紅外光譜技術對尼龍—66結構及性能的研究

于宏偉++++趙婷婷++++侯騰碩++++宗再興++++孫佳玥+++++張琳曼

摘要

在4000cm-1～ 600cm-1 的頻率范圍內采用一維紅外光譜和二階導數紅外光譜研究了尼龍-66的分子結構。試驗發現：尼龍-66主要存在著N—H伸縮振動模式（νNH），CH2不對稱伸縮振動模式（νasCH2），CH2對稱伸縮振動模式（νsCH2），酰胺峰Ⅰ對應的紅外吸收模式（νamide-Ⅰ），酰胺峰Ⅱ對應的紅外吸收模式（νamide-Ⅱ），CH2變角振動模式（δCH2），CH2面外彎曲振動模式（ωCH2），酰胺峰Ⅲ對應的紅外吸收模式（νamide-Ⅲ），C—C 伸縮振動模式（νC-C），酰胺峰Ⅳ對應的紅外吸收模式（νamide-Ⅳ）和 CH2 面內彎曲振動模式（ρCH2）等。在303K～ 393K的溫度范圍內，采用變溫二階導數紅外光譜技術進一步研究溫度變化對于尼龍-66分子結構的影響。試驗發現：隨著測定溫度的升高，尼龍-66的νNH和νamide-Ⅲ-2對應的紅外吸收頻率出現了明顯的藍移現象，而νamide-Ⅲ-1對應的紅外吸收頻率出現了明顯的紅移現象，并進一步解釋了其光譜差異性原因。本項研究拓展了紅外光譜技術在高分子纖維材料的結構及熱穩定性方面的研究范圍。

關鍵詞：紅外光譜；尼龍-66；結構；紅移；藍移

1 引言

尼龍-66是一種熱塑性樹脂[1-3]。尼龍-66纖維長絲可制作襪子、內衣、襯衣、滑雪衫、雨衣等；尼龍-66短纖維則可與棉、毛和粘膠纖維混紡，使織物具有良好的耐磨性和強度。尼龍-66是一類特殊高分子類化合物，難溶于有機溶劑，因此采用常規分析方法很難研究其結構。傅里葉變換衰減全反式紅外光譜（ATR-FTIR）技術不需要對樣品處理，可以方便地研究高分子類物質的結構，筆者在相關方面做了大量研究[4-6]，因此本文采用ATR-FTIR技術，結合變溫紅外光譜技術，開展了尼龍-66的結構及熱穩定性研究，為尼龍-66的改性研究提供了重要的理論支持。

2 材料與方法

材料與試劑：

尼龍-66（101L，美國杜邦公司生產）。

儀器與設備：

Spectrum 100型紅外光譜儀（美國PerkinElmer公司生產）；單次內反射ATR-FTIR變溫附件（英國Specac公司生產）；ATR-FTIR變溫控件（英國Specac公司生產）。

方法：

每次試驗以空氣為背景，對于信號進行8次掃描累加；測溫范圍303K～393K，變溫步長10K。數據獲得采用Spectrum v 6.3.5。

3 結果與分析

3.1 尼龍-66 的結構表征

在4000cm-1 ～ 600cm-1 的頻率范圍內（圖1A），303K的溫度下采用ATR-FTIR技術開展了尼龍-66的一維紅外光譜的研究[7-9]。試驗發現：3297cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66的NH伸縮振動模式（νNH）；2930cm-1 頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66的亞甲基不對稱伸縮振動模式（νasCH2）；2858cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66的亞甲基對稱伸縮振動模式（νsCH2）。1633cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66的酰胺峰Ⅰ對應的紅外吸收模式（νamide-Ⅰ）；1535cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66酰胺峰Ⅱ對應的紅外吸收模式（νamide-Ⅱ）；1474cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66和N原子相連的亞甲基變角振動模式（δCH2-N）；1464cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66亞甲基變角振動模式（δCH2-1）；1437cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66亞甲基變角振動模式（δCH2-2）；1418cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于與尼龍-66的C=O相連亞甲基變角振動模式（δCH2-CO）；1370cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66亞甲基面外彎曲振動模式（ωCH2）；1273cm-1和 1200cm-1頻率處的紅外吸收峰歸屬于尼龍-66酰胺峰Ⅲ對應的紅外吸收模式（νamide-Ⅲ）；1180cm-1和1142cm-1頻率處的紅外吸收峰歸于尼龍-66的C—C伸縮振動模式（νC-C）；935cm-1頻率處的紅外吸收峰歸于尼龍-66酰胺峰Ⅳ對應的紅外吸收模式（νamide-Ⅳ）；727cm-1頻率處的紅外吸收峰歸于尼龍-66亞甲基面內彎曲振動模式（ρCH2）。進一步研究了尼龍-66的二階導數紅外光譜則得到了同樣的光譜信息（圖1B）。

3.2 尼龍-66的變溫紅外光譜研究

在 303K～393K的溫度范圍內，分別開展了尼龍-66的變溫紅外光譜（包括：變溫一維紅外光譜和變溫二階導數紅外光譜）的研究，來進一步探索溫度變化對尼龍-66 分子結構的影響。

3.2.1 3400cm-1～2800cm-1的頻率范圍內尼龍-66的變溫紅外光譜研究

在3400cm-1～2800cm-1頻率范圍內，首先開展了尼龍-66的變溫一維紅外光譜研究（圖2A），研究發現，尼龍-66的νNH對于溫度變化比較敏感，隨著測定溫度的升高，尼龍-66的νNH對應的紅外吸收峰出現了明顯的藍移現象；而尼龍66的νasCH2和νasCH2對應的紅外吸收頻率沒有明顯的變化；進一步研究了尼龍-66的變溫二階導數紅外光譜（圖2B），則得到了同樣的光譜信息。

A 尼龍-66 的變溫一維紅外光譜

3.2.2 1700cm-1 ～ 1500cm-1的頻率范圍內尼龍-66的變溫紅外光譜研究

A 尼龍-66的變溫一維紅外光譜

在1700cm-1～1500cm-1頻率范圍內，首先開展了尼龍-66的變溫一維紅外光譜研究（圖3A）。研究發現，隨著測定溫度的升高，聚酰胺-66的νamide-Ⅰ（主要對應的是νC=O）對應的紅外吸收頻率出現了藍移現象，而νamide-Ⅱ（主要對應的是 δNH+ νCN）對應的紅外吸收頻率相對較為穩定；進一步研究了尼龍-66的變溫二階導數紅外光譜（圖3B），則得到了同樣的紅外光譜信息。endprint