氟橡胶的红外光谱研究

2020-04-17马思怡李吉纳陈新乐郭雪纯于宏伟

有机氟工业 2020年1期

王欣马思怡李吉纳陈新乐郭雪纯于宏伟

(石家庄学院化工学院，河北石家庄 050035)

0 前言

氟橡胶(FKM)是指主链或侧链的碳原子上含有氟原子的合成高分子弹性体。氟原子的引入，赋予橡胶优异的抗氧化性、耐热性、耐油性和耐腐蚀性。氟橡胶在武器工业、汽车工业、基础医学和电气工程等领域有着广泛的应用[1-4]。氟橡胶的优异性能与其特殊结构有关。红外(IR)光谱法广泛应用在高分子的结构研究领域[5-9]，但氟橡胶的IR光谱研究少见报道。因此，以市售氟橡胶为研究对象，对其相关IR光谱进行了研究，为氟橡胶的结构及应用研究提供了有意义的科学借鉴。

1 试验部分

1.1 试验材料

氟橡胶 O 圈，河北一品制药股份有限公司。

1.2 试验仪器

Spectrum 100 型红外光谱仪，美国 PE 公司；Golden Gate 型 ATR-FTIR 变温附件，英国 Specac 公司。

1.3 试验方法

以空气为背景，对于信号进行 8 次扫描累加。氟橡胶的IR 光谱数据来源于 PE 公司 Spectrum v 6.3.5 操作软件。

2 结果与讨论

在4 000 ～ 600 cm-1频率范围内，研究了氟橡胶的一维IR光谱、二阶导数IR光谱、四阶导数IR光谱和去卷积IR光谱，相应的IR谱图分别见图1(A)、图1(B)、图1(C)和图1(D)。

A 一维IR光谱

B 二阶导数IR光谱

C 四阶导数IR光谱

D 去卷积IR光谱

图1氟橡胶的IR光谱(303 K)

2.1 氟橡胶的一维IR光谱

采用一维IR光谱对氟橡胶的结构进行了研究，相应的IR谱图见图2。

图2 氟橡胶的一维IR光谱(303 K)

图2中，2 922.00 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯(PVDF)中 CH2的不对称伸缩振动模式(νasCH2-一维-PVDF)，2 852.14 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CH2的对称伸缩振动模式(νsCH2-一维-PVDF)，1 427.55 cm-1(δCH2-1-一维-PVDF)和 1 396.37 cm-1(δCH2-2-一维-PVDF)频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CH2的弯曲振动模式(δCH2-一维-PVDF)，其他官能团的IR光谱信息见表1。

表1 氟橡胶的一维IR光谱数据(303 K)

由表1 可知，由于氟橡胶的结构过于复杂，传统的一维IR光谱并不能提供有价值的IR光谱信息。

2.2 氟橡胶的二阶导数IR光谱

采用二阶导数IR光谱对氟橡胶的结构进行了研究，相应的IR谱图见图3。

图3氟橡胶的二阶导数IR光谱(303 K)

图3中，2 920.56 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中 CH2的不对称伸缩振动模式(νasCH2-二阶导数-PVDF)，2 851.50 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CH2的对称伸缩振动模式(νsCH2-二阶导数-PVDF)，1 428.27 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CH2的弯曲振动模式(δCH2-二阶导数-PVDF)，1 204.13 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏聚氟乙烯中CF2的不对称伸缩振动模式(νasCF2-二阶导数-PVDF)，1 063.84 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CF2的对称伸缩振动模式(νsCF2-二阶导数-PVDF)，1 278.20 cm-1(νsCFCl-1-二阶导数-PCTFE)和 968.66 cm-1(νsCFCl-2-二阶导数-PCTFE)频率处的吸收峰归属于聚三氟氯乙烯中CFCl的吸收模式(νsCFCl-二阶导数-PCTFE)，其他官能团的吸收频率见表2。

表2 氟橡胶的二阶导数IR光谱数据(303 K)

由表2 可知，氟橡胶的二阶导数IR光谱的谱图分辨能力要优于传统的一维IR光谱。

2.3 氟橡胶的四阶导数IR光谱

采用四阶导数IR光谱开展了氟橡胶的结构研究，相应的IR谱图见图4。

图4氟橡胶的四阶导数IR光谱(303 K)

图4中，1 426.41 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CH2的弯曲振动模式(δCH2-四阶导数-PVDF)；1 159.83 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CF2的对称伸缩振动模式(νsCF2-四阶导数-PVDF)，其他官能团的吸收频率见表3。

表3 氟橡胶的四阶导数IR光谱数据(303 K)

由表3 可知，氟橡胶的四阶导数IR光谱并不能有效增加原谱图的分辨能力。

2.4 氟橡胶的去卷积IR光谱

采用去卷积IR光谱开展了氟橡胶的结构研究，相应的IR谱图见图5。

图5 氟橡胶的去卷积IR光谱(303 K)

图5中，2 919.27 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CH2的不对称伸缩振动模式(νasCH2-去卷积-PVDF)，2 850.55 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CH2的对称伸缩振动模式(νsCH2-去卷积-PVDF)，1 425.10 cm-1(δCH2-1-去卷积-PVDF)和 1 391.94 cm-1(δCH2-2-去卷积-PVDF)频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中CH2的弯曲振动模式(δCH2-去卷积-PVDF)，1 207.24 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏聚氟乙烯中CF2的不对称伸缩振动模式(νasCF2-去卷积-PVDF)，1 159.53 cm-1频率处的吸收峰归属于聚偏氟乙烯中 CF2的对称伸缩振动模式(νsCF2-去卷积-PVDF)，1 195.35 cm-1频率处的吸收峰归属于聚三氟氯乙烯中CF2的不对称伸缩振动模式(νasCF2-去卷积-PCTFE)，1 131.27 cm-1频率处的吸收峰归属于聚三氟氯乙烯中 CF2的对称伸缩振动模式(νsCF2-去卷积-PCTFE)，1 275.93 cm-1(νsCFCl-1-去卷积-PCTFE)和 971.16 cm-1(νsCFCl-2-去卷积-PCTFE)频率处的吸收峰归属于聚三氟氯乙烯中 CFCl 的吸收模式(νsCFCl-去卷积-PCTFE)，其他官能团的吸收频率见表4。