王 欣 馬思怡 李吉納 陳新樂(lè) 郭雪純 于宏偉

(石家莊學(xué)院化工學(xué)院，河北 石家莊 050035)

0 前言

氟橡膠(FKM)是指主鏈或側(cè)鏈的碳原子上含有氟原子的合成高分子彈性體。氟原子的引入，賦予橡膠優(yōu)異的抗氧化性、耐熱性、耐油性和耐腐蝕性。氟橡膠在武器工業(yè)、汽車(chē)工業(yè)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和電氣工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-4]。氟橡膠的優(yōu)異性能與其特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。紅外(IR)光譜法廣泛應(yīng)用在高分子的結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域[5-9]，但氟橡膠的IR光譜研究少見(jiàn)報(bào)道。因此，以市售氟橡膠為研究對(duì)象，對(duì)其相關(guān)IR光譜進(jìn)行了研究，為氟橡膠的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用研究提供了有意義的科學(xué)借鑒。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

氟橡膠 O 圈，河北一品制藥股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)儀器

Spectrum 100 型紅外光譜儀，美國(guó) PE 公司；Golden Gate 型 ATR-FTIR 變溫附件，英國(guó) Specac 公司。

1.3 試驗(yàn)方法

以空氣為背景，對(duì)于信號(hào)進(jìn)行 8 次掃描累加。氟橡膠的IR 光譜數(shù)據(jù)來(lái)源于 PE 公司 Spectrum v 6.3.5 操作軟件。

2 結(jié)果與討論

在4 000 ～ 600 cm-1頻率范圍內(nèi)，研究了氟橡膠的一維IR光譜、二階導(dǎo)數(shù)IR光譜、四階導(dǎo)數(shù)IR光譜和去卷積IR光譜，相應(yīng)的IR譜圖分別見(jiàn)圖1(A)、圖1(B)、圖1(C)和圖1(D)。

A 一維IR光譜

B 二階導(dǎo)數(shù)IR光譜

C 四階導(dǎo)數(shù)IR光譜

D 去卷積IR光譜

圖1氟橡膠的IR光譜(303 K)

2.1 氟橡膠的一維IR光譜

采用一維IR光譜對(duì)氟橡膠的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，相應(yīng)的IR譜圖見(jiàn)圖2。

圖2 氟橡膠的一維IR光譜(303 K)

圖2中，2 922.00 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯(PVDF)中 CH2的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νasCH2-一維-PVDF)，2 852.14 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CH2的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νsCH2-一維-PVDF)，1 427.55 cm-1(δCH2-1-一維-PVDF)和 1 396.37 cm-1(δCH2-2-一維-PVDF)頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CH2的彎曲振動(dòng)模式(δCH2-一維-PVDF)，其他官能團(tuán) 的IR光譜信息見(jiàn)表1。

表1 氟橡膠的一維IR光譜數(shù)據(jù)(303 K)

由表1 可知，由于氟橡膠的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，傳統(tǒng)的一維IR光譜并不能提供有價(jià)值的IR光譜信息。

2.2 氟橡膠的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜

采用二階導(dǎo)數(shù)IR光譜對(duì)氟橡膠的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，相應(yīng)的IR譜圖見(jiàn)圖3。

圖3氟橡膠的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜(303 K)

圖3中，2 920.56 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中 CH2的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νasCH2-二階導(dǎo)數(shù)-PVDF)，2 851.50 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CH2的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νsCH2-二階導(dǎo)數(shù)-PVDF)，1 428.27 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CH2的彎曲振動(dòng)模式(δCH2-二階導(dǎo)數(shù)-PVDF)，1 204.13 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏聚氟乙烯中CF2的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νasCF2-二階導(dǎo)數(shù)-PVDF)，1 063.84 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CF2的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νsCF2-二階導(dǎo)數(shù)-PVDF)，1 278.20 cm-1(νsCFCl-1-二階導(dǎo)數(shù)-PCTFE)和 968.66 cm-1(νsCFCl-2-二階導(dǎo)數(shù)-PCTFE)頻率處的吸收峰歸屬于聚三氟氯乙烯中CFCl的吸收模式(νsCFCl-二階導(dǎo)數(shù)-PCTFE)，其他官能團(tuán)的吸收頻率見(jiàn)表2。

