案例分析丨红外光谱在橡胶的应用

橡胶，一种具有可逆形变的高弹性聚合物材料，应用于生活的方方面面，如汽车、电气、医疗、文体等。橡胶分为天然橡胶和合成橡胶，天然橡胶是生物合成的高聚物，合成橡胶是通过化学方法制备所得，不同橡胶其结构、组成和性质各有差异。傅立叶变换红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，基于傅立叶变换的原理，进行对分子结构和化学组成分析的仪器。对测试得出的红外光谱图的谱带位置、谱带强度和谱带形状进行解析，可以得出橡胶的分子链组成、序列结构、构型构象等，进而表征橡胶的生胶胶种、老化性能和聚合物含量[1]。陈旭辉[2]使用傅立叶变换红外的方法，对天然橡胶和合成聚异戊二烯橡胶进行对比分析。我们知道，两者的主成分均是聚异戊二烯，故而在图中可以看到他们有相同的特征谱带，如1357cm-1处所出现的强吸收峰，便是CH3的变形振动；在1454cm-1处所出现的吸收峰，为 CH2 的弯曲振动；在1654cm-1处所出现的中等强度的吸收峰，为C=C的伸缩振动。但天然橡胶在1541cm-1处区别于合成聚异戊二烯橡胶出现一个较弱的谱带，这一谱带为酰胺的特征吸收，也就说明该样品含有蛋白质。通过这一特征谱带，即使两种样品在检测前是未知的，也可以将二者鉴定出来。在橡胶的老化研究中，用傅立叶变换红外光谱差谱法对热老化前后的产物进行分析，可表征过程反应[3]。在橡胶的硫化研究中，从红外光谱中除了可以分析出橡胶的主成分，还可以得到有机添加剂和无机填料的信息，在鉴定硫化橡胶胶种的同时，有效反映了添加剂和无机填料的成分[4]。[1]汪志芬,廖双泉.红外光谱技术在橡胶研究中的应用[M].中国石化出版社,2016.[2]陈旭辉.天然橡胶与合成聚异戊二烯橡胶的红外光谱鉴定[J].光谱实验室,2001,(03):314-316.[3]李思东,彭政,余和平,钟杰平,魏永才.用红外差谱表征橡胶的热老化[J].橡胶工业,1998(08):46-50.[4]孙衍林.使用红外光谱法和热重法分析硫化橡胶的成分[J].上海塑料,2021,49(01):55-58.