傅里叶变换衰减全反射红外光谱在顺丁橡胶分析中的应用

2016-07-29丛后罗侯亚合徐彦红朱信明

橡胶科技 2016年5期

丛后罗，侯亚合，徐彦红，孙鹏，朱信明，郑杰

（1.徐州工业职业技术学院江苏省废旧橡胶循环利用工程研发中心，江苏徐州 221140；2.徐州盛鑫橡胶制品有限公司，江苏徐州 221140）

傅里叶变换红外光谱（FTIR）是有机化合物和高分子聚合物定性分析和结构分析的重要手段，其在有机物纯度分析、有机官能团鉴定、未知高聚物鉴定、聚合物结构分析、共聚物组成分析、异构体判别等方面广泛应用[1-2]。随着FTIR及计算机技术在化学领域的应用拓展，傅里叶变换衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）已应用于产品质量检测、材料分析和刑事侦查等领域，并取得了一定进展[2-3]。与FTIR法相比，ATR-FTIR法具有制样简单、测试方便和快捷的特点[4]。ATR-FTIR法在高分子材料定性分析中起到了很重要的作用。C.Q.Luo等[5]用含氟化合物对医用丁基橡胶进行表面改性，采用ATR-FTIR有效研究了改性材料的表面结构，并对其进行了科学表征。J.X.Chen等[6]对聚苯乙烯-聚二甲基硅氧烷共聚物与聚苯乙烯的共混物进行了ATR-FTIR定量分析。但是目前用ATR-FTIR法分析橡胶结构和成分的研究报道很少。

本工作利用ATR-FTIR分析顺丁橡胶（BR）生胶和硫化胶，得到了多个BR的特征谱，可为材料分析与鉴别提供依据。

1 实验

1.1 主要原材料

BR，牌号9000，中国石化北京燕山石化公司产品。

1.2 试验配方

BR 100，氧化锌 40，硬脂酸 2，防老剂A 1.5，硫黄 2，促进剂M 1.4。

硫化条件为150 ℃/10 MPa×15 min。

1.3 主要设备与仪器

XK-160型开炼机和QLB-25型平板硫化机，无锡第一橡胶机械设备厂产品；M2000型无转子硫化仪，中国台湾高铁科技股份有限公司产品；NicoletiS50型FTIR仪，配备一体化衰减全反射（ATR）检测模块，美国Thermo Fisher公司产品。

1.4 ATR-FTIR测试

用ATR-FTIR扫描生胶和硫化胶的新鲜断面，扫描次数为32，扫描范围为500～4 000 cm-1。

2 结果与讨论

2.1 BR的ATR-FTIR分析

BR生胶和硫化胶的ATR-FTIR谱分别如图1和2所示。从图1可以看出：波数3 006 cm-1处的明显特征吸收峰是C＝C键的伸缩振动吸收峰；波数2 942和1 451 cm-1处的尖锐吸收峰分别是丁二烯结构单元中亚甲基（—CH2—）的C—H键伸缩振动吸收峰和弯曲振动吸收峰；波数1 656 cm-1处的吸收峰是顺式-1，4-丁二烯结构单元中C＝C键的伸缩振动吸收峰；波数912 cm-1处的吸收峰为顺式-1，4-丁二烯结构单元中C—H键的伸缩振动吸收峰；波数737 cm-1处的吸收峰是顺式-1，4-丁二烯重复结构单元—CH2—CH2—的摇摆振动吸收峰。

图1 BR生胶的ATR-FTIR谱

综上所述，ATR-FTIR谱可以有效表征BR的特征吸收峰，为胶种鉴别和分析提供重要依据。

从图2可以看出：在波数3 006，2 918，1 654，1 451，912和737 cm-1处出现了BR的特征吸收峰；与BR生胶的ATR-FTIR谱相比，波数3 006 cm-1处的C＝C键伸缩振动吸收峰强度减弱，这说明BR硫化胶中的C＝C键数量减小；波数2 918 cm-1处的C—H键伸缩振动吸收峰强度增大，这也说明了BR硫化胶结构中的C＝C键数量减小，但是硫化过程中C＝C键数量减小幅度通过ATR-FTIR尚不能确定；在波数699 cm-1处出现的尖锐特征吸收峰是S—C键的伸缩振动吸收峰，这进一步说明硫化过程中胶料结构中产生了S—C键，因此通过ATRFTIR可以明显区别生胶与硫化胶，推断体系中可能存在一定量的S—S键，但是S—S键的特征吸收峰对应的波数小于500 cm-1，超出了仪器的测试范围。

图2 BR硫化胶的ATR-FTIR谱

2.2 填充白炭黑BR硫化胶的ATR-FTIR分析

未填充白炭黑和填充白炭黑的BR硫化胶的ATR-FTIR谱分别如图3和4所示。从图3和4可以看出：两个ATR-FTIR谱中都有BR硫化胶的结构特征吸收峰；填充白炭黑的BR硫化胶在波数1 104 cm-1处出现了强烈的吸收峰，该特征吸收峰为白炭黑中Si—O键的伸缩振动吸收峰。因此，通过ATRFTIR可以有效判别硫化胶中是否含有白炭黑。