聚苯乙烯 (PS) 是五大通用樹脂之一, 1925年德國I.G.Farben工業(yè)公司開始從事苯乙烯的工業(yè)生產(chǎn)開發(fā), 1930年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)[1]。其產(chǎn)量位于聚乙烯、聚氯乙烯和聚丙烯之后, 名列第四。聚苯乙烯具有良好的尺寸穩(wěn)定性、加工性、電絕緣性能以及優(yōu)良的透明性而被廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。然而由于其沖擊性能差、脆性易裂、不耐熱, 限制了在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。因而, 需對其進(jìn)行改性研究。PS的改性始于20世紀(jì)60年初美國的DOW化學(xué)公司對HIPS的研發(fā), 提高了PS的抗沖擊性[2]。 PS的改性主要是通過共聚、共混、增強(qiáng)、增韌等方法[3], 成功地開發(fā)出了一系列高性能的產(chǎn)品。如:高抗沖聚苯乙烯 (HIPS) 、苯乙烯-丙烯腈共聚物 (SAN) 、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物 (MS) 、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 (ABS) 、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物 (SBS) 、丙烯酸酯-丙烯腈-苯乙烯共聚物 (AAS) 、甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯共聚物 (MBS) 、高溫ABS (苯乙烯-N-苯基馬來酰亞胺共聚物改性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物) 等。隨著苯乙烯共聚物用途的日益發(fā)展, 對苯乙烯共聚物的鑒別顯得尤為重要。 在高分子材料成分剖析中, 紅外光譜法是鑒定聚合物效的方法[4]。紅外光譜法的特征性強(qiáng)、測試速度快、不破壞試樣、試樣用量少、操作簡便、分析靈敏度較高, 對不同類型的苯乙烯共聚物進(jìn)行定性, 具有很好地參考價(jià)值。1 實(shí)驗(yàn)1.1 樣品 樣品為原材料, 來源于國內(nèi)外企業(yè)。1.2 制樣方法 紅外光譜分析法有多種制樣方式, 適用于苯乙烯共聚物的方法主要有三種, ATR法、熱壓薄膜法、氯仿溶解液成膜法, 本文的制樣方法采用熱壓薄膜的方法。1.3 儀器 傅里葉變換紅外光譜儀 (FTIR) , Thermofish IS10。分辨率:4 cm-1, 波數(shù)范圍:4000～400 cm-1, 樣品掃描次數(shù)64次, 每次掃描樣品后掃描背景。2 結(jié)果與討論2.1 聚苯乙烯紅外光譜圖的特征 苯乙烯共聚物共同的紅外特征峰是聚苯乙烯。它是無定性且無規(guī)的結(jié)構(gòu), 其紅外光譜圖見圖1, 苯乙烯的=CH伸縮振動和苯環(huán)骨架振動在3100～3000 cm-1之間有五個特征的吸收帶, 亞甲基-CH2-的反對稱伸縮、對稱伸縮對應(yīng)2923 cm-1、2849 cm-1位置。苯環(huán)的環(huán)振動在1600 cm-1、1580 cm-1、1500 cm-1、1450 cm-1吸收帶, 單取代苯環(huán)上氫原子的面內(nèi)變角在1068 cm-1、1028 cm-1位置吸收, 單取代苯環(huán)上氫原子的面外變角振動在906 cm-1、757 cm-1、700 cm-1位置吸收, 且700 cm-1的吸收帶強(qiáng)度高于757 cm-1[5]。由此可見, 通過700 cm-1、757 cm-1、906 cm-1、1580 cm-1、1600 cm-1、3100～3000 cm-1的吸收峰可以判定聚苯乙烯的存在。