聚对苯二甲酸乙二醇酯变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱研究

于宏伟，解立斌，时甜甜，郭 华，阴雪利，王婷婷，赵栋梁，白良魁

(石家庄学院化工学院，石家庄 050035)

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种热塑性聚酯，具有优良的坚韧性，拉伸、抗冲击强度，耐磨性，电绝缘性。PET广泛应用于汽水、果汁、碳酸饮料、食用油等常用容器［1－2］。PET 的优良性能与其特殊理化结构有关，研究PET结构的方法主要有［2－4］:扫描电镜法、差示扫描量热仪法、X 射线衍射对称反射法、红外光谱法等，其中红外光谱法是研究PET结构的常见方法。笔者首先采用常规傅里叶变换红外光谱法(透射红外光谱法)和漫反射傅里叶变换红外光谱法研究PET分子结构，但无法提供有价值的光谱信息。变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱(ATR－FTIR)是红外光谱测试技术中的新技术，在测试过程中不需对样品进行任何处理，对样品不会造成任何损坏。以市场上常见的可口可乐瓶为材料，在303～393 K下，通过ATR－FTIR红外技术，测定PET的一维红外光谱，二阶和四阶导数红外光谱，研究温度对PET分子结构的影响，该研究方法未见相关文献报道。

1 原料与测定方法

1.1 原料和仪器

可口可乐瓶，中粮河北可口可乐饮料有限公司。Spectrum 100 红外光谱仪，Spectrum v 6.3.5操作软件，美国PE公司;ATR－FTIR变温附件，型号Golden Gate，英国Specac公司;变温控件，型号WEST 6100+，控温精度为±1 K，英国Specac公司。

1.2 测定方法

1.2.1 红外光谱仪操作条件

每次实验对信号进行8次扫描累加，测定范围3 500～600 cm－1;温度测定范围303～393 K，变温步长10 K。

1.2.2 数据获得及处理

一维红外光谱数据获得采用Spectrum v 6.3.5操作软件;二阶和四阶导数红外光谱数据获得采用Spectrum v 6.3.5 操作软件，平滑点数13。

2 结果与讨论

PET的一维红外光谱，二阶和四阶导数红外光谱图见图 1(a，b，c)。

图1 PET的红外光谱(1 800～600 cm－1)

从图1看出，PET的主要官能团在 1 750～1 650，1 650～1 300，1 050～700 cm－1范围有明显的特征红外吸收谱带，以下分别对3大红外吸收谱带进行研究。

2.1 PET的C＝O伸缩振动模式的红外光谱

PET的C＝O伸缩振动模式的红外光谱见图2(a，b，c)。

在1 750～1 650 cm－1范围内研究了不同温度下PET的一维红外光谱(图2a)。据文献报道［5－8］，1 713 cm－1处的红外吸收峰归属于 PET的C＝O伸缩振动模式(νC＝O)。而二阶导数红外光谱则得到同样的信息(图2b)。

从进一步研究PET的四阶导数红外光谱(图2c)发现，随着测定温度的升高，PET的 νC＝O红外吸收频率出现了明显的蓝移现象。这主要是因为，当测定温度高于353 K时，PET明显软化并变形，其晶体结构被破坏，从而进一步转化为非晶体结构，因此，νC＝O的红外吸收频率会发生明显改变。

图2 PET的C＝O伸缩振动模式红外光谱(1 750～1 650 cm－1)

2.2 PET苯环C＝C伸缩振动模式的红外光谱

PET苯环C＝C伸缩振动模式的红外光谱见图 3(a，b，c)。

图3 PET苯环C＝C伸缩振动模式的红外光谱(1 650～1 300 cm－1)

1 578，1 505 cm－1处的红外吸收峰(图 3a)归属于PET中苯环C＝C伸缩振动模式(νC＝C)［5－8］;研究相应的二阶导数红外光谱(图3b)和四阶导数红外光谱(图3c)则得到同样的信息。随着测定温度升高，PET的νC＝C的红外吸收频率和峰型不变，但吸收强度有所下降。

2.3 PET亚甲基变角振动模式的红外光谱

1 500～1 400 cm－1范围内，PET的一维红外光谱(图3a)和二阶导数红外光谱(图3b)并没有明显的红外吸收峰;而四阶导数红外光谱的分辨率则有所提高(图3c)，1 453 cm－1处较弱的红外吸收峰则归属于左右式亚甲基变角振动模式(δCH2－左右式)［3－4］;而 1 471 cm－1处较弱的红外吸收峰则归属于反式亚甲基变角振动模式(δCH2－反式)［3－4］。δCH2－左右式通常存在于 PET 的非晶区，而δCH2－反式通常存在于PET的晶区。上述研究证明，可口可乐瓶中PET同时存在着晶区和非晶区。随着测定温度升高，δCH2－左右式和 δCH2－反式的红外吸收频率和峰型不变，但吸收强度有所下降。

2.4 PET亚甲基面外摇摆振动模式的红外光谱

1 400～1 300 cm－1范围内，PET的一维红外光谱(图3a)中，1 370 cm－1附近较弱的红外吸收峰则归属于左右式亚甲基面外摇摆振动模式(ωCH2－左右式)［3－4］。而 1 340 cm－1附近较强的红外吸收峰则归属于反式亚甲基面外摇摆振动模式(ωCH2－反式)［3－4］。进一步研究二阶导数红外光谱(图3b)和四阶导数红外光谱(图3c)则得到同样信息。ωCH2－左右式同样通常存在于PET的非晶区，而ωCH2－反式通常存在于PET的晶区。随着测定温度升高，ωCH2－左右式和 ωCH2－反式的红外吸收频率和峰型不变，但吸收强度有所下降。

2.5 PET苯环C—H弯曲振动模式的红外光谱

PET苯环C—H弯曲振动模式的红外光谱见图4。

图4 PET苯环C—H弯曲振动模式红外光谱(1 050～700 cm－1)

1 050～700 cm－1范围内的红外吸收峰主要归属于PET的苯环C—H弯曲振动模式(图4a)。其中位于1 017 cm－1处的红外吸收峰归属于PET的苯环 C—H 面内弯曲振动模式(δCH)［3－4］;而873，723 cm－1处的红外吸收峰则归属于PET的苯环 C—H 面外弯曲振动模式(γCH)［3－4］;进一步研究二阶导数红外光谱(图4b)和四阶导数红外光谱(图4c)，则得到同样的信息。随着测定温度升高，PET的 δCH和 γCH的红外吸收频率和峰型不变，但吸收强度略有所下降。

3 结论

在303～393 K温度范围内，分别采用变温ATR－FTIR红外技术，测定PET的一维红外光谱、二阶导数红外光谱和四阶导数红外光谱。研究发现，PET 主要存在 νC＝O，νC＝C，δCH2，ωCH2，δCH和γCH等6种红外吸收模式;进一步考察了温度对于PET分子结构的影响。本研究拓展了变温ATR－FTIR技术在PET热变性的研究方面的研究范围，具有重要的理论研究价值。

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