塑料薄膜產(chǎn)品及包裝在塑料制品市場上所占的份額較大, 特別是復(fù)合薄膜軟包裝, 已廣泛地應(yīng)用于食品包裝、電器產(chǎn)品包裝、日用品包裝、化工生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域。按樹脂原料進(jìn)行分類, 可以將塑料薄膜分為聚乙烯膜 (PE) 、聚丙烯膜 (PP) 、聚苯乙烯膜 (PS) 、聚氯乙烯膜 (PVC) 、聚酯膜 (PET) 、尼龍膜 (PA) 、聚碳酸酯膜 (PC) 等等。通常, 將兩種或多種不同材質(zhì)薄膜進(jìn)行復(fù)合, 綜合優(yōu)化各種物理性能, 提升應(yīng)用效果。鑒別各種不同材質(zhì)的薄膜, 常用的測試方法是FTIR和DSC, 具有所需樣品少, 精確度高等優(yōu)點(diǎn), 越來越受到重視。 
1. FTIR和DSC的測試原理
紅外光譜的量子化能量可以激發(fā)分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級。當(dāng)紅外光譜的能量恰好等于激發(fā)某一個(gè)化學(xué)鍵從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需的能量時(shí), 紅外線被樣品吸收。通過連續(xù)改變紅外線的頻率, 某些頻率的光線能量被相應(yīng)的化學(xué)鍵的振動(dòng)所消耗, 減弱了透射光線的能量, 將光線透過百分率對應(yīng)波數(shù)或波長作圖, 得到一條指示吸收帶強(qiáng)度和位置的曲線, 即紅外光譜圖。各種有機(jī)化合物在紅外區(qū)域都產(chǎn)生特征的光譜, 因此紅外光譜法已廣泛應(yīng)用于定性和定量分析, 特別是對高分子材料的定性分析。 通過透射法或反射法得到的紅外光譜圖, 會(huì)出現(xiàn)許多峰或譜帶, 分別對應(yīng)于分子中某個(gè)或者某些基團(tuán)的吸收。分析一個(gè)紅外光譜圖, 主要針對譜帶的位置、譜帶的強(qiáng)度、譜帶的寬度等三方面信息, 從而得到相關(guān)分子結(jié)構(gòu)的信息。目前, 各種紅外光譜儀分析軟件均帶有譜圖集, 把測得的未知物紅外光譜與已知紅外光譜進(jìn)行匹配, 根據(jù)吻合程度, 可以確定分子的歸屬, 極大方便了高分子材料的定性分析處理。 DSC的主要原理, 將樣品和參比物置于相同熱條件下, 在程序升溫 (或降溫、恒溫) 過程中, 始終保持樣品和參比物溫度一樣, 當(dāng)樣品發(fā)生吸熱或者放熱時(shí), 通過補(bǔ)償器增加熱量或減少熱量, 使樣品和參比物之間仍保持相同溫度。將補(bǔ)償?shù)墓β蕦?yīng)的熱量變化對應(yīng)溫度作圖, 即DSC曲線。DSC在高分子材料領(lǐng)域的應(yīng)用, 可以分為物理轉(zhuǎn)變的研究和化學(xué)反應(yīng)的研究兩類, 可以測定聚合物的結(jié)晶度、反應(yīng)熱, 研究結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué), 以及聚合物的結(jié)構(gòu)、熱穩(wěn)定性等等。
2. FTIR在薄膜材質(zhì)定性分析中的應(yīng)用
聚乙烯的紅外光譜圖, 在2950、1460和720/730cm-1附近處有三個(gè)很強(qiáng)的特征峰, 為C-H的伸縮、彎曲和搖擺振動(dòng)。其中, 720cm-1是無定型聚乙烯的吸收峰, 730cm-1是結(jié)晶聚乙烯的吸收峰。與HDPE不同, LDPE在1378cm-1處有甲基彎曲振動(dòng), 而LLDPE則在1378cm-1處的甲基峰分裂成雙峰或在772cm-1處出現(xiàn)乙基峰。由此, 可大致分辨LLDPE、LDPE和HDPE。
聚丙烯的外紅譜圖, 由于分子鏈中每兩個(gè)碳就有一個(gè)甲基支鏈, 除了1460cm-1有CH2的彎曲振動(dòng)峰外, 還有很強(qiáng)的甲基彎曲振動(dòng)峰出現(xiàn)在1378cm-1處, 并且在2800~3000cm-1有多重峰, 為多種C-H伸縮振動(dòng)峰疊加。另外兩個(gè)特征峰是出現(xiàn)在970cm-1和1155cm-1處。以此可區(qū)別聚乙烯和聚丙烯材質(zhì)。
聚苯乙烯的外紅譜圖, 在2800~3100cm-1處有豐富的特征峰, 在1493cm-1和1600cm-1處出苯環(huán)的骨架振動(dòng)峰。700和760cm-1也有單取代苯環(huán)上氫的面外彎曲振動(dòng), 而倍頻和組頻率出現(xiàn)在1670、1740/1870和1940cm-1處。
聚氯乙烯的氯原子影響CH2的彎曲振動(dòng), 從1460cm-1移至1430cm-1處。在600~700cm-1內(nèi)出現(xiàn)C-CL的伸縮振動(dòng)峰, 是一個(gè)顯著特征峰。
