聚二甲基硅氧烷变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱研究

于宏伟，杜林楠，王鑫洁，刘 磊，李乐泰，侯腾硕，吴 贤

（石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035）

聚二甲基硅氧烷变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱研究

于宏伟，杜林楠，王鑫洁，刘 磊，李乐泰，侯腾硕，吴 贤

（石家庄学院 化工学院，河北 石家庄 050035）

采用变温傅里叶变换衰减全反射红外光谱技术（ATR-FTIR），分别研究了聚二甲基硅氧烷的红外光谱。实验发现，在 4 000～600 cm-1区域，聚二甲基硅氧烷主要存在着甲基伸缩振动模式（νCH3）、甲基变形振动模式（δCH3）、硅 -氧键伸缩振动模式（νSi—O）、甲基摇摆振动模式（ρCH3）和硅-碳键伸缩振动式（νSi—C）等。进一步考察温度变化对于聚二甲基硅氧烷结构的影响，研究发现，在 303～393 K温度范围内，聚二甲基硅氧烷具有良好的热稳定性。

傅里叶变换衰减全反射红外光谱；聚二甲基硅氧烷；热稳定性

聚二甲基硅氧烷（也称为二甲基硅油，CAS登录号9006-65-9）是一类重要的精细化工产品，广泛用于药品、日化用品、食品及建筑等各领域中[1-4]。聚二甲基硅氧烷可在温度 -50～200℃ 下长期使用，其热稳定性是人们所关注的热点，而相关研究却少见报道。衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）结合变温附件，可以方便快捷地测定不同温度下聚二甲基硅氧烷的红外光谱[5-10]。

因此，本文以市售的聚二甲基硅氧烷为研究对象，在303～393 K温度范围内，通过变温ATR-FTIR红外技术[11-14]，分别研究了聚二甲基硅氧烷的红外光谱（包括：一维红外光谱、二阶导数红外光谱、四阶导数红外光谱及去卷积红外光谱），并进一步考察了温度变化对于聚二甲基硅氧烷分子结构的影响。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：聚二甲基硅氧烷，分析纯，天津市博迪化工有限公司。

仪器：Spectrum 100红外光谱仪，美国 PE公司；单次内反射ATR-FTIR变温附件，英国Specac公司。

1.2 方法

每次实验以大气为背景，分辨率 4 cm-1，每次对于信号进行8次扫描累加，测定波数范围4 000～600 cm-1，测定温度范围303～393 K，变温步长10 K。

2 结果与讨论

在波数3 000～600 cm-1区域分别研究了聚二甲基硅氧烷的红外光谱，结果如图 1所示。

由图1可知，聚二甲基硅氧烷主要存在着CH3伸缩振动模式（νCH3）、CH3变形振动模式（δCH3）、Si—O伸缩振动模式（νSi-O）、CH3摇摆振动模式（ρCH3）和 Si—C伸缩振动模式（νSi-C）等5种红外吸收模式；本文通过变温ATR-FTIR红外技术，以聚二甲基硅氧烷上述5种红外吸收模式为主要研究对象，进一步开展温度变化对于聚二甲基硅氧烷分子结构影响的研究。

2.1 聚二甲基硅氧烷的红外光谱研究

2.1.1 聚二甲基硅氧烷CH3伸缩振动模式的红外光谱研究

聚二甲基硅氧烷CH3伸缩振动模式的红外光谱研究结果如图2所示。

在波数3 000～2 800 cm-1区域研究了聚二甲基硅氧烷的一维红外光谱[图 2（a）]，其中 2 963 cm-1处较强的红外吸收峰归属于聚二甲基硅氧烷CH3不对称伸缩振动模式（νasCH3）；2 906 cm-1处较弱的红外吸收峰则归属于聚二甲基硅氧烷CH3对称伸缩振动模式（νsCH3）。而进一步研究了该范围内聚二甲基硅氧烷的二阶、四阶及去卷积红外光谱[图2（b）、2（c）和 2（d）]，在 2 963 cm-1和 2 906 cm-1处同样发现了聚二甲基硅氧烷的νasCH3和νsCH3。

