鸭绒变温红外光谱研究

刘子玮，姜顺子，甄 欢，陈丽云，刘晓宛，申 澳，王 琪，于宏伟

(石家庄学院，化工学院，河北 石家庄 050035)

鸭绒与棉花、羊毛、蚕丝并列四大天然保暖材料，因其保暖性佳及良好的吸湿透气性能，而被广泛应用于纺织工业各个领域中[1-3]。热稳定性是鸭绒纺织加工的重要参数，过热的加工温度会破坏鸭绒的表面结构，进一步影响其使用效果，而相关研究却未见报道。变温红外光谱技术广泛应用于纤维的热稳定性研究，我们课题组在此方面做了大量应用研究工作[4-5]。因此本文以鸭绒为研究对象，采用变温红外光谱技术(包括：变温一维红外光谱和变温二阶导数红外光谱)开展了鸭绒的热稳定性研究，为鸭绒的科学纺织加工提供了重要的技术参数。

1 实验

1.1 材料

鸭绒(愚乐羽绒服石家庄代理商友情提供)。

1.2 仪器

红外光谱仪(Spectrum 100 型号，美国 PE 公司)；ATR-FTIR 附件(Golden Gate 型号，英国 Specac 公司)；ATR-FTIR 变温控件(WEST 6100+型号，英国 Specac 公司)。

1.3 方法

1.3.1 红外光谱仪操作条件

红外光谱实验以空气为背景，每次对信号进行 8 次扫描累加，测定频率范围 4000 cm-1～ 600 cm-1；测温范围 303 K ～ 393 K(变温步长 10 K)。

1.3.2 红外光谱数据获得及图形处理

红外光谱数据采用 Spectrum v 6.3.5软件。

2 结果与讨论

A 变温一维红外光谱

B 变温二阶导数红外光谱

在 4000 cm-1～ 600 cm-1频率范围内，同时开展了鸭绒的变温红外光谱的研究(图1)。研究发现：鸭绒主要官能团的特征红外吸收频率集中在 3000 cm-1～ 2800 cm-1，1700 cm-1～ 1500 cm-1和 1300 cm-1～ 1200 cm-1等三个频率区间，因此本文主要在这三个频率区间内开展了鸭绒的变温红外光谱研究。

2.1 3000 cm-1～ 2800 cm-1 频率范围内鸭绒变温红外光谱研究

A 变温一维红外光谱

B 变温二阶导数红外光谱

首先开展了鸭绒的变温一维红外光谱研究(图 2A)。根据文献报道[6-9]2961 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于 CH3不对称伸缩振动模式(νasCH3)，2877 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰则归属于 CH3对称伸缩振动模式(νsCH3)，随着测定温度的升高，鸭绒 νasCH3对应的红外吸收频率红移至 2960 cm-1(393 K)，而鸭绒 νsCH3对应的红外吸收频率没有变化。随着测定温度的升高，鸭绒 νasCH3和νsCH3对应的红外吸收强度进一步增加。进一步开展了鸭绒的变温二阶导数红外光谱研究(图 2B)，其谱图分辨能力有了显著的提高。其中 2962 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于 νasCH3，2919 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于 CH2不对称伸缩振动模式(νasCH2)，2874 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于 νsCH3，而2851 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰则归属于 CH2对称伸缩振动模式(νsCH2)。随着测定温度的升高，鸭绒 νsCH3对应的红外吸收频率蓝移至 2877 cm-1(393 K)频率，而鸭绒 νasCH2对应的红外吸收频率蓝移至 2926 cm-1(393 K)频率；鸭绒 νsCH2对应的红外吸收频率蓝移至 2854 cm-1(393 K)频率，而鸭绒 νasCH3对应的红外吸收频率则没有明显的变化。随着测定温度的升高，鸭绒 νasCH3，νasCH2和 νsCH3对应的红外吸收强度增加，而鸭绒 νsCH2对应的红外吸收强度降低，相关红外光谱数据见表 1。

2.2 1700 cm-1～ 1500 cm-1 频率范围内鸭绒变温红外光谱研究

A 变温一维红外光谱(1700cm-1～1500cm-1)

B 变温二阶导数红外光谱(1700cm-1～1500cm-1)