圖1 聚苯乙烯紅外光譜圖Fig.1 Infrared spectrogram of polystyrene2.2 HIPS、SBS紅外光譜特征峰的區(qū)別 HIPS是少量的聚丁二烯接枝到聚苯乙烯基體上, SBS是苯乙烯、丁二烯三嵌段共聚物。兩者都是由苯乙烯單體和丁二烯單體組成, 紅外光譜圖很相似, 見圖2。SBS的丁二烯吸收強(qiáng)度高于HIPS。的差異在于材料本身。HIPS雖然接枝軟段的聚丁二烯, 提高了聚苯乙烯的抗沖擊性, 但是材料本身還是偏剛性的。而SBS是嵌段共聚物, 材料本身是一種彈性體材料。僅從紅外光譜圖很難區(qū)分HIPS和SBS的差異, 需要結(jié)合材料本身的剛性和彈性判定。圖2 HIPS和SBS對比紅外光譜圖Fig.2 Contrast infrared spectrogram of HIPS and SBS 2.3 SAN、ABS紅外光譜特征峰的區(qū)別 SAN、ABS都有苯乙烯單體、丙烯腈單體, 2237 cm-1是-CN的反對稱振動。ABS與SAN相比多了丁二烯單體, 從紅外可知的差異在910 cm-1、966 cm-1、990 cm-1的吸收峰位置, 910 cm-1、990 cm-1是丁二烯的1, 2-加成, 966 cm-1是1, 4-反式加成。990 cm-1吸收峰弱, 說明可能有少量的1, 2-加成, SAN與ABS的比對圖見圖3。圖3 SAN和ABS對比紅外光譜圖Fig.3 Contrast infrared spectrogram of SAN and ABS 2.4 MS、MBS、AAS紅外光譜特征峰的區(qū)別 MS、MBS、AAS共聚單體中都有丙烯酸酯, 1730～1735 cm-1吸收是-C=O的伸縮振動, 1270 cm-1、1246 cm-1是-C-O-C-的反對稱伸縮振動, 1196 cm-1、1141 cm-1是-C-O-C-的對稱伸縮振動。MS與MBS紅外光譜圖的差異在丁二烯910、966 cm-1。AAS與MBS的差異在丙烯腈-CN的2237 cm-1、丁二烯910 cm-1、966 cm-1的位置, 見圖4。圖4 MS、MBS、AAS紅外對比光譜圖Fig.4 Contrast infrared spectrogram of MS、MBS and AAS 2.5 ABS與高溫ABS紅外光譜特征峰的區(qū)別 ABS屬于非晶態(tài)聚合物, Tg在100℃左右, 耐熱性一般, 影響了其應(yīng)用范圍。N-苯基馬來酰亞胺的引入, 大大提高了ABS的耐熱性。相比ABS紅外光譜圖, 高溫ABS的紅外圖差異主要在于N-苯基馬來酰亞胺, 1776 cm-1、1712 cm-1、1193 cm-1的吸收峰位置, 見圖5。圖5 ABS和高溫ABS紅外對比光譜圖Fig.5 Contrast infrared spectrogram of ABS and high temperature ABS 3 結(jié)論 紅外光譜法是高分子材料定性的測試方法。通過特征吸收峰的位置、形狀、強(qiáng)弱可以區(qū)分不同的物質(zhì)。苯乙烯共聚物的紅外特征峰區(qū)別如下: (1) PS的特征峰:3100～3000 cm-1五個吸收峰、1600 cm-1、1580 cm-1、906 cm-1、757 cm-1、700 cm-1; (2) HIPS、SBS的特征峰:966 cm-1、906 cm-1、966 cm-1的吸收強(qiáng)度高于906 cm-1; (3) MS的特征峰:1730 cm-1、1270 cm-1、1196 cm-1、1141 cm-1; (4) ABS的特征峰:2237 cm-1、966 cm-1、906 cm-1, 966 cm-1的吸收強(qiáng)度高于906 cm-1; (5) AAS的特征峰:2237 cm-1、1735 cm-1、1246 cm-1、1164 cm-1、966 cm-1、906 cm-1。但與ABS不同, 906 cm-1的吸收強(qiáng)度高于966 cm-1; (6) MBS的特征峰:1730 cm-1、1199 cm-1、966 cm-1、906 cm-1、966 cm-1的吸收強(qiáng)度高于906 cm-1; (7) 高溫ABS:1777 cm-1、1712 cm-1、1186 cm-1。