第五节红外光谱法在聚合物材料研究中的应用.docVIP

一、红外光谱法在聚合物材料研究中的应用 红外光谱法在聚合物材料的研究中是一种必不可少的工具，也是近代分析方法中最成熟、最有效的方法之一。用它来进行研究的内容也很广泛，包括未知聚合物及其添加剂的分析、聚合物结构(包括链结构及聚集态结构)和结构变化的分析、聚合反应的研究、聚合物与配合剂相互作用及并用聚合物之间相互作用的研究，结晶度、取向度的测定，聚合物表面的分析等。 对聚合物红外光谱的解释有三个要素必须注意。第一是谱带的位置，它代表某一基团的振动频率，也是说明是否含有某种基团的标志。这在第三节已有详细叙述，当然有些基团的谱带会出现在相同频率区或很接近的频率_匕这就需特别注意。第二是谱带的形状，例如氢键和离子的官能团会产生很宽的红外谱带，这对于鉴定特殊基团的存在十分重要，如酸胺基的C =a和烯类的C =}伸缩振动都出现在}}5}c}、一’附近，但酞胺基团的默基大都形成氢键，其谱带较宽，这就容易与烯类的C }Cf谱带区分开。第三是谱带的相对强度，谱带的强弱对比不单是一种基团含量的定量分析基础，而且可以暗示某一特殊基团或元素的存在，例如C H基团邻接氯原子时，将使它的摇摆、扭绞和变形振动的谱带由弱变强，因此从其对应的谱带的增强可提示有氯原子的存在。分子中有极性较强的基团将产生强的吸收，如默基、醚基等谱带的吸收都很强。 下面举例说明红外光谱法在聚合物材料研究中的应用。 1、未知聚合物的鉴定 一般来说，一张聚合物的光谱图是较复杂的，需要进行细心的分析才能得到初步的结果，最后还要根据分析结果查对标准潜图再作最后的确定。 首先可以基团的频率及频率分区中排除一些基团的存在，例如，在:3100～3700cm-1区域没有吸收带就可以排除O—H和N—H基团的存在；在3000～3100cm-1附近没有吸收带则表示不是芳环或不饱和碳氢化合物；在2242cm-1处没有谱带则表示不是含C≡N基团的聚合物(如丁睛胶、聚丙烯睛等)；在1720～1735cm-1之间没有谱带则表示被分析聚合物不是含碳基或醋基的聚合物。相反，若在上述几种情况中有相应吸收带出现则表示被测聚合物含有相应的基团。 当然，我们不能单从一个基团的吸收带的出现就判断是某一种聚合物，因为在某一波数区域，很多基团的吸收带都会出现，因此需要从几个频率区的吸收谱带来综合考虑某一基团的存在与否。例如，我们不能一单凭3000～3100cm-1区域的吸收带就肯定是含芳环的聚合物，还需要从1500～1600cm-1(苯环的骨架振动)以及650～1000cm-1的吸收带(苯环的C—H面外变形振动)区域的情况来确定有无芳环的存在。 【例1}图2-}.1是一未知聚合物红外光谱。从图中可以排除含Cr--H , u--H和C-} ?}基团，因为没有这3个基团的吸收带出现。一:}aoo-}--}}oo。一’区域的吸收带是芳环或烯类的C H伸缩振动产生的，还是含芳环聚合物?还要从芳环的振动及取代苯环的情况来证明， 谱图上I60(}cm- } } 158ac。一1是苯环的骨架振动谱带，7Gam 1和69flcm- i是单取代苯的谱带贬见表2一3及图}-}}, }}}s}-zc}aa二一i一系列低强度谱带是苯环上C--}H面外弯曲振动的倍频和合频，这就证明了该聚合物含有苯环。}`}}} }a}}}lt:一’的谱带是饱和碳氢化合物的C H伸缩振动谱带。140a0-} 15flD}m-‘的谱带是CH2和〔卜H的变形振动有关的谱带，而965二一‘谱带是反式不饱和基团的(.TH面外弯曲振动的特征潜带* 990cn:一‘和9lacrr、一’是与末端的乙烯基有关的谱带(见表}-2an 根据上述分析，该聚合物含有单取代笨环，又有反式双键和末端双键的化合物，这种聚合物不含其他的元素，只由碳氢组成，而且也不会由单烯类单体聚合而成(因为它含有反式双键)。这样就把范围缩小了很多，根据这一小的范围，最后可从标准谱图上查证是丁二烯和苯乙烯的共聚物。 !例2]某单位从一进口产品进行红外光谱分析得到的红外谱图如图2-}.}.所示，谱图中3030二一i处有可能是苯环的G-H伸缩振动，是否含苯环? 从1 SOOcm T }和1590c。一’吸收带的出现可看出有苯环骨架振动谱带，82}c。一‘是对位取代苯环上相邻两个氢的面外弯曲振动，而17x0 }-2000。一’的一组不强的吸收带又是苯环的L H面外弯曲振动的倍频和合频(见图2-6 )，证明有苯环的存在。176U二一’是C一 }的伸缩振动谱带，为什么频率比一般的淡基高，有可能由相连接的基团或原子的诱导效应的 影响造成的。 12}(lr}-u t , l1 }Ocm- t ,116U}n- t等谱带是C-(}的伸缩振动吸收带(见表2-