在1700cm-1～1500cm-1频率范围内，研究了鸭绒的变温一维红外光谱(图3A)。其中1627cm-1频率处(303K)的红外吸收峰归属于酰胺Ⅰ带的红外吸收模式(νamide-Ⅰ)，而1515cm-1频率处(303K)的红外吸收峰归属于酰胺Ⅱ带的红外吸收模式(νamide-Ⅱ)；随着测定温度的升高，鸭绒νamide-Ⅰ对应的红外吸收频率蓝移至1631cm-1频率处(393K)，而νamide-Ⅱ对应的红外吸收频率红移至1513cm-1频率处(393K)。随着测定温度的升高，鸭绒νamide-Ⅰ和νamide-Ⅱ对应的红外吸收强度增加。进一步研究了鸭绒的变温二阶导数红外光谱(图3B)，其分辨能力有了显著的提高，研究发现。303K下，在1680cm-1～1630cm-1的频率范围内，鸭绒νamide-Ⅰ对应的红外吸收频率包括：1683cm-1(νamide-Ⅰ-1)，1660cm-1(νamide-Ⅰ-3)，1653cm-1(νamide-Ⅰ-4)和1631cm-1(νamide-Ⅰ-5)。随着测定温度的升高，鸭绒在1670cm-1(νamide-Ⅰ-2)和1627cm-1(νamide-Ⅰ-6)频率处出现了两个新的红外吸收峰，而鸭绒νamide-Ⅰ-3和νamide-Ⅰ-5对应的红外吸收频率出现了蓝移现象，鸭绒νamide-Ⅰ-4对应的红外吸收频率出现了红移现象，而鸭绒νamide-Ⅰ-1对应的红外吸收频率没有改变；随着测定温度的升高，鸭绒νamide-Ⅰ-1，νamide-Ⅰ-3，νamide-Ⅰ-4和νamide-Ⅰ-5对应的红外吸收强度均有所增加。303K下，在1570cm-1～1510cm-1的频率范围内，鸭绒νamide-Ⅱ的对应的红外吸收频率包括：1566cm-1(νamide-Ⅱ-1)，1555cm-1(νamide-Ⅱ-2)，1539cm-1(νamide-Ⅱ-3)和1512cm-1(νamide-Ⅱ-4)。随着测定温度的升高，鸭绒νamide-Ⅱ所对应的红外吸收频率(νamide-Ⅱ-1、νamide-Ⅱ-2、νamide-Ⅱ-3和νamide-Ⅱ-4)均出现了明显的蓝移现象。随着测定温度的升高，鸭绒νamide-Ⅱ-2，νamide-Ⅱ-3和νamide-Ⅱ-4对应的红外吸收强度增加，而鸭绒νamide-Ⅱ-1对应的红外吸收强度降低。相关红外光谱数据见表1。

2.3 1300cm-1～ 1200 cm-1 频率范围内鸭绒变温红外光谱研究

A 变温一维红外光谱

B 变温二阶导数红外光谱

在 1300 cm-1～ 1200 cm-1频率范围内，研究了鸭绒的变温一维红外光谱(图 4A)。其中 1233 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于酰胺 Ⅲ 带的红外吸收模式(νamide-Ⅲ)，而随着测定温度的升高，鸭绒 νamide-Ⅲ对应的红外吸收频率红移至 1226 cm-1频率处(393 K)，而对应的红外吸收强度进一步增加。而进一步研究了鸭绒的变温二阶导数红外光谱(图 4B)，其谱图分辨能力有了一定的提高。其中 1233 cm-1频率处(303 K)的红外吸收峰归属于酰胺 Ⅲ 带的红外吸收模式(νamide-Ⅲ)，随着测定温度的升高，νamide-Ⅲ对应的红外吸收频率红移至 1224 cm-1频率处(393 K)，对应的红外吸收强度进一步增加相关红外光谱数据见下页表 1。

表1 鸭绒变温二阶导数红外光谱

注：↓ 代表随着测定温度的增加，鸭绒有机官能团对应的红外吸收强度降低。↑ 代表随着测定温度的增加，鸭绒有机官能团对应的红外吸收强度增加。→ 代表随着测定温度的增加，鸭绒有机官能团对应的红外吸收强度基本保持不变。

由于鸭绒变温二阶导数红外光谱的分辨能力要优于相应的变温一维红外光谱，因此我们以鸭绒的变温二阶导数红外光谱为主要研究对象(表 1)开展了鸭绒的热稳定性研究。通过研究表 1 数据可知，在 303 K ～ 393 K 的测试温度范围内，鸭绒的热稳定性较差，随着测定温度的升高，鸭绒主要官能团对应的红外吸收频率，峰型及强度均发生了明显的变化。这主要是因为鸭绒表面富含油脂，随着测定温度的升高，会加速表面油脂的氧化。此外，鸭绒主要是由蛋白质组成，过高的加热温度，同样会破坏鸭绒中蛋白质的微观结构。

3 结论

在 3000 cm-1～ 2800 cm-1，1700 cm-1～ 1500 cm-1和 1300 cm-1～ 1200 cm-1等三个频率区间内：鸭绒同时存在着：νasCH3、νsCH3、νasCH2、νsCH2、νamide-Ⅰ、νamide-Ⅱ和νamide-Ⅲ等七种红外吸收模式。研究发现，在 303 K ～ 393 K 的测试温度范围内，鸭绒的热稳定性较差，并进一步研究了其热变机理。

参考文献

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