常见高分子红外光谱谱图解析
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红外光谱分析图用红外光谱仪测试塑料薄膜的红外光谱非常简单。
由于采用厚度适当的透明薄膜,故可直接使用。
经过校正后可得到图1所示的图谱。
这是最简单的高分子光谱图,它只在2 916,2 849, 1 463和719cm-‘四处出现了吸收峰,说明该分子结构中不含苯环、按基、经基等官能团,只含有亚甲基一CHZ,其中2 916cm-‘对应反对称伸缩振动,2 849cm-‘对应对称伸缩振动,1 463cm-‘对应弯曲振动,据此可初步判断该材料为聚乙烯。
至于719cm-‘对应的峰可以不解读。
据资料介绍,该峰为}CHZ]n ( n } 4)弱吸收峰,用于判断碳链的长短,碳链越长,吸收峰越强[2]。
仔细观察可发现该处实际是双吸收峰。
低波数对应无定形聚乙烯吸收峰,高波数对应结晶态聚乙烯吸收峰[3]。
因此可认定该材料就是聚乙烯。
事实上,通过随设备所附图库也能检索出该材料类别,如图2所示,上半部分为试样谱图,下半部分为标准聚乙烯谱图,吻合率达99%以上,即可得出结论。
当然,也可以根据经验来判断。
通常用来制作薄膜的塑料无非聚乙烯(PE) ,聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)等几种,其中以PE和PVC价格低廉,来源广泛,是首先考虑的材料,而PVC由于氯原子的取代作用将使图谱发生很大变化,而且PVC薄膜中含有大量的添加剂,做光谱前一般需进行分离提纯,直接做谱图不可能得到图1所示的简单图谱。
因此可以确定,图1的材料就是PE。
图3所示为另一PE样品的红外光谱,它与图1基本相同。
由于PE中少量烯端基的存在,在909和990cm-‘有时能看到弱谱带,分别对应于RCH=CHZ中反式CH面外弯曲振动及CHZ面内弯曲振动。
图3中,1 720cm-‘处的小峰是由于含拨基的添加剂引起的,不是PE本身的峰。
图4所示为均聚PP红外光谱。
由于每两个碳就有一个甲基支链,因而除了1 460cm-‘的CH湾曲振动外,还有很强的甲基弯曲振动谱带出现在1 378cm-' o CH3和CH的伸缩振动与CHZ的伸缩振动叠加在一起,出现了2 8003 OOOcm-‘多重峰。
常见高分子红外光谱谱图解析1. 红外光谱的基本原理
1)红外光谱的产生
能量变化
ν
νhc
h=
=
E
-
E
=
∆E
1
2
ν
ν
h
∆E
=
对于线性谐振子
μ
κ
π
ν
c
2
1
=
2)偶极矩的变化
3)分子的振动模式
多原子分子振动
伸缩振动对称伸缩
不对称伸缩
变形振动AX2:剪式面外摇摆、面外扭摆、面内摇摆
AX3:对称变形、反对称变形
. 不同类型分子的振动
线型XY2:
对称伸缩不对称伸缩
弯曲
弯曲型XY2:
不对称伸缩对称伸缩面内弯曲(剪式)
面内摇摆面外摇摆卷曲
平面型XY3:
对称伸缩不对称伸缩面内弯曲
面外弯曲
角锥型XY3:
对称弯曲不对称弯曲
面内摇摆
4)聚合物红外光谱的特点
1、组成吸收带
2、构象吸收带
3、立构规整性吸收带
4、构象规整性吸收带
5、结晶吸收带
2 聚合物的红外谱图
1)聚乙烯
各种类型的聚乙烯红外光谱非常相似。
在结晶聚乙烯中,720 cm-1的吸收峰常分裂为双峰。
要用红外光谱区别不同类型的聚乙烯,需要用较厚的薄膜测绘红外光谱。
这些光谱之间的差别反映了聚乙烯结构与线性—CH2—链之间的差别,主要表现在1000-870㎝-1之间的不饱和基团吸收不同,甲基浓度不同以及在800-700㎝-1之间支化吸收带不同。
低压聚乙烯(热压薄膜)
中压聚乙烯(热压薄膜)
高压聚乙烯(热压薄膜)
2.聚丙烯
无规聚丙烯
等规聚丙烯的红外光谱中,在1250-830 cm-1区域出现一系列尖锐的中等强度吸收带(1165、998、895、840 cm-1)。
