红外光谱法测定聚烯烃中抗氧剂1010的含量

郑秋闿， 范晶晶

(潍坊学院 a.化学化工与环境工程学院;b.生物与农业工程学院，山东潍坊261061)

0 引言

聚烯烃是由简单的烯烃小分子经过加聚反应后形成的高分子化合物，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)都属于常见的聚烯烃。聚烯烃具有原料丰富易得、价格便宜、易加工成型等优点，广泛应用在不同的领域。虽然聚烯烃有优良的综合性能，但在加工、存放、使用等过程中，会受到氧气、紫外光、辐射、机械应力等作用的影响，聚烯烃分子中的长链极易老化断裂，导致聚烯烃制品变形、变色、机械性能下降，失去原有的应用价值［1］。为了抑制和减缓聚烯烃氧化降解速度，增加聚烯烃制品的使用寿命，最有效最常用的方法就是加入抗氧剂［2～7］。抗氧剂Irganox 1010是一种常用于聚烯烃的受阻酚类通用性抗氧剂，挥发度小，热稳定性高，不易着色，无毒，耐抽提性好，抗氧化效果显著、持久，可明显地提高聚烯烃产品的使用寿命。

定量测定聚烯烃中抗氧剂的含量是监控聚烯烃产品质量的重要方面。目前，测定聚烯烃中添加剂含量的方法主要有色谱法、核磁共振波谱法、质谱法等［8～15］，这些分析手段大多存在测试周期长、成本高、无法实现在线检测等问题。傅里叶变换红外光谱法(FTIR)定量分析技术具有样品易制备、分析结果准确、迅速、灵敏等优点。本研究建立了采用FTIR定量检测PP、PE中抗氧剂1010含量的分析方法，对聚烯烃质量的监控和研究抗氧剂在聚烯烃中的迁移性有重要意义。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

傅里叶变换红外光谱仪，FTIR-650型，天津港东科技发展股份有限公司;PP粉料，茂名实华东成化工有限公司;PE粉料，潍坊亚星湖石化工有限公司;抗氧剂1010，汽巴精化(上海)有限公司。

1.2 试样的制备

为制备得到抗氧剂含量均一的聚烯烃样品，先将抗氧剂1010配制成质量分数为1%的溶液，再分别添加到PE、PP粉料中，经过充分的搅拌混合后，在160℃的热台上压制成1 mm厚度的样片。PE、PP样片中抗氧剂 1010的质量分数分别为 0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，每种样品制备 3 个平行样，用FTIR采集谱图。

2 结果与讨论

2.1 抗氧剂1010特征峰的分析与确定

分别对抗氧剂1010、PP、PE及添加了抗氧剂1010的PP、PE样片进行 FTIR谱图分析，如图1、2所示。在抗氧剂1010的IR谱图中，较强的单一吸收峰出现在1 744 cm－1处，是C=O的特征吸收峰，附近没有其他的吸收峰，而且在PP、PE的IR谱图中，1 744 cm－1处几乎没有吸收峰出现，因此选取抗氧剂1010在1 744 cm－1处的吸收峰作为定量分析的特征分析峰。

图1 PP、1010和PP+1010的IR谱图

图2 PE、1010和PE+1010的IR谱图

PP样品的IR图谱中，在3 000～2 800 cm－1有一系列强吸收，这是C—H不对称伸缩振动的吸收峰，1 647 cm－1为 C=C 伸缩振动吸收峰，1 466 cm－1处为亚甲基和甲基弯曲振动吸收峰，1 370 cm－1处的谱带为PP支化结构中的甲基的吸收峰，1 165 cm－1为甲基面振动吸收峰，在720 cm－1处是亚甲基面内摇摆振动吸收峰，经过对比选取1 165 cm－1为PP定量分析峰。

PE样品的IR图谱与PP样品类似，在3 100～2 700 cm－1的强吸收是C—H不对称伸缩振动的吸收峰，1 469 cm－1处为亚甲基和甲基弯曲振动吸收峰，1 375 cm－1处的谱带为PE支化结构中的甲基的吸收峰，在723 cm－1处是亚甲基面内摇摆振动吸收峰。选择723 cm－1为PE定量分析峰。

