Анализ полимеров по продуктам пиролиза

По продуктам пиролиза проводят идентификацию полимерных соединений, нерастворимых клеев, каучуков и резин, для которых невозможно получить ИК спектры другими способами пробоподготовки. Получаемые при пиролизе жидкие продукты разложения можно нанести на окошко из оптического материала или спрессовать таблетку с KBr. Метод пиролиза незаменим в исследованиях полимерной основы саженаполненных резин и проводится после экстракции частиц резины органическими растворителями (хлороформом, этанолом) для удаления из резины пластификаторов и мягчителей.

Технически пиролиз может быть выполнен в достаточно простом варианте. Микрочастицы резины или другого полимерного материала (около 10 мг) следует поместить в середину стеклянного капилляра длиной 10 см. Затем нагреть участок капилляра, где находятся частицы пробы, в течение 10-15 сек до появления капель жидкого пиролизата на конце капилляра. После этого следует отломить конец капилляра с каплями пиролизата и смыть продукты пиролиза хлороформом в агатовую ступку или на окошко из оптического материала. При этом получаются вполне удовлетворительные ИК спектры продуктов пиролиза.

Как было установлено, в большинстве случаев спектры пиролизатов полимеров похожи на спектры исходных мономеров тем, что в них проявляются полосы поглощения групп, отсутствующих в полимере (например, изоцианатная группа в полиуретане). Кроме того, регистрируемые ИК спектры вполне воспроизводимы (исключение составляют некоторые хлорированные каучуки, при пиролизе которых образуется большое количество газообразных продуктов). В редких случаях, если при пиролизе образуется большое количество летучих соединений, то пиролиз можно проводить в запаянном капилляре с последующим исследованием продуктов пиролиза в газовой кювете.

6. Практические работы по применению Фурье ик-спектроскопии для исследования полимеров Работа 1.

Качественный структурно-групповой анализ мономера и полимера

Цель работы

1. Получение ИК спектров мономера и полимера и идентификация их по наиболее интенсивным полосам поглощения с использованием данных корреляционных таблиц.

2. Сравнение спектров мономера и полимера и объяснение наблюдаемых различий.

Образцы и реактивы

• Образцы мономера и полимера в соответствии с заданием. Например: ММА – ПММА, стирол – полистирол, терефталевая кислота-этиленгликоль – ПЭТФ;

• Калибровочные пленки полистирола;

• Порошок KBr для ИК-спектроскопии;

• Вазелиновое масло для ИК-спектроскопии;

• Хлороформ перегнанный;

• Вата медицинская вискозная.

Оборудование

• ИК Фурье – спектрометр Nicolet 380;

• Кювета разборная с вкладышами, 1 шт.;

• Набор прокладок к кювете;

• Пипетки, шприцы, шпатели, лабораторная посуда;

• Агатовая ступка с пестиком.

Методика выполнения работы

• Прибор не требует никаких операций по включению, он находится в постоянно включенном состоянии.

• Включают управляющий компьютер и запускают программу OMNIC.

• Устанавливают режим съемки, предусматривающий съемку спектра сравнения перед серией образцов (не перед каждым спектром образца).

• Регистрируют спектр атмосферы пустого кюветного отделения и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

• Проверяют работоспособность прибора по пленке полистирола, для чего калибровочную пленку полистирола толщиной 25 мкм вставляют в держатель кюветы в кюветном отделении прибора и записывают спектр. Полученный спектр отождествляют со спектром эталона по характерным полосам поглощения в интервале 3100-2800 см^-1 и 2000-700 см^-1.

Измерение ИК-спектра жидкого мономера.

1. Собирают разборную кювету с вкладышем 0.1 мм.

2. Закрепляют пустую кювету в держатель кюветы кюветного отделения прибора.

3. Регистрируют спектр пустой кюветы и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

4. Извлекают кювету и заполняют ее исследуемым мономером при помощи двух шприцев в соответствии с инструкцией к разборной кювете.

5. Закрепляют заполненную кювету с образцом в держатель кюветного отделения спектрометра.