表2 氟橡膠的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜數(shù)據(jù)(303 K)

由表2 可知，氟橡膠的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜的譜圖分辨能力要優(yōu)于傳統(tǒng)的一維IR光譜。

2.3 氟橡膠的四階導(dǎo)數(shù)IR光譜

采用四階導(dǎo)數(shù)IR光譜開(kāi)展了氟橡膠的結(jié)構(gòu)研究，相應(yīng)的IR譜圖見(jiàn)圖4。

圖4氟橡膠的四階導(dǎo)數(shù)IR光譜(303 K)

圖4中，1 426.41 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CH2的彎曲振動(dòng)模式(δCH2-四階導(dǎo)數(shù)-PVDF)；1 159.83 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CF2的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νsCF2-四階導(dǎo)數(shù)-PVDF)，其他官能團(tuán)的吸收頻率見(jiàn)表3。

表3 氟橡膠的四階導(dǎo)數(shù)IR光譜數(shù)據(jù)(303 K)

由表3 可知，氟橡膠的四階導(dǎo)數(shù)IR光譜并不能有效增加原譜圖的分辨能力。

2.4 氟橡膠的去卷積IR光譜

采用去卷積IR光譜開(kāi)展了氟橡膠的結(jié)構(gòu)研究，相應(yīng)的IR譜圖見(jiàn)圖5。

圖5 氟橡膠的去卷積IR光譜(303 K)

圖5中，2 919.27 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CH2的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νasCH2-去卷積-PVDF)，2 850.55 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CH2的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νsCH2-去卷積-PVDF)，1 425.10 cm-1(δCH2-1-去卷積-PVDF)和 1 391.94 cm-1(δCH2-2-去卷積-PVDF)頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中CH2的彎曲振動(dòng)模式(δCH2-去卷積-PVDF)，1 207.24 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏聚氟乙烯中CF2的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νasCF2-去卷積-PVDF)，1 159.53 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚偏氟乙烯中 CF2的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νsCF2-去卷積-PVDF)，1 195.35 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚三氟氯乙烯中CF2的不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νasCF2-去卷積-PCTFE)，1 131.27 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于聚三氟氯乙烯中 CF2的對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式(νsCF2-去卷積-PCTFE)，1 275.93 cm-1(νsCFCl-1-去卷積-PCTFE)和 971.16 cm-1(νsCFCl-2-去卷積-PCTFE)頻率處的吸收峰歸屬于聚三氟氯乙烯中 CFCl 的吸收模式(νsCFCl-去卷積-PCTFE)，其他官能團(tuán)的吸收頻率見(jiàn)表4。

表4 氟橡膠的去卷積IR光譜數(shù)據(jù)(303 K)

表4(續(xù))

由表4可知，氟橡膠的去卷積IR光譜的分辨能力要優(yōu)于相應(yīng)的一維IR光譜、二階導(dǎo)數(shù)IR光譜和四階導(dǎo)數(shù)IR光譜。通過(guò)研究氟橡膠的IR光譜，可以確定氟橡膠為偏氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 氟橡膠的分子結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

氟橡膠的紅外吸收模式主要包括νasCH2-FKM、νsCH2-FKM、δCH2-FKM、νasCF2-FKM、νsCF2-FKM和νsCFCl-FKM等。氟橡膠去卷積IR光譜的分辨能力要優(yōu)于相應(yīng)的一維IR光譜、二階導(dǎo)數(shù)IR光譜和四階導(dǎo)數(shù)IR光譜。