异物光谱解析⑩腈系树脂｜FTIR Blog-PerkinElmer Japan

异物光谱解析⑩腈系树脂

这次介绍腈系树脂。腈系树脂是含有腈（-R-C≡N）的树脂。最简单的腈系树脂是聚丙烯腈。聚丙烯腈的阻气性、耐药品性高，容易成形，因此主要用于医药品包装用途等。聚丙烯腈的化学结构如下。

聚乙烯的亚甲基的重复单元的侧链上附加了腈基的结构。腈基也被称为氰基，但在本博客中称为腈基。腈系树脂与其作为聚丙烯腈使用，不如作为共聚物使用。

这次首先介绍聚丙烯腈。接下来介绍丙烯腈和其他单体的共聚物丙烯腈苯乙烯树脂（AS树脂）和丙烯腈丁二烯橡胶（丁腈橡胶）。

 

■聚丙烯腈的光谱

聚丙烯腈在光谱上的辨别并不那么难。C≡N伸缩振动为2240cm-1的特征波数域作为峰值出现。在该峰值位置周边为2255cm-1异氰酸酯基（-N=C=O）或2350cm-1附近的大气中只存在二氧化碳（O=C=O），其他的主要的塑料中包含的官能团和顶峰不重叠。主要的组振动总结在图1中。


图1.聚丙烯腈的主要组振动

 

聚丙烯腈的ATR光谱如图2所示。


图2.聚丙烯腈的ATR光谱

 

光谱中可以看到C≡N伸缩的强吸收。另外，C-H变角的吸收很强这一点也是其特征。

 

■聚丙烯腈吸收峰的归属

显示聚丙烯腈的特征吸收峰波数和归属。

　2940 cm-1： CH2 反对称伸缩
　2870 cm-1： CH2对称伸缩
　2240 cm-1：C≡N伸缩
　1450 cm-1： CH2面内变角（剪刀）
　1360 cm-1：CH变角※
　1240 cm-1： CH2面外变角※※

※腈基α碳和氢的变角振动
※※准确地说是CH2齿槽与CH齿槽混合振动1)

 

■腈系树脂共聚物丁腈橡胶、AS树脂、ABS树脂

作为丙烯腈树脂的共聚物具有代表性的有丙烯腈-丁二烯橡胶（丁腈橡胶）、丙烯腈-苯乙烯树脂（AS树脂）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS树脂）等。这些是聚丙烯腈的单体丙烯腈和苯乙烯、丁二烯等的共聚物。


图3.丁腈橡胶（黑色）/AS树脂（红色）/ABS树脂（蓝色）的ATR光谱

 

哪个光谱都是2240cm-1中描述的场景，使用以下步骤创建明细表，以便在概念设计中分析体量的体积。同时，到现在为止的博客（④苯乙烯系树脂）的复习，不过，丁腈橡胶起因于丁二烯的变压器配置亚乙烯基（-CH=CH-）的965cm-1在AS树脂中，由于1取代苯环的面外变角振动而引起的695cm-1的峰值，ABS树脂中发现了这两者。

 

■腈基和异氰酸酯基、二氧化碳的判别

在异物分析中有时会看到腈基，但可能没有那么多异氰酸酯基。如果有的话，是测定聚氨酯树脂时检测出聚氨酯中未反应的异氰酸酯基的情况吗。实际上，为了确认聚氨酯树脂的质量，有时会通过ATR法分析未反应异氰酸酯基的量。
图4比较了ABS树脂的腈基（黑）和测定聚氨酯树脂得到的残留异氰酸酯的峰（红）、二氧化碳的峰（蓝）。ABS树脂和聚氨酯树脂都是市售品。


图4.ABS树脂的腈基（黑）/氨基甲酸酯树脂的残留异氰酸酯基（红）/二氧化碳（蓝）

 

腈基和异氰酸酯基

腈基和异氰酸酯基出现在比较近的位置。2240 cm-1相对于C≡N伸缩振动，异氰酸酯基为2255cm-1来修改标记元素的显示属性。两者的峰值为15cm-1距离左右，在图4中也能清楚地看到峰值位置的不同。两者是标准分辨率条件（例如4cm-1），模板名称将采用不同的格式。

腈基和二氧化碳

由于帕金埃尔默的FTIR具有出色的自动大气修正技术，因此在分析光谱时几乎可以忽略二氧化碳的吸收峰。因此，在分析本公司FTIR测定的光谱时，不需要在意二氧化碳的吸收峰，但在分析其他公司制造的FTIR测定的光谱时并不限于此。因此，图4的蓝色光谱关闭自动大气修正技术，有意取得二氧化碳的吸收光谱，与腈基的峰值进行了比较。二氧化碳的分辨率为4cm-1中描述的场景，使用以下步骤创建明细表，以便在概念设计中分析体量的体积-1附近出现两个吸收峰。与腈基的峰形状、峰位置都不同。

赠品

这次虽然没有记载数据，但是有机溶剂乙腈也有腈基，所以2250cm-1附近有吸收峰。比AS树脂或ABS树脂腈基的吸收峰高30cm-1越是向高波数侧移动，不管怎么说都会与异氰酸酯的吸收位置重叠。

 

■总结

  • 腈系树脂为2240cm-1中所述修改相应参数的值。
  • 腈橡胶、AS树脂、ABS树脂等腈树脂的共聚物，可以根据各自单体的吸收峰来判断材质。
  • 异氰酸酯和二氧化碳的吸收峰与腈基和吸收峰相近，请确认波数位置，不要弄错。

 

下次将着眼于聚氨酯树脂。敬请期待！

 

■异物光谱分析系列

随时更新！敬请期待！

①有机物？无机物？　
②聚乙烯
③聚丙烯
④苯乙烯系树脂
⑤聚氯乙烯（氯乙烯树脂）
⑥丙烯酸树脂
⑦聚酯纤维
⑧尼龙（聚酰胺）和蛋白质
⑨纤维素
⑩腈系树脂 ← Now！！
⑪聚氨酯树脂
⑫聚碳酸酯
⑬硅树脂
⑭氟树脂
⑮酰亚胺树脂
⑯环氧树脂
⑰乙烯醋酸乙烯酯树脂（EVA）
⑱聚缩醛（POM）
⑲芳香族聚醚酮（PEEK）
⑳芳香族多硫化物（PPS，PES）
㉑无机氧化物（二氧化硅、玻璃）
㉒无机氧化物（氧化铝、氧化铁）
㉓无机氧化物（氧化钛、氧化锌）
㉔无机氢氧化物
无机硅酸盐矿物（滑石、高岭土）
无机碳酸盐（碳酸钙等）
花旗无机硫酸（硫酸钡等）
沙子和土
天然橡胶·异戊二烯橡胶
㉚ SBR
㉛ NBR
㉜ EPDM

※标题和内容有变更的可能性。

 

■参考文献

1) J.M.V. Nabais et al., Materials Chemistry and Physics, 93, 100-108 (2005)

整个系列中，各峰波数的归属基于以下参考文献。
2) N.B. Colthup, Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy Third Edition
3）堀口博，红外吸光图说总览

 

 

<< Prev
异物光谱分析⑨纤维素

Next >>
异物光谱的解析