红外光谱（IR）与热分析（DSC）联用分析鉴定塑料

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1、红外光谱（IR）与热分析（DSC）联用分析鉴定塑料 红外光谱 IR与热分析DSC联用分析鉴定塑料一、实验原理 红外吸收光谱以下简称IR,是指波长围为225m用波数表示即4000400cm-1的中红外区吸收光谱。物质的分子红外线的照射下激发到较高的振动能级,所吸收的红外线频率能量与分子振动能间距相等。不同结构的分子具有不同振动能级,因而出现代表分子结构的各不相同的红外光谱。绝大多数的有机化合物和许多无机化合物都一一对应地有各自特征的IR光谱。因此,IR在结构和组成分析中极其重要。红外光谱法不仅是高分子材料结构与性能研究的基本方法,也是高聚物材料分析和鉴定工作的最重要手段。然而,随着科学技术的发展

2、,出现了大量共混、共聚、复合材料及制品,这些多组分混合物的样品的红外吸收光谱带的位置很靠近,而且往往重叠,相互干扰,很难判定,仅靠IR法有时就不能满足要求,必须要有其他仪器配合鉴定,方有得到正确的结果。热分析是测定物质性能随温度而变化的技术,也是塑料分析鉴定的一种技术。用它测定混合物,不需分离,一次扫描就能把混合物中几种组分的熔点按高低分辨出来,但是单独用其定性,灵敏度不够。而且,混合物中某物质的热性质有时随其他组分的变化而变化。鉴于以上情况,可借助其它分析仪器解决问题,其中热分析之一的差示扫描量热法以下简称DSC就是一个非常有效的手段。 DSC是通过测定物质加热或冷却过程中物质性质变化来研究

3、物质性质,并对物质进行分析鉴别的一种技术。DSC曲线可以作为许多物质的指纹图,在鉴别某些高聚物方面也是一种快速有效的手段,它可以在一次扫描中将几种结晶型高聚物的混合物逐个按熔点Tm的高低分辨出来,如图1所示。 不同结构的同类高聚物,根据其熔点及DSC曲线特征,同样能给予识别,如图2所示。 为此,我们采用IR法与DSC法联合使用来分析鉴定塑料材料。该方法利用IR法提供的特征吸收谱带初步判定几种基团的种类,再由DSC法提供的熔点和曲线,就可以准确地鉴定共混物组成。这种方法对于品种材料的共混物、掺有填料的和很难分离的复合材料的分析鉴快捷,是一种行之有效的方法。 二、试剂与仪器试样 塑料薄膜、颗粒料。

4、仪器 红外分析仪:美国Thermo Fisher Scientific 公司AVATAR 360 傅里叶变换红外光谱仪。美国TA DSC-2型差示扫描量热计。三、实验步骤 (1)红外分析试样制备 薄膜:剪下小圆形。 颗粒料和塑料件热塑性:直接在酒精灯上加热时,在NaCl晶片上熔融制膜。 复合膜:一般能剥离,应剥开分别测定;剥不开时就直接剪下小块测定。 复合片:用手术刀分别从两面削下表面层,再热熔制膜或压片,中间层是用小刀由剖面刮下的碎片与KBr压片。 粉末残渣:用KBr压片。样品处理后进行IR扫描。(2)热分析试样制备 薄膜样:用标准纸打孔器冲成小块,制成试样。 复合物:与薄膜样品同。 其他固

5、体样品:用小刀切成小薄片,试样置于铝皿中,用卷边机将其密封。 试样用量:10mg左右。 实验时,升温速度:10/min,扫描速度:10/min,实验数据采集和分析均在计算机上进行。(3)实验实例及分析 同类型高聚物混合物的鉴定机械零件a黑色 IR:热熔,如图3所示:1640cm-1为酰胺中的伸缩振动峰酞胺I带; 1550 cm-1C-H弯曲振动峰和vC-N振动峰酞胺带;1260 cm-1为N-H振动峰酞胺带;690 cm-1 N-H面外摇摆振动峰酞胺V带;3300 cm-1强、宽吸收为N-H吸收峰。据此,知该样为尼龙,谱图接近尼龙6和尼龙66,分析如图4所示。 该样是否二者并用,对此做了DSC