2.2 标准曲线的绘制

2.2.1 PP中抗氧剂1010的标准曲线

将添加了抗氧剂1010质量分数为0～0.5%的PP样片进行FTIR分析，所得1 744 cm－1处的特征吸收峰强度与添加含量的关系见图3。

图3 PP中抗氧剂1010的特征吸收峰强度与含量的关系

为了消除PP样品的厚度差异对抗氧剂1010特征峰面积产生的影响，将抗氧剂1010特征峰面积A1(1 744 cm－1)与PP特征峰面积A2(1 165 cm－1)之比为纵坐标，1010添加含量为横坐标建立起标准曲线，见图4。

由图4可以看到，在实验选取的范围内，A1/A2随着抗氧剂1010含量的增加而逐渐增大，呈正比的关系，符合朗伯-比尔定律。由图4可以得到标准曲线的线性回归方程:y=0.042 48+0.313 76x，标准曲线的相关系数为0.999 39。说明所制得的标准曲线拥有很高的线性相关性，可以应用于PP试样中抗氧剂1010含量的定量检测。

图4 PP中抗氧剂1010的标准曲线

2.2.2 PE中抗氧剂1010的标准曲线

按照相同方法将添加了抗氧剂1010质量分数为0～0.5%的PE样片进行FTIR分析，所得1 744 cm－1处的特征吸收峰强度与添加含量的关系见图5。

图5 PP中抗氧剂1010的特征吸收峰强度与含量的关系

为了消除PE样品的厚度差异对抗氧剂1010特征峰面积产生的影响，将抗氧剂1010特征峰面积A1(1 744 cm－1)与PE特征峰面积A2(723 cm－1)之比为纵坐标，1010添加含量为横坐标建立起标准曲线，结果见图6。

图6 PE中抗氧剂1010的标准曲线

由图6可以看到，在实验选取的范围内，A1/A2随着抗氧剂1010含量的增加而逐渐增大，呈正比的关系，符合朗伯-比尔定律。由图6可以得到标准曲线的线性回归方程:y= －5.122 36 ×10－4+0.214 16x，标准曲线的相关系数为0.988 87，说明所制得的标准曲线有较高的线性相关性，可以应用于PE试样中抗氧剂1010含量的定量检测。

2.3 测定结果精密度和准确性的验证

为了验证所建立检测方法的精密度，将抗氧剂1010质量分数为0.4%的PP样品和质量分数为0.1%的PE样品，在同一条件下分别经FTIR连续测量5次，用标准曲线计算PP、PE中抗氧剂1010的含量，得出的结果见表1。根据表1可以看出，相对误差最大为3.50%，证明该方法的测量结果重现性较好，可以满足实际生产中的分析测定要求。

表1 抗氧剂1010测定结果精密度的验证结果

为了验证所建立检测方法的准确性，按照相同方法分别制作抗氧剂1010质量分数为0.05%、0.15%、0.25%、0.35%、0.45% 的 PP、PE 试样，经过 FTIR 测量分析后，用标准曲线计算PP、PE中抗氧剂1010的含量，所得结果见表2。由表2可得，用这种方法测定PP、PE中抗氧剂1010含量的相对误差均小于5%，测定结果准确可靠。

表2 抗氧剂1010测定结果准确性的验证结果

3 结语

本文建立了一种用FTIR定量分析PP、PE中抗氧剂1010的含量的方法。经过对比分析选取1 744 cm－1处的吸收峰做为抗氧剂1010的定量分析峰。抗氧剂1010在PP、PE中标准曲线的线性回归方程分别为y=0.042 48+0.313 76x和y= －5.122 36 ×10－4+0.214 16x，相关系数分别为 0.999 39 和 0.988 87。将抗氧剂1010特征峰面积与聚烯烃的特征峰面积之比而不是抗氧剂特征峰面积作为测定参数，绘制标准曲线，消除了样品厚度的差异对抗氧剂特征峰面积产生的影响，使得不同厚度的样品可以直接进行抗氧剂含量的比较。该方法样品用量少，对于片状、膜状样品可以免加工直接检测，测定结果重现性好，准确可靠，能够满足实际生产中分析测定的要求，特别适合用于分析抗氧剂在聚烯烃中的迁移性和生产过程中产品质量的监控。