丙纶结构及热稳定性研究

张雨萱，于 卉，李吉纳，翟桂君，栗亚钊，刘昊雨，刘逸波，于宏伟

（石家庄学院化工学院，河北石家庄050035)

丙纶（图1)是五大纶中（丙纶、氨纶、晴纶、锦纶和涤纶)的一种。丙纶具有保暖[1]、抗菌[2]、耐磨[3]、颜色鲜艳[4]及色牢度强[5]的优点，此外丙纶还是五大纶中是唯一的一种完全环保、安全、无污染的纤维。因此，丙纶广泛应用于内衣[6]、运动服[7]、滑雪袜[8]、绒衣[9]及阻燃面料[10]中。丙纶在纺织中的广泛应用与其特殊结构有关。MIR光谱广泛应用于丙纶的结构研究中[11-13]，但丙纶TDMIR光谱研究少见报道。通常丙纶的使用温度范围为：303 K～423 K。因此，本文采用一维MIR光谱和一维TD-MIR光谱（温度范围303 K～423 K)进一步开展了丙纶结构及热稳定性的研究，为丙纶的加工提供了有意义的科学借鉴。

图1 丙纶的分子结构

1 材料与方法

1.1 材料

丙纶颗粒（中国石化股份有限公司茂名分公司)

1.2 仪器与设备

Spectrum 100红外光谱仪（Spectrum v 6.3.5操作软件)美国 PE公司；ATR-FTMIR变温附件（Golden Gate)英国 Specac公司；变温控件（WEST 6100+，控温精度为 ±1 K)英国 Specac公司。

1.3 方法

1.3.1 红外光谱仪操作条件

以空气为背景，每次实验对于丙纶的光谱信号进行8次扫描累加，测定范围 4000 cm-1～600 cm-1；测温范围303 K ～423 K，变温步长10 K。

1.3.2 数据获得及处理

丙纶一维 MIR光谱数据获得采用 PE公司Spectrum v 6.3.5操作软件。

2 结果与分析

2.1 丙纶一维MIR光谱研究

图2 丙纶一维MIR光谱(303 K)

在4000 cm-1～600 cm-1频率范围内，首先开展了丙纶结构研究（图2)。根据文献报道[14-16]，其中2949.88 cm-1频率处的吸收峰归属于丙纶CH3不对称伸缩振动模式（νasCH3-丙纶-一维)；2917.53 cm-1频率处的吸收峰归属于丙纶CH2不对称伸缩振动模式（νasCH2-丙纶-一维)；2877.30 cm-1频率处的吸收峰归属于丙纶 CH3对称伸缩振动模式（νsCH3-丙纶-一维)；2838.41 cm-1频率处的吸收峰归属于丙纶CH2对称伸缩振动模式（νsCH2-丙纶-一维)；1457.00 cm-1频率处的吸收峰归属于丙纶 CH3不对称弯曲振动模式（δasCH3-丙纶-一维)；1376.03 cm-1频率处的吸收峰归属于丙纶 CH3对称弯曲振动模式（δsCH3-丙纶-一维)；1167.25 cm-1（δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙纶-一维)和 973.06cm-1（δ[CH3CH（CH3)]n-2-丙纶-一维)频率处的吸收峰归属于异丙基结构 [CH3CH（CH3)]n的吸收模式（ δ[CH3CH（CH3)]n-丙纶-一维)。 此 外 1303.89 cm-1（δcrystalline-1-丙纶-一维)、1167.25 cm-1（δcrystalline-2-丙纶-一维)、997.72 cm-1（ δcrystalline-3-丙纶-一维)、 899.14 cm-1（δcrystalline-4-丙纶-一维)、841.03 cm-1（δcrystalline-5-丙纶--一维)频率附近存在着一系列与丙纶晶体结构有关的谱带（δcrystalline-丙纶-一维)。 按照甲基排列位置丙纶可分为：等规丙纶、间规丙纶和无规丙纶。而通过文献报道[14-16]，可以确定本实验采用的丙纶（中国石化股份有限公司茂名分公司生产)属于等规丙纶。

