材料,这个实验结 果也表明,用红外光谱法鉴定高聚物的组成非常有效。红外光谱法用于定量组分分析,与其它测量方法 相比,具有制样简单方便、重复性好和测量精度高的特点。
        高聚物材料因其质轻、美观、耐腐蚀、品种繁 多、易于加工等特点,广泛用于各类产品的包装。 高聚物透明材料由于透光度高,相对密度小,绝缘 性能良好,具有一定的强度和韧性。聚乙烯薄膜 作为高聚物材料,由于其耐水、耐腐蚀、热封性好。 广泛用于制造各种薄膜、容器以及泡沫体、打包 带、塑料绳、塑料网等。近年来在核物理,天体物 理,反应堆运行中运用聚乙烯作为漫化剂来测量 中子。对核物理的研究做出了自己的贡献.我们 常常提的方便袋就是聚乙烯(PE)。聚乙烯是结 构最简单的高分子,也是应用最广泛的高分子材 料。聚乙烯无臭,无毒,手感似蜡,具有优良的耐 低温性能(最低使用温度可达(-70~-100°C),化 学稳定性好,能耐大多数酸碱的侵蚀,吸水性小, 电绝缘性能优良。红外光谱具有高度特征性,可 以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做 分析鉴定。利用化学键的特征波数来鉴别化合物 的类型,并可用于定量测定。目前,红外光谱在高 聚物的构型、成分分析中广泛应用。
1实验原理
根据辐射定律任何物体,只要温度高于0 k, 都要向周围环境发射红外辐射。只是随温度不 同,辐射特性发生变化而已。各种物质对不同波
长红外辐射的吸收程度是不同的,因此当不同波 长的红外辐射依次照射到样品物质时,由于某些 波长的辐射能被样品选择吸收而减弱于是形成红 外吸收光谱。通常用透过与波数(波长的倒数 cm-1)所作的红外吸收光谱曲线来表征各种物质 的红外吸收光谱[79]
在红外光谱分析中,2. 5 m~15 J^m(4 000~ 667 cm一O的中红外区是应用最广泛的光谱区。 其中2.5~7. 5 pm称为特征谱带区。因为各类官 能团的特征吸收峰都出现在这区域。7. 5~ 15 称为指纹区,在鉴定物质分子的官能团时, 指纹区的一些吸收峰常作旁证,对同系物或异构 体的鉴别特别有用。物质的分子振动往往在特征 区和指纹区产生若干个吸收峰,这些相互依存的 可以相互佐证的吸收峰称为相关峰。
一条红外吸收光谱曲线可以由吸收峰位置、 吸收峰形状和吸收峰强度来描述。所以我们重点 讨论吸收峰产生的原因和峰强、峰数、峰位及其影 响因素。
2实验过程及结果分析
一般高聚物的红外光谱中谱带的数目很多,而且不同种类的物质其光谱很不相同,故特征性 很强。此外,红外光谱法的制样和实验技术相对 比较简单,它适用于各种物理状态的样品。因此, 目前红外光谱法已经成为高聚物材料分析和鉴定 工作中最重要的手段之一。
2.1光谱解析方法
要想对某一化合物的红外光谱进行正确的解 析,首先应该了解红外光谱的一些重要特征,即应 该通过红外光谱的哪些特征来提供这个化合物结 构的信息。红外光谱具有下面三个重要特征: 2.1.1 位置
谱带位置是能表征某一基团存在的最有用的 特征。不过有些不同的基团可能在相同或相近的频 率区域产生吸收,所以做这种对应须特别小心。同 时要根据一些相关峰来做最后的鉴别。
2. 1. 2 形状
有时从谱带的形状也可以得到某些基团的信 息。例如氢键和离子的官能团可以产生很宽的红 外谱带,这对于鉴定特殊基团的存在很有用途。 酰胺基团的W(C=O)和烯类的W(C=C)均在 1 650 cm—1附近产生吸收,但酰胺基团的羧基大都 形成氢键,其谱带较宽,很容易和烯类的谱带 区别。
2.1.3相对强度