图1 聚二甲基硅氧烷的红外光谱（3 000～600 cm-1）

图2 聚二甲基硅氧烷νCH3的红外光谱（3 000～2 800 cm-1）

2.1.2 聚二甲基硅氧烷CH3变形振动模式的红外光谱研究

聚二甲基硅氧烷CH3变形振动模式的红外光谱研究结果如图3所示。

图3 聚二甲基硅氧烷δCH3的红外光谱（1 300～1 200 cm-1）

在波数1 300～1 200 cm-1区域研究了聚二甲基硅氧烷的一维红外光谱[图 3（a）]，其中1 257 cm-1处的红外吸收峰归属于聚二甲基硅氧烷CH3变形振动模式（δCH3）。而进一步研究了该范围内聚二甲基硅氧烷的二阶、四阶导数及去卷积红外光谱[图3（b）、3（c）和 3（d）]，其分辨能力并没有明显的提高，在1 257 cm-1处同样发现了一个较强的红外吸收峰，归属于聚二甲基硅氧烷δCH3。

2.1.3 聚二甲基硅氧烷Si—O伸缩振动模式的红外光谱研究

聚二甲基硅氧烷Si—O伸缩振动模式的红外光谱研究结果如图4所示。

图4 聚二甲基硅氧烷 νSi—O的红外光谱（1 100～1 000 cm-1）

在波数1 100～1 000 cm-1区域开展了聚二甲基硅氧烷的一维红外光谱研究[图 4（a）]，其中 1 008 cm-1处的红外吸收峰归属于聚二甲基硅氧烷的Si—O的伸缩振动模式（νSi—O），研究相应的二阶和四阶导数红外光谱[图 4（b）和 4（c）]，得到了同样的信息。 而去卷积红外光谱[图4（d）]的分辨能力则进一步提高，其中在 1 008 cm-1和 1 011 cm-1处分别发现2个红外吸收峰归属于 νSi—O。

2.1.4 聚二甲基硅氧烷CH3摇摆振动模式的红外光谱研究

聚二甲基硅氧烷CH3摇摆振动模式的红外光谱研究结果如图5所示。

波数900～850 cm-1区域的红外吸收峰，主要归属于聚二甲基硅氧烷CH3摇摆振动模式（ρCH3）。但由于分辨能力较低，一维红外光谱并不能提供有效的红外光谱信息[图5（a）]。而相应的二阶、四阶及去卷积红外光谱[图 5（b）、5（c）和 5（d）]的分辨能力则大大提高，在860 cm-1处发现清晰的红外吸收峰，归属于聚二甲基硅氧烷ρCH3。

图5 聚二甲基硅氧烷ρCH3的红外光谱（900～850 cm-1）

2.1.5 聚二甲基硅氧烷Si—C伸缩振动模式的红外光谱研究

聚二甲基硅氧烷Si—C伸缩振动模式的红外光谱研究结果如图6所示。

图6 聚二甲基硅氧烷νSi—C的红外光谱（820～750 cm-1）

在波数820～750 cm-1区域，最后研究了聚二甲基硅氧烷 Si—C 伸缩振动模式（νSi—C）的一维红外光谱[图6（a）]，其中785 cm-1处的红外吸收峰归属于聚二甲基硅氧烷的νSi—C。聚二甲基硅氧烷的二阶[图6（b）]和四阶导数红外光谱[图6（c）]则得到了同样的信息。进一步研究聚二甲基硅氧烷的去卷积红外光谱[图6（d）]发现，其分辨能力进一步提高，在784 cm-1和787 cm-1附近分别发现2个红外吸收峰，归属于νSi—C。

2.2 聚二甲基硅氧烷变温红外光谱研究

由于聚二甲基硅氧烷去卷积红外光谱的分辨能力要优于相应的一维、二阶和四阶导数红外光谱。因此本文主要以聚二甲基硅氧烷去卷积红外光谱数据为研究对象，来进一步考察温度变化对聚二甲基硅氧烷主要官能团吸收强度及频率的影响，相关数据见表1。