2.2 丙纶一维TD-MIR光谱研究

2.2.1 丙纶C-H伸缩振动模式的一维 TD-MIR光谱研究(3000 cm-1～2800 cm-1)

图3 丙纶一维TD-MIR光谱(3000 cm-1～2800 cm-1)

在3000 cm-1～2800 cm-1频率范围内，首先开展了丙纶C-H振动模式的一维TD-MIR光谱研究，相关光谱数据见表1。

表1 丙纶的一维TD-MIR光谱数据(303 K～423 K)

由表1数据可知，随着测定温度的升高，丙纶νasCH3-丙纶-一维、 νasCH2-丙纶-一维、 νsCH3-丙纶-一维和νsCH2-丙纶-一维对应的吸收频率出现了蓝移现象。 随着测定温度的升高，丙纶 νsCH2-丙纶-一维相应的吸收强度略有降低，而丙纶 νasCH3-丙纶-一维、νasCH2-丙纶-一维和νsCH3-丙纶-一维对应的吸收强度则先增加后降低。

2.2.2 丙纶C-H弯曲振动模式的一维 TD-MIR光谱研究

在1500 cm-1～900 cm-1频率范围内（图4)，开展了丙纶C-H弯曲模式的一维TD-MIR光谱研究，相关光谱数据见表2。

图4 丙纶一维 TD-MIR光谱(1500 cm-1～900 cm-1)

表2 丙纶的一维TD-MIR光谱数据(303 K～423 K)

由表2数据可知，随着测定温度的升高，丙纶δsCH3-丙纶-一维对应的吸收频率出现了蓝移现象，而丙纶 δasCH3-丙纶-一维、δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙纶-一维和δ[CH3CH（CH3)]n-2-丙纶-一维对应的红外吸收频率出现了红移。 随着测定温度的升高，丙纶 δasCH3-丙纶-一维、δsCH3-丙纶-一维和 δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙纶-一维对应的吸收强度先增加后减少，而丙纶 δ[CH3CH（CH3)]n-2-丙纶-一维对应的吸收强度减少。

2.2.3 丙纶结晶谱带一维TD-MIR光谱研究

在1350 cm-1～800 cm-1频率范围内（图 5)，开展了丙纶晶体谱带的一维TD-MIR光谱研究，相关光谱数据见表3。

图5 丙纶一维 TD-MIR光谱(1350 cm-1～800 cm-1)

表3 丙纶的一维TD-MIR光谱数据(303 K～423 K)

由表3数据可知，随着测定温度的升高，丙纶δcrystalline-3-丙纶-一维对应的吸收频率出现了蓝移，丙纶δcrystalline-1-丙纶-一维、 δcrystalline-2-丙纶-一维、 δcrystalline-5-丙纶-一维对应的吸收频率出现了红移，而丙纶δcrystalline-4-丙纶-一维对应的吸收频率没有明显的改变。随 着 测 定 温 度 的 升 高， 丙 纶 δcrystalline-1-丙纶-一维、δcrystalline-2-丙纶-一维对应的吸收强度略有增加，丙纶δcrystalline-3-丙纶-一维对应的吸收强度略有下降，而丙纶δcrystalline-4-丙纶-一维和δcrystalline-5-丙纶-一维对应的吸收强度几乎没有变化。

研究发现：在303 K～423 K的温度范围内，丙纶 νsCH3-丙纶-一维对应的吸收频率出现了明显的蓝移现象，而丙纶 δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙纶-一维对应的吸收频率出现了明显的红移现象，相应的热稳定性进一步降低。

3 结论

丙纶主要存在 νasCH3-丙纶、νsCH3-丙纶、νasCH2-丙纶、νsCH2-丙纶、 δasCH3-丙纶、 δsCH3-丙纶、 δ[CH3CH（CH3)]n-丙纶和δcrystalline-丙纶等八种红外吸收模式。随着测定温度的升高，丙纶 νsCH3-丙纶和 δ[CH3CH（CH3)]n-1-丙纶对应的吸收频率发生了明显的改变，而相应的热稳定性进一步降低。