聚對苯二甲酸乙二醇酯的紅外光譜, 1720cm-1為C=O的伸縮振動(dòng)峰, 1130和1260cm-1為C-O-C伸縮振動(dòng)峰, 共同表明酯類的存在。1130和1260cm-1處兩個(gè)強(qiáng)峰, 是聚對苯二甲酸基團(tuán)的特征峰, 而苯環(huán)在1450~1620cm-1區(qū)間有多個(gè)吸收峰。
尼龍的紅外光譜, 有三條特征譜帶。1640cm-1為C=O的伸縮振動(dòng), 1550cm-1為N-H彎曲和C-N伸縮振動(dòng)的組合峰, 1260cm-1為C-N-H的組合峰。另外3300cm-1處為成氫鍵的N-H的伸縮振動(dòng)峰。一般來說, 1460、1550和3300cm-1的吸收峰, 尼龍的可能性非常大。其中PA66在935、1280和1480cm-1有弱峰存在。
聚碳酸酯的紅外譜圖, 1240cm-1有最強(qiáng)峰, 為C-O的伸縮振動(dòng)峰, 與1780cm-1處C=O伸縮振動(dòng)峰共同指示酯類。相對于脂肪酯C=O為1720~1740cm-1, 芳酯高出很多, 易于區(qū)別。其他, 還有3050cm-1的苯環(huán)C-H伸縮振動(dòng), 1500和1600cm-1的苯環(huán)骨架振動(dòng)。
對于兩種或多種材質(zhì)的復(fù)合薄膜, 盡管紅外譜圖重疊后變得相對復(fù)雜, 但是找到各自材質(zhì)的主要特征基團(tuán)吸收峰, 也可以分析出可能性的材質(zhì)。借助DSC在熱分析中的結(jié)果, 紅外光譜分析的可能結(jié)果也可以進(jìn)一步得到確認(rèn)。
3. DSC在薄膜材質(zhì)定性分析中的應(yīng)用
DSC在薄膜材質(zhì)定性分析時(shí), 對于結(jié)晶高分子, 可得到結(jié)晶/熔融、液晶轉(zhuǎn)變、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等信息, 從而進(jìn)一步確定鑒別由紅外法分析出的可能性材質(zhì)。通常, 每一個(gè)熔融特征峰對應(yīng)一種高分子材質(zhì), 且峰的位置不因薄膜復(fù)合而發(fā)生明顯的干擾。為消除熱效應(yīng)等影響, 測定薄膜材質(zhì)時(shí), 需要重復(fù)掃描, 將第一次掃描作為樣品的預(yù)處理, 測定降溫曲線或第二次升溫曲線, 從而獲得重復(fù)性和準(zhǔn)確性更佳的的結(jié)果。結(jié)晶性聚合物內(nèi)部分子呈有序規(guī)則排列, 有明顯熔點(diǎn), 如PE (120~136℃) 、PP (164~176℃) 、PET (250~280℃) 、PA (PA6:215~221℃, PA66:260~265℃) 等薄膜, 非結(jié)晶性聚合物內(nèi)部分子呈無序排列, 無明顯熔點(diǎn), 如PS、PVC、PC等薄膜。
對于紅外分析無法判斷的一些情況, 根據(jù)DSC譜圖分析體系熔點(diǎn), 也可以判斷體系是無規(guī)共聚物還是共混物。通常, 無規(guī)共聚物只有一個(gè)熔點(diǎn), 而共混物則顯示出各個(gè)組分的熔點(diǎn), 且接近于均聚物的熔點(diǎn)。根據(jù)峰的面積和量的關(guān)系, 還可以進(jìn)行共混物或共聚物中組分的定量分析。可見, DSC和FTIR兩者在薄膜材質(zhì)定性分析具有相輔相成的作用。 4. 結(jié)語
現(xiàn)今, FTIR和DSC儀器在不斷發(fā)展更新, 隨著自動(dòng)化程度提高和與其他儀器的聯(lián)用技術(shù)的完善, 將在塑料薄膜材質(zhì)的定性分析中發(fā)揮更大的作用。
博精科技是一家集研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售和服務(wù)于一體的綜合型創(chuàng)新企業(yè)。公司以市場為導(dǎo)向，以人為本，以科技為動(dòng)力致力于各類通用分析儀器、常規(guī)實(shí)驗(yàn)儀器、物理光學(xué)儀器等產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)和銷售。主要產(chǎn)品有傅立葉紅外光譜儀、紅外測油儀、紅外分光光度計(jì)、熒光分光光度計(jì)、粉塵中游離二氧化硅含量測定儀、紅外壓片機(jī)、手動(dòng)粉末壓片機(jī)、電動(dòng)粉末壓片機(jī)、全自動(dòng)壓片機(jī)、壓片模具、溴化鉀窗片實(shí)驗(yàn)裝置等。 我們將先進(jìn)的分析技術(shù)方案、分析理念與客戶分享，共同享受科技進(jìn)步所帶來的便利與價(jià)值，同時(shí)也希望和國內(nèi)外更多的廠家達(dá)成廣泛合作關(guān)系！
返回
