丙綸結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性研究

張雨萱，于 卉，李吉納，翟桂君，栗亞釗，劉昊雨，劉逸波，于宏偉

（石家莊學(xué)院化工學(xué)院，河北石家莊050035)

丙綸（圖1)是五大綸中（丙綸、氨綸、晴綸、錦綸和滌綸)的一種。丙綸具有保暖[1]、抗菌[2]、耐磨[3]、顏色鮮艷[4]及色牢度強(qiáng)[5]的優(yōu)點(diǎn)，此外丙綸還是五大綸中是唯一的一種完全環(huán)保、安全、無(wú)污染的纖維。因此，丙綸廣泛應(yīng)用于內(nèi)衣[6]、運(yùn)動(dòng)服[7]、滑雪襪[8]、絨衣[9]及阻燃面料[10]中。丙綸在紡織中的廣泛應(yīng)用與其特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。MIR光譜廣泛應(yīng)用于丙綸的結(jié)構(gòu)研究中[11-13]，但丙綸TDMIR光譜研究少見(jiàn)報(bào)道。通常丙綸的使用溫度范圍為：303 K～423 K。因此，本文采用一維MIR光譜和一維TD-MIR光譜（溫度范圍303 K～423 K)進(jìn)一步開(kāi)展了丙綸結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性的研究，為丙綸的加工提供了有意義的科學(xué)借鑒。

圖1 丙綸的分子結(jié)構(gòu)

1 材料與方法

1.1 材料

丙綸顆粒（中國(guó)石化股份有限公司茂名分公司)

1.2 儀器與設(shè)備

Spectrum 100紅外光譜儀（Spectrum v 6.3.5操作軟件)美國(guó) PE公司；ATR-FTMIR變溫附件（Golden Gate)英國(guó) Specac公司；變溫控件（WEST 6100+，控溫精度為 ±1 K)英國(guó) 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(duì)于丙綸的光譜信號(hào)進(jìn)行8次掃描累加，測(cè)定范圍 4000 cm-1～600 cm-1；測(cè)溫范圍303 K ～423 K，變溫步長(zhǎng)10 K。

1.3.2 數(shù)據(jù)獲得及處理

丙綸一維 MIR光譜數(shù)據(jù)獲得采用 PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 丙綸一維MIR光譜研究

圖2 丙綸一維MIR光譜(303 K)

在4000 cm-1～600 cm-1頻率范圍內(nèi)，首先開(kāi)展了丙綸結(jié)構(gòu)研究（圖2)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[14-16]，其中2949.88 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于丙綸CH3不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式（νasCH3-丙綸-一維)；2917.53 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于丙綸CH2不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式（νasCH2-丙綸-一維)；2877.30 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于丙綸 CH3對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式（νsCH3-丙綸-一維)；2838.41 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于丙綸CH2對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)模式（νsCH2-丙綸-一維)；1457.00 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于丙綸 CH3不對(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)模式（δasCH3-丙綸-一維)；1376.03 cm-1頻率處的吸收峰歸屬于丙綸 CH3對(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)模式（δsCH3-丙綸-一維)；1167.25 cm-1（δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙綸-一維)和 973.06cm-1（δ[CH3CH（CH3)]n-2-丙綸-一維)頻率處的吸收峰歸屬于異丙基結(jié)構(gòu) [CH3CH（CH3)]n的吸收模式（ δ[CH3CH（CH3)]n-丙綸-一維)。 此 外 1303.89 cm-1（δcrystalline-1-丙綸-一維)、1167.25 cm-1（δcrystalline-2-丙綸-一維)、997.72 cm-1（ δcrystalline-3-丙綸-一維)、 899.14 cm-1（δcrystalline-4-丙綸-一維)、841.03 cm-1（δcrystalline-5-丙綸--一維)頻率附近存在著一系列與丙綸晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)的譜帶（δcrystalline-丙綸-一維)。 按照甲基排列位置丙綸可分為：等規(guī)丙綸、間規(guī)丙綸和無(wú)規(guī)丙綸。而通過(guò)文獻(xiàn)報(bào)道[14-16]，可以確定本實(shí)驗(yàn)采用的丙綸（中國(guó)石化股份有限公司茂名分公司生產(chǎn))屬于等規(guī)丙綸。