这些吸收与聚合物的化学结构和晶型无关,只与其分子链的螺旋状排列有关。
3.聚异丁烯
CH3
H2
C C
n
CH3
丁二烯聚合可以生成多种结构不同的异构体。
H2 C
H
C
HC CH2
C C
CH2H2C
C C
CH2
H2C
H 1,2- 顺式1,4- 反式1,4-
990、910 cm-1 775、741、690 cm-1 970 cm-1 1,2-聚丁二烯
顺式1,4-聚丁二烯
用于橡胶的顺式1,4-丁二烯的光谱中,730 cm-1的宽强吸收很特征,但反式1,4-和1,2-结构的吸收虽弱但仍很明显。
CH
H 2C
H C
C H
H 2C
三种可合成异构体
C C
H
H 2C
H 3C
CH 2
C
C
H 2C H 3C
2
H 2C
H C C
CH 2CH 3
顺式1,4-(天然橡胶) 反式1,4- 3,4-
833 cm -1 840 cm -1 889 cm -1
顺式1,4-聚异戊二烯
9.丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
10.聚氯乙烯[ ―CH 2―CHCl― ]
11.聚四氟乙烯(-CF 2-CF 2-)
12.聚碳酸酯
15.聚醋酸乙烯酯
16.乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)
在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物分子链中,两种单体是无规排列的,即使醋酸乙烯酯单体含量很低,极性酯的吸收(1725、1235、1020cm-1)在光谱中仍然是主要的,不同饱和脂肪酯的-COOC—吸收非常特征。
—CH2—序列的特征为720cm-1的吸收峰,当部分结晶时呈分裂的双峰。
17.聚丙烯酸酯
聚丙烯酸酯的光谱特征在1725、1250、1190-1163和1124-1110cm-1之间。
在1000-770 cm -1之间的吸收峰适合于测定醇组分的类别。
聚丙烯酸甲酯
聚丙烯酸乙酯
18.聚甲基丙烯酸酯
最简单的聚甲基丙烯酸酯(甲酯、乙酯、丁酯、环己酯)的红外光谱以在1250和1176 cm-1的C-O-C伸缩振动分裂的吸收峰为等。
这种分裂与链结构有关,当甲基丙烯酸酯序列过短,或具有庞大侧基时,这些振动都不会分开。
在1000-800 cm-1区域可区分不同的甲基丙烯酸酯。
聚甲基丙烯酸甲酯
19.聚乙二醇
20.双酚A型环氧树脂
21.聚酰胺(-R-CO-NH-R’-NH-CO-)
脂肪族聚酰胺的红外光谱主要由酰胺基的振动和亚甲基链的振动吸收组成的。
其强度吸收带出现在下列区域内:3300、2900 、1640 、1560 、1282-1260 cm-1、1460 cm-1。
通常遇到的脂肪族聚酰胺在化学上的差别只是由于—(CH2)—链的不同,但在熔融温度以下,由于不同的聚酰胺结晶区域分子间的相互作用不同,其红外光谱任然是有差别的,这可用于鉴定的目的。
PA66
PA6
22.聚氨酯
聚氨酯很容易由红外光谱鉴定出来。
在聚酯型聚氨酯的红外光谱中,1725 cm-1吸收带很强,它是由酯和聚氨酯两种C=O吸收相重叠的结果。
聚氨酯结构中NH振动分别在3330和1538 cm-1吸收。
此外,在1250-1110 cm-1之间有三个分离不太好的中等强度的宽吸收,其中1176-1163 cm-1的吸收带是由脂肪酯的C-O振动产生的。
在聚醚型聚氨酯的红外光谱中,醚键的吸收在1110 cm-1,聚氨酯的吸收在1695和1538 cm-1。
在这些聚酯或聚醚型氨基甲酸酯中,芳香族的结构的吸收在1600-1587 cm-1和833-667 cm-1后,一区域的吸收可用于鉴定异氰酸酯组分,有时在1640 cm-1还会出现脲基的吸收。
聚酯型聚氨酯
聚醚型聚氨酯
23.聚二甲基硅氧烷。