王晓萱，贺璇儿，冯 汇，康怡然，卫羽萱，吴梦谣，于宏伟

(石家庄学院化工学院，河北石家庄 050035)

乙纶具有强度高、密度低、绝缘性佳等优点，广泛应用在纺织行业[1-2]、复合材料[3-4]、渔业工程[5-6]、建筑工程等[7-8]等领域。乙纶熔点为383K～393K，与其它高分子材料相比，乙纶耐热性较差。传统的中红外(MIR)光谱广泛应用于高分子材料的结构研究中[9-16]，而二维中红外(2D-MIR)光谱则广泛应用于高分子材料的热稳定性研究[17-20]，但乙纶2D-MIR 光谱研究少见相关文献报道。本文以乙纶为研究对象，在303K～423K 的温度范围内，开展了乙纶的2D-MIR 光谱研究，为乙纶在纺织工业中的广泛应用提供了科学借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乙纶(广东省江门市鑫峰发展有限公司生产)。

1.2 仪器与设备

Spectrum100 红外光谱仪(Spectrumv6.3.5 操作软件)美国PE 公司；SYDTC-01 变温控件(控温精度为±0.1K)英国Eurotherm 公司。

1.3 方法

1.3.1 红外光谱仪操作条件

Spectrum100 型傅里叶红外光谱仪(美国PE 公司)；GoldenGate 型单次内反射ATR-FTIR 变温附件和WEST6100＋型变温控件(英国Specac 公司)。

1.3.2 数据获得及处理

乙纶MIR 光谱数据获得采用PE 公司Spectrumv6.3.5 操作软件。乙纶2D-MIR 光谱数据获得采用清华大学TDVersin4.2 软件。

2 结果与分析

2.1 乙纶MIR 光谱研究

图1 乙纶MIR 光谱(303K)

首先采用MIR 光谱(包括:一维MIR 光谱、二阶导数MIR 光谱、四阶导数MIR 光谱和去卷积MIR 光谱)开展乙纶的结构研究(图1)。研究发现乙纶的红外吸收模式主要包括:νasCH2-乙纶、νsCH2-乙纶、δCH2-乙纶和ρCH2-乙纶，相关官能团的光谱信息见表1。

表1 乙纶MIR 光谱数据(303K)

2.2 乙纶2D-MIR 光谱研究

研究发现:乙纶官能团的红外吸收模式主要集中在“ 3000cm-1～ 2800cm-1”、“ 1500cm-1～1400cm-1”和“750cm-1～700cm-1”等三个频率区间，因此分别在这三个频率区间，开展了乙纶2DMIR 光谱研究，进一步开展乙纶的热稳定性研究。

2.2.1 “第一频率区间”乙纶2D-MIR 光谱研究

图2 乙纶νCH2-乙纶-二维同步2D-MIR 光谱(3000cm-1～2800cm-1)

在3000cm-1～2800cm-1频率范围内，首先开展了乙纶的同步2D-MIR 光谱研究(图2)。首先在(2850cm-1，2850cm-1)和(2912cm-1，2912cm-1)频率处发现两个相对强度较大的自动峰，进一步证明乙纶在(2850cm-1和2912cm-1)频率处对应的官能团对于温度变化比较敏感。而在(2850cm-1，2912cm-1)频率处发现一个相对强度较大的交叉峰，进一步证明了乙纶在(2850cm-1和2912cm-1)频率处对应的官能团之间存在着较强的分子内或分子间相互作用。

图3 乙纶νCH2-乙纶-二维异步2D-MIR 光谱(3000cm-1～2800cm-1)

在3000cm-1～2800cm-1频率范围内，首先开展了乙纶的异步2D-MIR 光谱研究(图3)。其中，分别在(2842cm-1，2848cm-1)、(2848cm-1，2852cm-1)、(2848cm-1，2918cm-1)、(2852cm-1，2910cm-1)、(2910cm-1，2918cm-1)频率处发现五个相对强度较大的交叉峰，相关2D-MIR 光谱数据见表2。

表2 乙纶νCH2-乙纶-二维的2D-MIR 数据及解释(303K～423K)

根据表2 数据和NODA 规则[17-20]可知，乙纶νasCH2-乙纶-二维对应的红外吸收频率包括:2918cm-1(νasCH2-1-乙纶-二维)和2910cm-1(νasCH2-2-乙纶-二维)。乙纶νsCH2-乙纶-二维对应的红外吸收频率包括:2852cm-1(νsCH2-1-乙纶-二维)、2848cm-1(νsCH2-2-乙纶-二维) 和2842cm-1(νsCH2-3-乙纶-二维)。随着测定温度的升高，乙纶νCH2-乙纶-二维吸收峰变化快慢的顺序为:2918cm-1(νasCH2-1-乙纶-二维) ＞ 2842cm-1(νsCH2-3-乙纶-二维) ＞2852cm-1(νsCH2-1-乙纶-二维)＞2848cm-1(νsCH2-2-乙纶-二维)＞2910cm-1(νasCH2-2-乙纶-二维)。