2.2 丙綸一維TD-MIR光譜研究

2.2.1 丙綸C-H伸縮振動(dòng)模式的一維 TD-MIR光譜研究(3000 cm-1～2800 cm-1)

圖3 丙綸一維TD-MIR光譜(3000 cm-1～2800 cm-1)

在3000 cm-1～2800 cm-1頻率范圍內(nèi)，首先開(kāi)展了丙綸C-H振動(dòng)模式的一維TD-MIR光譜研究，相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 丙綸的一維TD-MIR光譜數(shù)據(jù)(303 K～423 K)

由表1數(shù)據(jù)可知，隨著測(cè)定溫度的升高，丙綸νasCH3-丙綸-一維、 νasCH2-丙綸-一維、 νsCH3-丙綸-一維和νsCH2-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)了藍(lán)移現(xiàn)象。 隨著測(cè)定溫度的升高，丙綸 νsCH2-丙綸-一維相應(yīng)的吸收強(qiáng)度略有降低，而丙綸 νasCH3-丙綸-一維、νasCH2-丙綸-一維和νsCH3-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收強(qiáng)度則先增加后降低。

2.2.2 丙綸C-H彎曲振動(dòng)模式的一維 TD-MIR光譜研究

在1500 cm-1～900 cm-1頻率范圍內(nèi)（圖4)，開(kāi)展了丙綸C-H彎曲模式的一維TD-MIR光譜研究，相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖4 丙綸一維 TD-MIR光譜(1500 cm-1～900 cm-1)

表2 丙綸的一維TD-MIR光譜數(shù)據(jù)(303 K～423 K)

由表2數(shù)據(jù)可知，隨著測(cè)定溫度的升高，丙綸δsCH3-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)了藍(lán)移現(xiàn)象，而丙綸 δasCH3-丙綸-一維、δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙綸-一維和δ[CH3CH（CH3)]n-2-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的紅外吸收頻率出現(xiàn)了紅移。 隨著測(cè)定溫度的升高，丙綸 δasCH3-丙綸-一維、δsCH3-丙綸-一維和 δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收強(qiáng)度先增加后減少，而丙綸 δ[CH3CH（CH3)]n-2-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收強(qiáng)度減少。

2.2.3 丙綸結(jié)晶譜帶一維TD-MIR光譜研究

在1350 cm-1～800 cm-1頻率范圍內(nèi)（圖 5)，開(kāi)展了丙綸晶體譜帶的一維TD-MIR光譜研究，相關(guān)光譜數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖5 丙綸一維 TD-MIR光譜(1350 cm-1～800 cm-1)

表3 丙綸的一維TD-MIR光譜數(shù)據(jù)(303 K～423 K)

由表3數(shù)據(jù)可知，隨著測(cè)定溫度的升高，丙綸δcrystalline-3-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)了藍(lán)移，丙綸δcrystalline-1-丙綸-一維、 δcrystalline-2-丙綸-一維、 δcrystalline-5-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)了紅移，而丙綸δcrystalline-4-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收頻率沒(méi)有明顯的改變。隨 著 測(cè) 定 溫 度 的 升 高， 丙 綸 δcrystalline-1-丙綸-一維、δcrystalline-2-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收強(qiáng)度略有增加，丙綸δcrystalline-3-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收強(qiáng)度略有下降，而丙綸δcrystalline-4-丙綸-一維和δcrystalline-5-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化。

研究發(fā)現(xiàn)：在303 K～423 K的溫度范圍內(nèi)，丙綸 νsCH3-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)了明顯的藍(lán)移現(xiàn)象，而丙綸 δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙綸-一維對(duì)應(yīng)的吸收頻率出現(xiàn)了明顯的紅移現(xiàn)象，相應(yīng)的熱穩(wěn)定性進(jìn)一步降低。

3 結(jié)論

丙綸主要存在 νasCH3-丙綸、νsCH3-丙綸、νasCH2-丙綸、νsCH2-丙綸、 δasCH3-丙綸、 δsCH3-丙綸、 δ[CH3CH（CH3)]n-丙綸和δcrystalline-丙綸等八種紅外吸收模式。隨著測(cè)定溫度的升高，丙綸 νsCH3-丙綸和 δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙綸對(duì)應(yīng)的吸收頻率發(fā)生了明顯的改變，而相應(yīng)的熱穩(wěn)定性進(jìn)一步降低。