于宏偉，張惠珍，顧丹丹，葉莉蓉，馬鐘義，李　丹

(1.石家莊學(xué)院化工學(xué)院，石家莊 050035;2.石家莊學(xué)院圖書館，石家莊 050035)

聚乙烯是五大合成樹脂之一[1-4]，是最常見(jiàn)的高分子材料，被廣泛用于制造薄膜、中空制品、管材、纖維和各類雜品等。食品保鮮袋的主要成分是聚乙烯，一維紅外光譜是研究其結(jié)構(gòu)的最主要的方法[5-7]，但常規(guī)的一維紅外光譜的分辨率不高，而二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜和去卷積紅外光譜的分辨率優(yōu)于傳統(tǒng)的一維紅外光譜[8-9]。筆者利用變溫紅外技術(shù)，在 20～120 ℃溫度范圍內(nèi)，通過(guò)測(cè)定不同溫度下聚乙烯食品保鮮袋的一維紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜和去卷積紅外光譜，確定了食品袋中聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步研究了溫度對(duì)聚乙烯分子結(jié)構(gòu)的影響，該研究方法未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　原料與儀器

聚乙烯食品保鮮袋，廣東省江門市鑫峰發(fā)展有限公司。

Spectrum 100型紅外光譜儀(Spectrum v 6.3.5操作軟件)，美國(guó) PE 公司；SYD TC-01變溫控件(控溫精度為 ± 0.1 ℃)，英國(guó) Eurotherm 公司。

1.2　實(shí)驗(yàn)方法

將單層聚乙烯食品保鮮袋固定在紅外光譜儀的變溫附件上，每次實(shí)驗(yàn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行16次掃描累加，測(cè)定范圍4 000～400 cm-1，測(cè)溫范圍20～120 ℃，變溫步長(zhǎng)10 ℃。

一維紅外光譜數(shù)據(jù)采用 PE 公司 Spectrum v 6.3.5 操作軟件；二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜數(shù)據(jù)采用 PE公司Spectrum v 6.3.5操作軟件，平滑點(diǎn)數(shù)為 13；去卷積紅外光譜數(shù)據(jù)的獲得采用PE公司Spectrum v 6.3.5 操作軟件，其中參數(shù)部分Gamma為2.0，Length=10。圖形處理采用 Origin 8.0。

2　結(jié)果與分析

聚乙烯食品保鮮袋的主要成分為聚乙烯，其紅外光譜如圖1所示，在3 500～400 cm-1范圍內(nèi)有3組較強(qiáng)的紅外吸收峰。

圖1　食品袋的紅外光譜(3 500～400 cm-1)

2.1　亞甲基伸縮振動(dòng)模式的紅外光譜

3 000～2 800 cm-1區(qū)域的一維紅外光譜如圖2(a)所示,主要是亞甲基C—H伸縮振動(dòng)模式的紅外吸收峰，其中2 924和2 853 cm-1處的強(qiáng)紅外吸收峰分別歸屬于亞甲基的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式νas(CH2)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)模式νs(CH2)。相對(duì)應(yīng)的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜和去卷積紅外光譜如圖 2(b)和2(c)所示。隨著測(cè)定溫度的升高，νas(CH2) 和 νs(CH2) 處紅外吸收峰的強(qiáng)度略有下降，但吸收頻率及峰型無(wú)明顯變化。

圖2　食品袋的紅外光譜(3 000～2 800 cm-1)

2.2　亞甲基變角振動(dòng)模式的紅外光譜

1 480～1 450 cm-1區(qū)域主要是亞甲基的變角振動(dòng)模式(δCH2)的紅外吸收峰。相應(yīng)的一維紅外光譜如圖 3(a)所示。亞甲基在1 472 cm-1和1 463 cm-1處裂分為雙峰，這主要是因?yàn)榫垡蚁┑慕Y(jié)晶度高，1個(gè)晶胞中的2個(gè)大分子會(huì)產(chǎn)生偶合振動(dòng)，引起亞甲基變角振動(dòng)譜帶分裂。相應(yīng)的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜和去卷積紅外光譜如圖3(b)和圖3(c)所示，分辨率高于傳統(tǒng)的一維紅外光譜，δCH2裂分雙峰可以得到很好的區(qū)分。隨著測(cè)定溫度的升高，δCH2的紅外吸收峰的強(qiáng)度略有下降，但吸收頻率及峰型無(wú)明顯變化。

圖3　食品袋的紅外光譜(1 480～1 450 cm-1)

2.3　甲基對(duì)稱變角振動(dòng)模式的紅外光譜

1 400～1350 cm-1區(qū)域的紅外光譜如圖4所示。由一維紅外光譜可見(jiàn)，1 377 cm-1附近較弱的吸收峰歸屬于甲基對(duì)稱變角振動(dòng)δs(CH3)的紅外吸收峰。相應(yīng)的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜和去卷積紅外光譜的分辨率顯著提高，在1 377 cm-1附近可以明顯發(fā)現(xiàn)δs(CH3)的紅外吸收峰。這主要是因?yàn)榫垡蚁┲破分械木垡蚁┎皇峭耆€性的，特別是低密度聚乙烯支鏈更多,這些支鏈通常帶有乙基側(cè)鏈。隨著測(cè)定溫度的升高，δs(CH3)的紅外吸收強(qiáng)度略有下降，但吸收頻率及峰型沒(méi)有變化。

圖4　食品袋的紅外光譜(1 350～1 400 cm-1)

2.4　烯烴基團(tuán)中亞甲基及次甲基面外彎曲振動(dòng)模式的紅外光譜

圖5　食品袋的紅外光譜(1 000～900 cm-1)

2.5　亞甲基面內(nèi)搖擺振動(dòng)模式的紅外光譜

750～700 cm-1區(qū)域的紅外光譜如圖6所示，主要是亞甲基面內(nèi)搖擺振動(dòng)模式(ρCH2)的紅外吸收峰。由一維紅外光譜可見(jiàn)，亞甲基在731 cm-1和720 cm-1附近裂分為雙峰，但該雙峰沒(méi)有完全分開。這主要是因?yàn)榫垡蚁┑慕Y(jié)晶度高，1個(gè)晶胞中的2個(gè)大分子會(huì)產(chǎn)生偶合振動(dòng)，引起聚乙烯中亞甲基的面內(nèi)搖擺振動(dòng)譜帶分裂。而相應(yīng)的二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜和去卷積紅外光譜的分辨率高于傳統(tǒng)的一維紅外光譜，ρCH2裂分雙峰可以得到很好的區(qū)分。隨著測(cè)定溫度的升高，731 cm-1和 720 cm-1處的紅外吸收峰的強(qiáng)度略有所下降，吸收頻率及峰型沒(méi)有變化。

圖6　食品袋的紅外光譜(750～700 cm-1)

綜合分析后確定食品袋中聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)如圖 7 所示。

圖7　食品保鮮袋中聚乙烯的分子結(jié)構(gòu)

3　結(jié)語(yǔ)

采用變溫紅外技術(shù)，在 20～120 ℃ 溫度范圍內(nèi)，通過(guò)一維紅外光譜、二階導(dǎo)數(shù)紅外光譜和去卷積紅外光譜對(duì)食品保鮮袋中聚乙烯分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明，聚乙烯分子含有乙烯側(cè)基和端乙烯基，并具有良好的熱穩(wěn)定性。

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