红外光谱分析技术及其在高分子材料研究中的应用.ppt

聚合物谱带分类 含有羰基的聚合物在羰基伸缩振动区（1800-1650 cm-1）有最强的吸收 饱和聚烯烃和极性基团取代的聚烯烃在碳氢键的面内弯曲振动区（1500-1300 cm-1）出现强的吸收峰 聚醚、聚砜、聚醇等类型的聚合物最强的是C-O的伸缩振动，出现在1300-1000 cm-1区域内 含有取代苯、不饱和双键以及含有硅和卤素的聚合物，最强吸收峰均出现在1000-600 cm-1区域 定量分析 朗伯-比尔定律： A=lgIo/I=εCL A为吸光度、C为溶液的浓度、l为样品槽厚度 ε为吸光系数，其值的大小与基团的结构、所处的环境有关，取决于基团振动时偶极矩的变化率 红外光谱法在高分子材料研究中的应用 分析与鉴别聚合物 聚合物反应的研究 共聚物研究 聚合物结晶形态的研究 聚合物取向的研究 聚合物表面的研究 高分子材料的组成分布 分析与鉴别聚合物 因红外操作简单，谱图的特征性强，因此是鉴别聚合物很理想的方法 用红外光谱不仅可区分不同类型的聚合物，而且对某些结构相近的聚合物，也可以依靠指纹区谱图来区分 例如尼龙-6、尼龙-7、尼龙-8都是聚酰胺类聚合物，具有相同的官能团 分析与鉴别聚合物 PP与PIB PS与α-MPS PMA与PMMA 聚合物反应的研究 用红外光谱特别是傅里叶变换红外光谱，可直接对聚合物反应进行原位测定，从而研究高分子反应动力学，包括聚合反应动力学和降解、老化过程的反应机理等 聚合反应过程研究 聚合物老化过程 共聚物研究 共聚物的性能和共聚物中两种单体的链节结构、组成和序列分布有关。要得到预期性能的共聚物，必须研究共聚反应过程规律，掌握两种单体反应活性的比率，即竞聚率，以及两种单体的浓度比与生成共聚物的组成比。上述各项参数都可以用红外吸收光谱法来测定 共聚物研究 以VP和HEMA反应为例 单体转化率： P（t）=（A0-At）/（A0-A∞）×100% 式中，A0、At、A∞分别为0、t以及转化率 为100%是定量峰的面积 总转化率： P总=fVPPVP+（1-fVP）PHEMA 式中，fVP为VP单体投料的摩尔分数 聚合物结晶形态的研究 测定聚合物样品的结晶度 研究聚合物结晶动力学 计算结晶度公式：Xc=kAi/As 式中Ai、As 分别代表测定结晶度时，所选择的分析谱带和内标谱带的吸收峰面积；k为比例常数，用已知结晶度的样品预先测定 聚合物取向的研究 在红外光谱仪的测量光路中加入一个偏振器便形成偏振红外光谱，它是研究聚合物分子链取向的好手段 红外二向色性:聚合物试样在两个垂直方向上对偏振光具有不同吸收的现象 聚合物取向的研究 对于单轴拉伸试样，若平行和垂直于试样拉伸方向的偏振光的吸光度分别为A1和A2，则样品的二向色性比R可用下式计算： R=A1/A2 R1，称为垂直谱带；R1，称为平行谱带，对于完全未取向的样品，R=1；对于完全取向的样品，平行谱带R=∞，垂直谱带R=0 常使用（R-1）/（R+2） 聚合物表面的研究 衰减全反射（attenuated total reflection ） 晶体的折射率较高，在一定入射角范围内，红外光在全反射，在晶体内形成驻波，由于驻波的晶体和样品的界面处就会发生独特性质，一小部分红外光会穿透晶体进入到样品中，并和样品发生相互作用，因此到达检测器的红外光中就带有了样品的信息 利用穿透深度随入射角的变化，可以研究样品表面的组成变化 高分子材料的组成分布 许多高分子材料都具有二维或三维的组成分布，如共混物、聚合物基复合材料等，不同的组成分布对其性能影响很大，红外显微镜将微观形貌观察与结构分析结合，测量的微区最小可达5μm×5μm，是测定高分子材料组成分布的一种有效手段 * 红外光谱分析技术 郝明洋 2012021744 贵州大学材料与冶金工程学院 国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心 高分子流变学及其产业化教育部重点实验室（筹） 基本概念 红外光谱：是一种吸收光谱，能激发分子内原子核之间的振动和转动能级的跃迁，通过测定两种能级跃迁的信息来研究分子结构 红外光谱图：透射光谱图（以透光率为纵坐标） 吸收光谱图（以吸光度为纵坐标） 基本概念 分子振动形式 伸缩振动 -----对称伸缩振动 νs ----不对称伸缩振动 νas 弯曲振动 ----面内弯曲振动 ----剪式振动 ?s