表1 聚二甲基硅氧烷变温去卷积红外光谱数据

由表 1可知，随着测定温度的升高，聚二甲基硅氧烷νsCH3红外吸收频率向低波数方向移动，降低了1个cm-1，而聚二甲基硅氧烷νSi—C-1对应的红外吸收频率向高波数方向移动，增加了1个cm-1，聚二甲基硅氧烷δCH3对应的红外吸收频率向高波数方向移动，增加了 2 个 cm-1，而聚二甲基硅氧烷 νasCH3，νSi—O-1，νSi—O-2，ρCH3和 νSi—C-2对应的红外吸收频率并不随温度变化。随着测定温度的升高，聚二甲基硅氧烷主要官能团（包括：νasCH3，νsCH3，δCH3，νSi—O-1，νSi—O-2，ρCH3，νSi—C-1和 νSi—C-2）对应的红外吸收强度均略有所下降。这说明在303～393 K温度范围内，聚二甲基硅氧烷具有良好的热稳定性，其化学结构并没有发生明显改变。

3 结论

采用傅里叶变换衰减全反射红外光谱，分别研究了聚二甲基硅氧烷的一维红外光谱、二阶导数红外光谱、四阶导数红外光谱和去卷积红外光谱。研究发现：聚二甲基硅氧烷主要存在着 νCH3、δCH3、νSi—O、ρCH3和 νSi—C等5种红外吸收模式，在测定温度范围内（303～393 K），聚二甲基硅氧烷具有良好的热稳定性。本项研究拓展了ATR-FTIR技术在聚二甲基硅氧烷热变性方面的研究范围，具有重要的理论参考价值。

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2017年浙江省造纸行业技术交流会在国家造纸化学品工程技术研究中心成功举办

2017年浙江省造纸行业技术交流会于11月2日至3日在国家造纸化学品工程技术研究中心（以下简称“国家中心”）成功举办。本次会议由浙江省造纸学会、浙江省造纸行业协会主办，国家中心承办，杭州华旺新材料科技股份有限公司协办。学会和协会负责人、省内造纸行业的企业家、工程技术管理人员、相关科研院校、设备和技术服务单位以及上下游行业代表共100余人参加了本次盛会。

技术交流会由省造纸学会副理事长兼秘书长陆文荣主持。会上，省造纸学会理事长胡开堂首先代表主办方致开幕辞，并分享了今年本省造纸产业面临的形势及对策。随后，国家中心主任、杭州市化工研究院院长姚献平重点介绍了国家中心的建设情况及主要研究开发工作，并表示真诚期待能与浙江省造纸学会、协会以及各企事业单位进行广泛深入的战略合作，希望通过合作推进全面造纸化学品管理 （TCM），为造纸企业在提高产品质量、改善纸机运行效率、节能减排、降低成本、开发功能新产品等多方面带来成效。

本次会议还邀请了省内造纸及相关行业的知名专家和技术管理人员分享了不同主题的精彩报告。浙江科技学院魏培莲博士、浙江理工大学唐艳军教授、华章科技股份有限公司李宝良经理、杭州楚天科技有限公司邵颂晶工程师分别作了题为《废纸再生过程中臭气产生的生物学机理与治理对策》、《纳米微晶纤维素可控制备及其在功能薄膜中的应用》、《造纸固废处置解决方案》、《关于纸业烘缸废气治理的探讨》的专题技术报告。

会议期间，嘉宾们参观了国家中心的展厅和实验室，对国家中心的建设和发展给予了高度的肯定。

杭州纸友科技有限公司一项发明专利获浙江省发明专利优秀奖

日前，浙江省科技厅公布了2017年度浙江省专利奖获奖项目，杭州纸友科技有限公司的一项发明专利“一种抗干扰型再生纸增强剂的制造方法”获得浙江省发明专利优秀奖。

该发明专利的原理是抗干扰型再生纸专用增强剂同时含有阴、阳离子取代基和增效基团，其中阳离子取代基能吸附废纸浆中的杂阴离子物质，并对本身的阴离子基团起保护作用，反之亦然，而且产品电性基本平衡，使造纸体系电位不会发生明显变化，阴阳离子产生协同效应，提高应用效果；增强剂中的抗干扰剂能进一步消除废纸浆体系中存在的杂化学物质干扰，强化应用效果，使增强效果更明显。这种阴、阳离子互补效应加上与抗干扰剂的配合，是本项发明的技术关键。

此外，这一发明中还首创了具有世界先进水平的连续流态管道化清洁制造工艺，彻底解决了产品高能耗、高污染的技术难题，在单位投资、能耗、废水排放及生产成本等方面有着显著的竞争优势。

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.04.006

2017-07-26

石家庄市科学技术研究与发展计划课题（171501232A），石家庄学院2017年度校级大学生创新创业训练计划项目（SCXM2017013）