常见聚合物的红外光谱

红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法1常见聚合物的红外光谱定性分析1.六个区：Ⅰ区1800~1700cm-1：聚酯、聚碳酸酯和聚酰亚胺等；Ⅱ区1700~1500cm-1：聚酰胺、三聚氰胺-甲醛树脂；Ⅲ区1500~1300cm-1：饱和聚烃、极性基团取代的聚烃；Ⅳ区1300~1200cm-1：芳香族聚密、含氯聚合物；Ⅴ区1200~1000cm-1：聚醚、醇类、含氯、含氮聚合物；Ⅵ区1000~600cm-1：取代苯、不饱和双键和含氯聚合物以及含有硅和卤素的聚合物。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法21.直接查对谱图(1)Hummel&Scholl,InfraredAnalysisofPolymers,ResinsandAdditives,AnAtlas,⑵Afremow&IsaKson,InfraredSpectroscopy:ItsUseintheCoatingIndustry⑶Colthup,Daly&Wiberley,IntroductiontoInfraredandRamanSpectroscopy⑷Sadtler,单体和聚合物的红外光谱图红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法31.否定法如果某个基团的特征频率吸收区，找不到吸收峰，我们就判断样品中部不存在该基团。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法4对应与否定法认别光谱的特征基团频率红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法5图2未知聚合物的IR谱图（否定法）红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法6在1300cm-1波数以上，从高波数检查起，可知不存在羟基、胺基、不饱和烃、氰基、异腈酸酯基和羰基，在1000cm-1以下，仅有一对双峰（731cm-1和720cm-1），由于不存在芳香族和烯类，因此只可能是n〉4的长链-(CH2)-n的吸收，由于在1000-1300cm-1也没有吸收，因此醚键也可以排除，最后，可能确定该未知聚合物可能是聚乙烯。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法7图3未知聚合物的IR谱图（肯定法）红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法84．肯定法⑴在3100-3000cm-1区域的谱带是由芳环或烯类的C—H伸缩振动产生的。⑵在3000-2800cm-1区域的谱带是饱和烃化合物的吸收。⑶2000-1668cm-1区域的一系列弱谱带是对应芳环Ar-H的倍频和组频的吸收。这些谱带的位置和数目表明化合物中有单取代芳环的存在。⑷760cm-1是芳环上的5个相邻的质子Ar-H，进一步证实有单取代芳环的存在。⑸芳环的结构还可由1600，1580，1500和1450cm-1谱带证实。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法9⑹在1500-1400cm-1区域的谱带与CH2或CH变形有关。⑺965cm-1的谱带归属与反式不饱和基团的面外弯曲振动。⑻990-910cm-1的谱带是和末端乙烯基有关，进一步证实不饱和性。⑼1640cm-1的谱带是归属与C=C伸缩振动，其强度较弱，说明不饱和双键的含量不太高。由上可知，化合物中包含单取代苯环，同时有反式双键和末端双键。样品是聚合物，因此只要用少数标准谱图进行核对，证明未知物为苯乙烯-丁二烯共聚物。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法10图4未知聚合物的IR谱图（肯定法与否定法相结合）红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法115．肯定法与否定法相结合在审视一张未知高聚物的样品谱图时，往往同时采用肯定法和否定法，即根据谱带，一方面肯定某些官能团的存在，一方面又排除某些结构存在的可能。根据基团频率的肯定法分析，看出存在着甲基、亚甲基及可能存在的次甲基，以及酯基官能团。否定法发现，样品中不存在胺、芳香烃、氰基、醇、酰胺、环及亚胺等结构。查对烷烃酯类聚合物谱图，证明该材料为聚丙烯酸丁酯。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法121．Polyethylene⑴低压聚乙烯为线型结构，一般含有烯类端基，在990和909cm-1出有两条弱谱带，分别归属与RCH=CH2中CH反式面外弯曲振动及CH2面外弯曲振动。⑵线型聚乙烯结晶度较高，在图中还可看到其分裂较为明显的双峰。⑶高压聚乙烯有较多的支链，主要是乙基和丁基侧链，在1379cm-1处有甲基的对称变形，振动谱带，同时在890和1080cm-1处也有弱谱带。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法13红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法142.Polypropylene⑴3000-2800cm-1区域多重叠合的CH2，CH，CH3中的C—H伸缩振动；⑵1462cm-1附近的CH2和CH3的弯曲振动；⑶1380cm-1附近的CH3弯曲振动。⑷1230、1199、1131cm-1间规PP非晶带。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法15红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法163．Polystylene⑴3103-3000cm-1区域的谱带是由芳环的C—H伸缩振动产生的特征带。