傅里叶红外光谱应用于树脂结构变化的研究

傅里叶红外光谱应用于树脂结构变化的研究

傅里叶红外光谱（Fourier Transform infrared spectroscopy，简称FTIR）广泛应用于塑料、橡胶弹性体、纤维、涂层、填料等众多高分子及无机非金属材料的定性与定量分析。通过红外光谱法可以研究聚合物分子链的组成、结构、构型等，还可以研究聚合物在一定的条件下分子结构发生的变化，如老化、硫化、固化等。

要想对热固性树脂进行有效的改性，就必须找出一种合适的检测手段来测定。检测的结果能够使我们看到添加的活性剂等能不能在环氧树脂的固化过程中显示出其应有的作用：如提高热固性树脂固化的交联密度，增加热固性树脂的韧性等等。众所周知，热固性树脂和固化剂的种类不同，其树脂固化物的性能也不同，这主要取决于它们的化学结构和固化物的交联密度。

聚合物的化学组成在很大程度上决定着聚合物的物理化学性质。由于聚合物中各官能团在红外光光谱区域有相应的吸收，使得红外光谱技术对聚合物的组成，共聚物中单体的比例、聚合物不同的组成比例、添加剂的含量等的变化非常灵敏。红外光谱法是研究树脂基体固化特性的一种有效方法，为在实际应用中选择树脂和固化剂以得到所需要的物理机械性能，提供理论依据。由于光谱峰的强度与化学组成有一定的线性关系，因此，红外光谱可用于聚合物化学组成的定量测定。

我们可以使用红外光谱得到两种信息：

①特征吸收频率（基团）------定性分析:

可用作已知物的鉴定和确定未知物结构；

②特征峰的强度------定量分析:

利用红外光谱对树脂固化老化的研究

氧树脂的分子结构与耐老化性的关系

用红外光谱研究环氧树脂的分子结构与耐老化性的关系，试样用人造灯源照射进行老化实验后的红外光谱如图所示，图1(A)中上部的曲线是未经照射老化时的情况部的曲线是经4kh老化、并经蒸馏水洗涤后的情况，由图清楚地看出：经过照射老化的样品在1735cm^-1处有明显的吸收峰，而未经照射的试样则没有，图1(B)是1009-26树脂膜厚度5m的红外光谱图，图中的1和2曲线分别是未经光照和光照55h的情况，从图中同样看出在1735cm处也有吸收峰，即羰基的特征峰，产生该峰是由于树脂组分中苯环之间的次甲基被无水印氧化的结果。

利用红外光谱研究酚醛树脂固化过程中的基团变化，比较酚醛树脂固化前后(图中的1-9)的红外光谱图可知，它们之间最显著的变化就是1004cm^-1(—CH₂OH)、3306cm^-1(—OH)以及824cm^-1(酚环上对位C—H)756cm^-1(酚环上临位C—H)吸峰强度的降低。它表明，甲基与酚环上活泼氢的缩合反应主要发生在酚环的邻对位上。另外，从图中还可看出，升温至150C后，在1650cm^-1处有新的吸收峰出现，可以认为是酚醛树脂在固化过程中受高温氧化所产生的羰基吸收。

通过红外光谱进行树脂固化率的表征

固化率是表征胶体样品在经过物理固化或化学固化前后的固化程度的表征。使用FTIR对固化率测试内容包括：可以观察样品在固化过程中官能团的断裂和重组；固化反应的机理；判断固化反应的程度；测试样品的固化率等。

应用领域：适用于环氧树脂、聚氨酯树脂、乙烯基加成聚合硅橡胶等热固性树脂。

固化率测试目的：固化率（交联度）测试可以有效的观测交联固化样品的反应程度，把控材料性能。

测试公式：

M'/R'——固化后胶粘剂的测量峰和参考峰的比值

M/R——未固化胶粘剂的测量峰和参考峰的比值

下面通过一个FTIR测试样品固化率的解析图来知道如何查看和分析出样品的固化率：

UV胶在紫外光照射下，其中的-C=C-反应会生成-C-C-。红外光谱定量分析是依据对特征吸收谱带强度的测量来计算各组分含量，可以通过-C=C-变化情况来判断固化率。碳碳双键上的C-H伸缩振动位于3095-2995cm^-1之间,但同时苯也具有不饱和性，在此区间也存在吸收，因此图谱中会发成峰的重叠，不宜选用。C=C伸缩振动位于1695-1540cm^-1之间,而UV胶常见的峰位于810±5cm^-1,此区域中的峰相对单一，易分辨且强度大，故选用此峰进行计算。此反应中，UV胶中的C=O与C-O不参与反应，含量不变，通常使用C=O(1720cm^-1)或者C-O(1150cm^-1)作为内标峰。因实际测得C=O峰强度大，特征明显，故选用C=O特征峰进行计算。

最后得出样品质量对固化时间的影响以及固化率与peak ratio%关系图。