2.2.2 “第二频率区间”乙纶2D-MIR 光谱研究

在1500cm-1～1450cm-1频率范围内，开展了乙纶的同步2D-MIR 光谱研究(图4)。首先在(1472cm-1，1472cm-1)频率处发现一个相对强度较大的自动峰，而在(1462cm-1和1472cm-1)频率处发现一个相对强度较大的交叉峰。

图4 乙纶δCH2-乙纶-二维同步2D-MIR 光谱(1500cm-1～1450cm-1)

图5 乙纶δCH2-乙纶-二维异步2D-MIR 光谱(1500cm-1～1450cm-1)

在1500cm-1～1450cm-1频率范围内，开展了乙纶的异步 2D -MIR 光谱研究(图 5)。在(1462cm-1，1464cm-1)和(1464cm-1，1472cm-1)频率附近发现两个相对强度较大的交叉峰，相关2DMIR 光谱见表3。

表3 乙纶δCH2-乙纶-二维的2D-MIR 数据及解释(303K～423K)

根据表3 数据和NODA 规则[13-15]可知，乙纶δCH2-乙纶-二维对应的红外吸收频率包括:1472cm-1(δCH2-1-乙纶-二维)、1464cm-1(δCH2-2-乙纶-二维) 和1462cm-1(δCH2-3-乙纶-二维)。随着测定温度的升高，乙纶δCH2-乙纶-二维吸收峰变化快慢的顺序为:1464cm-1(δCH2-2-乙纶-二维)＞1462cm-1(δCH2-3-乙纶-二维)＞1472cm-1(δCH2-1-乙纶-二维)。根据文献报道[21]，1462cm-1和1472cm-1频率处官能团位于乙纶晶区，而1464cm-1频率处官能团位于乙纶非晶区。研究发现:随着测定温度的升高(303K～423K)，乙纶的部分非晶区结构最先发生改变，而部分晶区结构相对较为稳定。

2.2.3 “第三频率区间”乙纶2D-MIR 光谱研究

图6 乙纶ρCH2-乙纶-二维同步2D-MIR 光谱(750cm-1～700cm-1)

在750cm-1～700cm-1频率范围内，开展了乙纶的同步2D -MIR 光谱研究(图6)。首先在(716cm-1，716cm-1)和(728cm-1，728cm-1)频率处发现了两个相对强度较大的自动锋，而在(716cm-1，728cm-1)和(716cm-1，732cm-1)频率处发现二个相对强度较大的交叉峰。

图7 乙纶ρCH2-乙纶-二维异步2D-MIR 光谱(750cm-1～700cm-1)

在750cm-1～700cm-1频率范围内，进一步开展了乙纶的异步2D-MIR 光谱研究(图7)。首先在(716cm-1，720cm-1)、(716cm-1，728cm-1) 和(728cm-1，732cm-1)频率处发现了三个相对强度较大的交叉峰，相关2D-MIR 光谱见表4。

表4 乙纶ρCH2-乙纶-二维的2D-MIR 数据及解释(303K～423K)

根据表4 数据和NODA 规则可知，乙纶ρCH2-乙纶-二维对应的红外吸收频率包括:732cm-1(ρCH2-1-乙纶-二维)、728cm-1(ρCH2-2-乙纶-二维)、720cm-1(ρCH2-3-乙纶-二维)和716cm-1(ρCH2-4-乙纶-二维)。随着测定温度的升高，乙纶ρCH2-乙纶-二维吸收峰变化快慢的顺序为:732cm-1(ρCH2-1-乙纶-二维) ＞ 720cm-1(ρCH2-3-乙纶-二维)＞716cm-1(ρCH2-4-乙纶-二维)＞728cm-1(ρCH2-2-乙纶-二维)。根据文献报道[21]，732cm-1和720cm-1频率处官能团位于乙纶晶区，而728cm-1频率处官能团位于乙纶非晶区，716cm-1频率处官能团未见相关文献报道，笔者认为其归属于非晶区。研究发现(303K～423K):随着测定温度的升高，乙纶的部分晶区结构最先发生改变，而部分非晶区结构相对较为稳定。

3 结论

乙纶的红外吸收模式主要包括νasCH2-乙纶、νsCH2-乙纶、δCH2-乙纶和ρCH2-乙纶。在303K～423K 的温度范围内，随着测定温度的升高，乙纶νCH2-乙纶-二维吸收峰变化快慢的顺序为:2918cm-1(νasCH2-1-乙纶-二维) ＞2842cm-1(νsCH2-3-乙纶-二维) ＞2852cm-1(νsCH2-1-乙纶-二维)＞2848cm-1(νsCH2-2-乙纶-二维)＞2910cm-1(νasCH2-2-乙纶-二维)；乙纶δCH2-乙纶-二维吸收峰变化快慢的顺序为:1464cm-1(δCH2-2-乙纶-二维)＞1462cm-1(δCH2-3-乙纶-二维)＞1472cm-1(δCH2-1-乙纶-二维)；乙纶ρCH2-乙纶-二维吸收峰变化快慢的顺序为:732cm-1(ρCH2-1-乙纶-二维)＞720cm-1(ρCH2-3-乙纶-二维)＞716cm-1(ρCH2-4-乙纶-二维)＞728cm-1(ρCH2-2-乙纶-二维)。本文为研究乙纶结构及热稳定性建立一个方法学，具有重要的理论研究价值。