紅外光譜法測定苯乙烯—異戊二烯共聚物中苯乙烯單元含量

韋杜

摘 要：在相關(guān)領(lǐng)域中，苯乙烯—異戊二烯共聚物有著十分重要的應(yīng)用價值，相較于苯乙烯，苯乙烯—異戊二烯共聚物不僅具有性能良好的優(yōu)勢;與此同時，和異戊二烯共聚的方式還有效解決了苯乙烯脆性大、抗沖擊強度低、耐試劑性能差等問題。為了進一步明確苯乙烯—異戊二烯共聚物的結(jié)構(gòu)，以便更快的確定HS編碼、更好的擴大生產(chǎn)，使其在日常生活中得到更加廣泛的應(yīng)用。文章對紅外光譜法測定苯乙烯—異戊二烯共聚物中苯乙烯單元含量進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法是快速、準(zhǔn)確分析乙烯—異戊二烯共聚物中苯乙烯單元含量的有效途徑，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：紅外光譜法;苯乙烯—異戊二烯共聚物;含量

在日常應(yīng)用中，苯乙烯—異戊二烯主要用于粘合、密封領(lǐng)域，作為一種性能穩(wěn)定的熱塑性彈性體，苯乙烯—異戊二烯具有電絕緣性能好、透明性優(yōu)良、耐沖擊、耐高溫等眾多優(yōu)勢。然而異戊二烯目前在我國的供應(yīng)量還較少，因此，苯乙烯—異戊二烯的生產(chǎn)仍然較為依賴進口，在進口異戊二烯時，需要利用核磁共振對苯乙烯—異戊二烯中苯乙烯的單元含量進行測定，而過于復(fù)雜的檢測過程和過于高昂的檢測費用，使得一般實驗室難以承受。

1 實驗

1.1 實驗儀器與樣品

本次實驗所采用的傅立葉變換紅外光譜儀來自美國Thermo公司，型號為Nicolet6700，在具體的檢測開始前，對儀器的參數(shù)進行針對性設(shè)置，本次試驗中，該臺傅立葉變換紅外光譜儀的掃描次數(shù)設(shè)定為32，波數(shù)范圍設(shè)置在4000-400cm-1之間，分辨率為4cm-1。參數(shù)設(shè)定完畢之后進行背景采集，然后進行樣品采集。選擇CAL9500型通用制膜儀（美國Thermo公司），YP-2型壓片機（上海山岳科學(xué)儀器有限公司），DMX500型核磁共振波譜儀（德國Bruker公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 制備樣品膜、建立標(biāo)準(zhǔn)曲線

根據(jù)具體的實驗要求，將0.025-0.05g的不同苯乙烯含量苯乙烯的苯乙烯—異戊二烯共聚物放置在鋁箔中間，使其位于鋁箔中間位置，與此同時，利用規(guī)格為0.1mm的模具對鋁箔中的苯乙烯—異戊二烯共聚物加熱，當(dāng)溫度達(dá)到120℃后停止加熱并開始加壓處理，使其在20MPa條件下維持10s后取出冷卻，當(dāng)鋁箔中的苯乙烯—異戊二烯恢復(fù)室溫后，將樣品膜取出等待檢測。

樣品膜制備完畢后，建立不同苯乙烯含量的苯乙烯—異戊二烯的標(biāo)準(zhǔn)曲線，將成膜的樣品防止到紅外光譜儀中，采集各個樣品的紅外圖譜。完整記錄樣品700cm-1和2726cm-1譜帶的面積，并分別標(biāo)記為為A700、A2726;之后設(shè)置坐標(biāo)并建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，縱坐標(biāo)為苯乙烯的單元含量，橫坐標(biāo)為A700/A2726的比值;最后，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線與紅外光譜儀所測得的A700/A2726值計算各個樣品膜中苯乙烯的單元含量。

1.2.2 核磁共振檢測

為了確定紅外光譜檢測的有效性，同時對各個樣品進行核磁共振檢測，在進行檢測的過程中，取適量樣品置于25℃的室溫之中，選擇氘代四氯乙烷作為檢測溶劑，設(shè)置檢測頻率，將共振頻率設(shè)置為500.13MHz、譜寬設(shè)置為7507Hz、90度脈沖寬度設(shè)置為11.20μs，參數(shù)設(shè)置完畢之后，分別在3s和延遲15s的條件下獲取樣品的1HNMR譜圖。

2 結(jié)果

2.1 制膜條件

本次試驗中，對樣品進行熱壓膜處理時，溫度分別為80℃、100℃、120℃、140℃、160℃，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)熱壓膜的溫度在120℃以下時，有較大的概率出現(xiàn)樣品膜厚薄不均的情況，且譜帶面積的比值的重復(fù)性基本難以有效滿足實驗要求;當(dāng)熱壓膜的溫度在140℃以上時，將會導(dǎo)致樣品與鋁箔之間出現(xiàn)嚴(yán)重粘連，無法將二者完整剝離。鑒于此，本次研究以120℃為制膜溫度，該溫度下，所測得的樣品膜的厚度分別為0.015mm、0.025mm、0.05mm、0.1mm、0.25mm、0.5mm。經(jīng)過實驗可知，在對樣品開展定性分析和定量分析時，厚度為0.1mm、0.25mm的樣品膜效果最佳，能夠明顯吸收譜帶并最大限度的排除儀器噪音對基線的影響。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制與添加劑的干擾

在制定苯乙烯—異戊二烯標(biāo)準(zhǔn)曲線時，以已知苯乙烯單元含量苯乙烯—異戊二烯為依據(jù)，本次試驗中，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程如下：Y=1.6446X+0.6329，相關(guān)系數(shù)為0.9991。

由于高溫狀態(tài)下的苯乙烯—異戊二烯較為粘稠，因此通常會在其表明涂抹適量滑石粉以達(dá)到避免造粒時粒子表面粘連的目的，而滑石粉的含量因為通常均較低，且無法在700cm-1和2726cm-1處被吸收，因此可以排除其對測量結(jié)果形成的干擾。

2.3 兩種檢測方式檢測結(jié)果的比較

以核磁共振法所檢測到的苯乙烯單元含量為基準(zhǔn)，按照以下公式近似計算苯乙烯單元和異戊二烯單元的摩爾比。

式中：nS/nI為摩爾比;Sδ0.5-1.8為1HNMR譜圖上化學(xué)位移0.5-1.8的積分面積;Sδ3.8-4.8為1HNMR譜圖上化學(xué)位移3.8-4.8的積分面積。根據(jù)摩爾比計算得到的苯乙烯單元含量，進行進一步的紅外光譜定量檢測，與核磁共振法結(jié)果比較可知，兩種檢測方式的偏差始終在2%以內(nèi)，因此可以認(rèn)為紅外光譜定量檢測苯乙烯—異戊二烯中的苯乙烯單元含量具有較高的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

綜上所述，紅外光譜法測定苯乙烯—異戊二烯共聚物中聚合苯乙烯單元含量是切實可行的，能夠?qū)崿F(xiàn)對共聚物的快速定性、定量檢測。

參考文獻：

[1]金櫻華，顧中怡，沈劼.紅外光譜法測定苯乙烯—異戊二烯共聚物中苯乙烯單元含量[J].環(huán)境化學(xué)，2014，33（7）：1247-1249.