⑵3000-2800cm-1区域的谱带是由CH2或CH上的C-H伸缩振动。⑶2000-1680cm-1区域是PS特有的一系列较弱谱带，它们是对应芳环Ar-H的倍频和组频的吸收。这些谱带的位置和数目表明化合物中有单取代芳环的存在。⑷1601cm-1是苯环的骨架伸缩振动，由于一个氢被取代，原有的苯的对称性被破坏，振动时分子偶极距变化增大，所以谱带很强。757及699cm-1处的谱带，归属与苯环的5个相邻碳上质子的面外伸缩振动，是典型的单取代苯的特征谱带。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法17红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法185．肯定法与否定法相结合在审视一张4．Poly（vinylacetate）⑴1740cm-1的最强谱带，是羰基伸缩振动的吸收；⑵1240和1020cm-1的两条谱带是PVAc最特征的吸收谱带，归属与-COOH3，中的-COO-和-O-CH-的伸缩振动；⑶1370cm-1的谱带归属于甲基的变形振动。由于相连羰基的加强，使得它比亚甲基的变形振动谱带强得多。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法19红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法205.PVC(1)1250和1340cm-1的较强谱带，归属于C—H弯曲振动，由于它与氯原子连接在同一碳原子上，使其吸收强度大大增强；(2)1430cm-1的强谱带归属于CH2的变形振动，和正常CH2的变形振动频率（~1475cm-1）比较，谱带向低频方向位移了约45cm-1，同时强度显着增加，这也是受氯原子的影响所造成的；⑶800-600cm-1有一些较宽、较强的谱带，彼此重叠在一起，它们是C—Cl伸缩振动的吸收；⑷1100cm-1处的谱带是C—C伸缩振动的吸收；⑸960cm-1处的谱带是CH2面内摇摆振动吸收。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法21红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法22图10PMMA、PAN、PVA红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法236．MMA、PAN、PVA在审视一张4．Poly（vinylacetate）⑴1740cm-1的最强谱带，是羰基伸缩振动的吸收；⑵1240和1020cm-1的两条谱带是PVAc最特征的吸收谱带，归属与-COOH3，中的-COO-和-O-CH-的伸缩振动；⑶1370cm-1的谱带归属于甲基的变形振动。由于相连羰基的加强，使得它比亚甲基的变形振动谱带强得多。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法247．PET⑴1730cm-1的最强谱带，是羰基伸缩振动的吸收；⑵1265和1110cm-1的两条谱带归属于-COOC-上C-O的伸缩振动。上述谱带证明该聚合物为聚酯；⑶3000~2800cm-1及1450~1350cm-1区域的谱带是由CH2振动引起的；⑷3100~3000cm-1区域的谱带是由芳环上的C-H伸缩振动引起的；⑸730cm-1处的谱带是面外弯曲振动吸收；⑹873cm-1处的谱带归属于芳环上两个相邻的CH变形振动；⑺1620~1450cm-1间的谱带较弱，可能与分子对称性有关；⑻3540cm-1处的谱带是未反应羟基O—H伸缩振动引起的。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法25红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法268.UP⑴1735cm-1的最强谱带，归属于酯的羰基伸缩振动；⑵1275cm-1的C—O伸缩振动证实酯基存在；⑶3100~3000cm-1的谱带为不饱和=C-H伸缩振动；⑷1460cm-1谱带为直链C=C伸缩振动；⑸1600，1500和1490cm-1谱带为芳环的C=C伸缩振动吸收引起；⑹740cm-1为邻二取代的四个相邻氢面外弯曲振动谱带；⑺710cm-1的为芳环骨架弯曲振动谱带；⑻750~790cm-1之间的谱带，加上上述两个谱带，构成典型的邻苯二酯的光谱特征；红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法27红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法289.PA⑴1640cm-1的最强谱带，是酰胺基的羰基伸缩振动的吸收，即酰胺Ⅰ带；⑵1560cm-1次强谱带，是N—H弯曲振动和C—N伸缩振动的组合吸收，即酰胺Ⅱ带；⑶3090cm-1谱带是酰胺Ⅱ带的倍频；⑷1260cm-1区域的谱带也是由C—N—H振动产生的，酰胺Ⅲ带；⑸690cm-1谱带归属于N-H面外摇摆振动。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法29红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法3010．Epox⑴830cm-1谱带是对位取代苯环上两个相邻氢原子的面外弯曲振动吸收。⑵915cm-1谱带是链端环氧基的吸收。红外吸收光谱分析2020/6/20材料研究方法3111．聚甲基硅氧烷⑴1100~1000cm-1区域的谱带是Si—O—Si伸缩振动的吸收。⑵1260cm-1和1410cm-1两条谱带分别是由Si—CH3基团的CH3对称变形振动和不称变形振动引起的。⑶800cm-1谱带是由Si—C伸缩振动和CH3面内摇摆振动产生的。⑷3000~2800区域的谱带是甲基C—H的伸缩振动。⑸510和390cm-1谱带分别由Si—O—Si和O—Si—CH3弯曲振动引起的。