于宏偉 翟桂君 張雨萱 栗亞釗 劉昊雨 劉逸波/石家莊學(xué)院化工學(xué)院

0 引言

二甲基硅油是一類重要的高分子有機(jī)硅材料[1]，具有生理惰性、潤滑性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性及電絕緣性等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在電氣工程[2]、建筑[3]、臨床醫(yī)學(xué)[4]等領(lǐng)域。二甲基硅油可在-50～200 ℃下長期使用，而具有優(yōu)良的物理特性。過高的使用溫度，則會加速二甲基硅油的氧化，相關(guān)研究少見報(bào)道。因此，本文采用IR光譜及TD-IR光譜在30～250 ℃（303～523 K）深入開展了二甲基硅油分子結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性的影響，為二甲基硅油的改性研究，提供了有意義的科學(xué)借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料

二甲基硅油（分析純，天津市博迪化工有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

Spectrum 100型中紅外光譜儀（美國PE公司）；Golden Gate型ATR-FTIR變溫附件（英國Specac公司）；WEST 6100+ 型 ATR-FTIR 變溫控件（英國Specac公司）。

1.3 方法

1.3.1 紅外光譜儀操作條件

以空氣為背景，每次實(shí)驗(yàn)對于二甲基硅油樣品信號進(jìn)行8次掃描累加；測溫范圍303 ～523 K，變溫步長 10 K。

1.3.2 數(shù)據(jù)獲得及處理

二甲基硅油的IR及TD-IR光譜數(shù)據(jù)獲得采用PE 公司軟件 Spectrum v 6.3.5。

2 結(jié)果與討論

2.1 二甲基硅油IR光譜

首先開展了二甲基硅油的一維IR光譜研究，見圖1（A）。其中2 962.88 cm-1頻率處吸收峰歸屬于二甲基硅油 CH3不對稱伸縮振動模式（νasCH3-一維-二甲基硅油）；2 905.82 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油CH3對稱伸縮振動模式（νsCH3-一維-二甲基硅油）；1 258.00 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油CH3變形振動模式（δCH3-一維-二甲基硅油）；1 009.50 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油Si-O鍵伸縮振動模式（νSi-O-一維-二甲基硅油）；863.91 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油CH3搖擺振動模式（ρCH3-一維-二甲基硅油）；而786.69 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油Si-C鍵伸縮振動模式（νSi-C-一維-二甲基硅油）。進(jìn)一步開展了二甲基硅油的二階導(dǎo)數(shù)IR光譜的研究，見圖1（B），其譜圖分辨能力有了一定的提高。其中2 962.80 cm-1頻率處吸收峰歸屬于二甲基硅油νasCH3-二階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油，2 905.50 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油νsCH3-二階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油，1 258.02 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油δCH3-二階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油，1 008.66 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油νSi-O-二階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油，862.91 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油ρCH3-二階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油，而 786.18 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油νSi-C-二階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油。最后開展了二甲基硅油的四階導(dǎo)數(shù)IR光譜的研究，見圖1（C），其譜圖分辨能力則并沒有明顯的提高。其中2 962.45 cm-1頻率處吸收峰歸屬于二甲基硅油νasCH3-四階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油，1 257.64 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油δCH3-四階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油，1 008.98 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油νSi-O-四階導(dǎo)數(shù)-四甲基硅油，861.57 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油ρCH3-四階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油，而785.88 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于二甲基硅油νSi-C-四階導(dǎo)數(shù)-二甲基硅油。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：二甲基硅油的一維IR光譜、二階導(dǎo)數(shù)IR光譜和四階導(dǎo)數(shù)IR光譜存在著一定的差異性，這主要是因?yàn)槎谆栌偷亩A及四階導(dǎo)數(shù)IR光譜是基于不同的數(shù)學(xué)模型計(jì)算而得到[5-10]，其特征圖譜（Spectrum 100型中紅外光譜儀原始譜圖）如圖2所示。

圖1 二甲基硅油 IR 光譜（303 K）

圖2 二甲基硅油IR 原始光譜（303 K）

2.2 二甲基硅油的TD-IR光譜

2.2.1 二甲基硅油的一維TD-IR光譜

在303～523 K溫度范圍內(nèi)，開展了二甲基硅油的一維TD-IR光譜的研究（圖3），相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表1。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知，隨著測定溫度的升高，二甲基硅油δCH3-一維-二甲基硅油和νSi-C-一維-二甲基硅油對應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)了明顯的藍(lán)移，二甲基硅油νSi-O-一維-二甲基硅油對應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)了紅移，二甲基硅油νasCH3-一維-二甲基硅油和νsCH3-一維-二甲基硅油對應(yīng)的吸收頻率沒有明顯的改變，而二甲基硅油ρCH3-一維-二甲基硅油對應(yīng)的吸收峰則趨于消失。隨著測定溫度的升高，二甲基硅油νasCH3-一維-二甲基硅油，對應(yīng)的吸收強(qiáng)度降低，而二甲基硅油νsCH3-一維-二甲基硅油對應(yīng)的吸收強(qiáng)度則略有增加。

圖3 二甲基硅油的一維TD-IR光譜（303～523 K）

表1 二甲基硅油的一維 TD-IR 光譜數(shù)據(jù)（303～523 K）

2.2.2 二甲基硅油的二階導(dǎo)數(shù)TD-IR光譜

在303～523 K溫度范圍內(nèi)，開展了二甲基硅油的二階導(dǎo)數(shù)TD-IR光譜的研究（圖4），相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表2。

2.2.3 二甲基硅油的四階導(dǎo)數(shù)TD-IR光譜

在303～523 K溫度范圍內(nèi)，開展了二甲基硅油的四階導(dǎo)數(shù)TD-IR光譜的研究（圖5），相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見表3。

圖4 二甲基硅油的二階導(dǎo)數(shù) TD-IR 光譜（303～523 K）

圖5 二甲基硅油的四階導(dǎo)數(shù) TD-IR 光譜（303～523 K）

表2 二甲基硅油的二階導(dǎo)數(shù) TD-IR 光譜數(shù)據(jù)（303～523 K）

通過研究二甲基硅油的TD-IR光譜（包括：一維IR光譜、二階導(dǎo)數(shù)IR光譜和四階導(dǎo)數(shù)IR光譜），發(fā)現(xiàn)，隨著測定溫度的升高，二甲基硅油主要官能團(tuán)對應(yīng)的吸收頻率和強(qiáng)度均有明顯改變。其中，二甲基硅油ρCH3-二甲基硅油對應(yīng)的官能團(tuán)對于溫度變化最為敏感，隨著測定溫度的升高，二甲基硅油ρCH3-二甲基硅油對應(yīng)的吸收峰趨于消失。這主要是因?yàn)槎谆栌头肿又械腃H3基團(tuán)對于溫度比較敏感，隨著測定溫度的升高，更容易發(fā)生氧化反應(yīng)。

表3 二甲基硅油的四階導(dǎo)數(shù)TD-IR光譜數(shù)據(jù)（303～523 K）

3 結(jié)語

二甲基硅油主要存在νasCH3-二甲基硅油、νsCH3-二甲基硅油、六種紅外吸收模式。在303 ～ 523 K溫度范圍內(nèi)，隨著測定溫度的升高，二甲基硅油主要官能團(tuán)對應(yīng)的吸收頻率及強(qiáng)度均有明顯的改變。本文建立了二甲基硅油的結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性研究方法，為二甲基硅油的改性研究提供了數(shù)據(jù)支撐。