6、分析,如图5所示,出现了PA6和PA66二个熔融峰,证实了该样品确为PA6/PA66并用。机械零件b IR:热熔,图6中:1730 cm-1为酯类的CO 峰;1260、1100 cm-1为vc-o峰;730 cm-1为下c-H峰;1015 cm-1为C-H变形振动峰;1580、1510、1450 cm-1 为苯环振动峰,以上吸收和图中微细结构表明,该样品主要组分有聚对苯甲酸乙二醇酯PET。但经DSC测定,如图7,出现了二个熔融,熔融温度分别为221和252,PET的点为252。结合红外基团进一步定性分析,221应为聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT的结晶熔点。因PET与PBT的结构相近,在IR谱图中P

7、BT的特征被遮盖,无法辨别,在DSC起了重要的协助作用。该样品完整的定结果为PET/PBT并用。 不同类型高聚物混合物的鉴定塑料复合膜a 对复合膜的鉴定,一般使用剥离分层后,进行IR单层扫描定性,此塑料复合膜很难剥离,无法分层鉴定,应先做IR扫描。 IR:热熔,对图8分析,有尼龙6,并多出1460 cm-1、720 cm-1二峰,是聚乙烯的特征峰,初步鉴定该样品中有PA6和PE。用DSC测定,如图9,出现两个熔融峰,分别为LDPE和PA6,核实该样品为LDPE和PA6二组分。 塑料复合膜b 接样得知复合膜中有三种组分,需用IR谱图进行定性分析,如图10。分析发现有聚乙烯和尼龙的特征,但由于这二

8、组份的干扰,第三组份无法确认,DSC测定见图11有三个明显的熔融峰,分别为LDPE、PA6和PET。 3. 塑料复合膜c IR:热熔,图12中1740 cm-1为酯结构的CO峰;1240 cm-1,l020cm-1为C-O峰;1375 cm-1强峰,为C-H变形振动峰;720 cm-1为-CH2峰,是EVA的特征吸收,该样品的IR谱图中720 cm-1吸收很强,认为不仅仅是EVA一种组份,因EVA的720 cm-1吸收很弱,很可能有PE的存在。经DSC分析,果然出现了EVA、LDPE、HDPE的熔融特征峰,如图13。 该样品应鉴定为EVA/LDPE/HDPE三组份并用。 共聚与共混的鉴定 共聚

9、物与共混物的区别在于,共聚效果较好的高聚物,由于分子结构的变化,在DSC曲线中只能出现一个结晶熔融峰。而共混物中的几种高聚物都能显示出各自的熔融峰,基于此点,对一塑料复合片进行分析。IR热熔,如图14,谱图中有PE的特征,并出现1380 cm-1强吸收为-CH3峰,1166、998、841、973 cm-1均为PP的特征吸收峰,该样品为PE/PP共聚物还是共混物呢?进一步做了DSC分析,如图15所示,出现了两个明显的PE、PP各自的熔融峰,该样品鉴定结果为PE/PP共混物。 四、 总结 在对未知物鉴定中,将IR-DSC联用,发挥其各自所长,很好地解决了单一仪器难以解决的问题,对难以分离的复合材料、高聚物混合物、共聚物与共混物的鉴别等均能提供准确可靠的测试结果,为高聚物的鉴定提供了更有效的测试手段。参考文献1周明义,闫立琨,焦翠云.红外光谱法IR与热分析DSC联用分析鉴定塑料材料J,塑料科技,1998,125 3:4752.2 孙占英,李大纲,葛锦,等.用FT-IR和DSC联合分析技术分析塑木复合材的塑料组分J,机电信息,2005,(6):3335.3姚凤,英赵英.IR-DSC联合鉴定高聚物J,塑料,1995,24(4):4649.