把光谱中一条谱带的强度和另一条谱带相 比,可以得出一个定量的概念,同时也可以指示某 特殊基团或元素的存在。如C一H基团邻接氯原 子时,将使它的摇摆和变形振动的谱带由弱变强, 因此从其对应谱带的增强可以判断氯原子的存 在。此外分子中如含有一些极性较强的基团,将 产生强的吸收带。 例如羧基和醚键等的谱带均 很强 。
22高聚物的红外光谱定性分析
根据红外光谱的位置、形状、相对强度等特征 对样品进行分析,由于各种高聚物是由其各种小 分子单体构成的,因此对高聚物的光谱解析,必须 对基团的光谱和各种高聚物所特有的光谱非常熟 悉,同时对各种高聚物的结构也要非常了解,这样 在观察到有关光谱信息后才能与对应的高聚物结 构迅速联系起来。这就要求我们熟记各种高聚物 的特征吸收谱带。
为了便于查找和记忆,通常把一些常用的高聚 物光谱按最强吸收谱带位置分为如下六个区域:
I区最强吸收带在1 800~1 700 cm—1,主要 是聚酯类,聚羧酸类和聚酰亚胺类等高聚物。
II区最强吸收带在1 700~1 500 cm-1,主要是聚酰胺类,聚和天然的多肽等高聚物。
I区最强吸收带在I 500~I 300 cm—1,主要是饱 和聚烃基和一些具有极性基团取代的聚烃类。
W区最强吸收带在1 300~1 200 Cm-1,主要 是芳香族聚醚类,聚砜类和一些含氯的高聚物。
V区最强吸收带在1 200~1 000 Cm—1,主要 是脂肪族的聚醚类,醇类和含硅、含氟高聚物。
^区最强吸收带在1 000~600 Cm—S主要是 含有取代苯、不饱和双键和一些含氯的高聚物。
应用以上的分类来综合分析下图所示的样品 高聚物的红外谱图。

首先从高频区域开始进行分析3 7003 100 cm-1区域的谱带主要是由于0-HN-H 基团伸缩振动产生的,光谱中没有出现,因此化合 物不会是伯胺、仲胺、酰胺、醇和有机酸类3 1003 000 cm-1区域的谱带是和烯类或芳环的 C-H伸缩振动有关,光谱中也没有吸收,因此又 排除了带有不饱和键的所有化合物3 0002 800 cm-1区域有很强的谱带是由分子中甲基亚甲基伸缩振动产生的2 3002 000 cm-1区 域的谱带是归属为三键或邻接双键的伸缩振动由于没有吸收,化合物中不包含异氰酸酯和腈基 等基团1 8701 550 cm-1区域的谱带是和羰基 的伸缩振动有关的,这是红外光谱中一个很重要 的区域对于酸酐、酯、酮、羧酸、酰胺和羧酸盐等 C=O吸收都处在很窄的波数范围,比较容易 判断由于没有吸收因此上述所有基团都能排 除烯类的C=C伸缩振动出现在1 6701 600 cm-1区域也可以否定芳环的伸缩振动出 现在1 6001 450 cm—1之间一般有四条谱带由于没有吸收证明其不是芳香族的甲基和亚 甲基的变形振动出现在1 4901 350 cm-1之间光谱中有强的吸收带,进而证实了 CHgCH2 的存在1 3101 020 cm—1区域中最具特征性 的谱带是对应醚键的吸收也可以排除在低于 1 000 cm-1区域,仅有一对双峰分别位于731 cm-1和720 cm-1,由于双键和芳环结构都已排除,所以 这谱带应该是长链碳氢化合物的吸收。

根据上述讨论可知,光谱中仅有碳氢基团的 吸收,可确定是长链的饱和碳氢化合物。从这类 高聚物的标准红外谱图中查对可得样品高聚物样 品为聚乙烯。
3结 论
本论文在调试使用SPECORD 75型红外光 谱仪的基础上,对样品样品高聚物的红外光谱进 行了定性分析。初步得到如下结论:
(1)  高聚物的红外光谱谱带数目较多,特征 性很强。不同种类的红外光谱都不相同,每一种 类型都有其特征吸收峰。故用红外光谱法鉴定高 聚物的组成非常有效。
(2)  红外光谱法用于定量组分分析,与其它 测量方法相比,具有制样简单方便、重复性好和测 量精度高的特点。要想获得精确的测量结果,必 须正确选择谱带、选择最适透射比范围和最佳的 仪器工作条件。