6. Регистрируют спектр кюветы с образцом и производят визуально ориентировочную оценку спектра раствора по проценту пропускания. Если спектр не удовлетворяет оптимальным условиям съемки, уменьшают или увеличивают первоначально выбранную толщину слоя и повторяют операции. Если спектр удовлетворяет условиям съемки, регистрируют спектр в широком интервале волновых чисел с вычитанием спектра пустой кюветы.

7. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в памяти компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

8. Извлекают кювету, промывают ее хлороформом, разбирают, протирают поверхность ватой смоченной хлороформом, помещают в эксикатор для хранения.

9. Используя табличные данные (см. приложение), интерпретируют наиболее интенсивные полосы поглощения исследуемого мономера.

10. Составляют описание спектра с отнесением полос.

Измерение ИК-спектра твердого мономера методом паст.

1. Помещают каплю вазелинового масла между двумя окошками разборной кюветы

2. Собирают разборную кювету без вкладыша.

3. Закрепляют кювету в держатель кюветы кюветного отделения прибора.

4. Регистрируют спектр кюветы с вазелиновым маслом без вещества и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

5. Из кристаллического мономера приготавливают суспензию, при этом тщательно растирают в агатовой ступке 20-50 мг исследуемого вещества с 5 каплями вазелинового масла. Полученную суспензию помещают между окошками разборной кюветы и собирают кювету без вкладыша, как описано выше.

6. Закрепляют заполненную кювету с образцом в держатель кюветного отделения спектрометра.

7. Регистрируют спектр кюветы с образцом и производят визуально ориентировочную оценку спектра по проценту пропускания. Если спектр не удовлетворяет оптимальным условиям съемки, уменьшают или увеличивают первоначально выбранную концентрацию мономера в суспензии в вазелиновом масле и повторяют операции. Если спектр удовлетворяет условиям съемки, регистрируют спектр в широком интервале волновых чисел с вычитанием спектра сравнения.

8. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в память компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

9. Извлекают кювету, промывают ее хлороформом, разбирают, протирают поверхность ватой смоченной хлороформом, помещают в эксикатор для хранения.

10. Используя табличные данные (см. приложение), интерпретируют наиболее интенсивные полосы поглощения исследуемого мономера.

11. Составляют описание спектра с отнесением полос.

Измерение ИК-спектра твердого мономера методом таблеток

1. В агатовой ступке тщательно растирают 5-7 мг кристаллического мономера, добавляют 50-70 мг измельченного KBr для ИК-спектроскопии и тщательно перемешивают без растирания.

2. Собирают разборный ручной пресс таблеток для прессования таблеток диаметром 5 мм в соответствии с инструкцией к прессу.

3. На матрицу помещают резиновое кольцо соответствующего диаметра, в полость матрицы помещают измельченный образец. Избыток порошка удаляют (выравнивают поверхность) шпателем. Вставляют кольцевую матрицу с резиновым кольцом в пресс на микро-наковальню, вставляют пуансон и прессуют таблетку.

4. Извлекают таблетку вместе с кольцевой матрицей из пресса, удаляют резиновую прокладку, и помещают в держатель таблеток вместе с кольцевой матрицей (таблетку не извлекают) в соответствии с инструкцией к держателю таблеток.

5. Регистрируют спектр атмосферы пустого кюветного отделения и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

6. Держатель с таблеткой закрепляют в держателе кюветного отделения спектрометра. Регистрируют спектр и производят визуально ориентировочную оценку спектра образца по проценту пропускания. Если спектр не удовлетворяет оптимальным условиям съемки, уменьшают или увеличивают соотношение мономера и KBr в таблетке и повторяют операции. Если спектр удовлетворяет условиям съемки, регистрируют спектр в широком интервале волновых чисел с вычитанием спектра сравнения.

7. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в память компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

8. Извлекают держатель, выпресовывают таблетку из матрицы в соответствии с инструкцией к прессу, промывают матрицу и пуансон хлороформом, протирают поверхность ватой смоченной хлороформом и сушат. Резиновое кольцо протирают ватой смоченной хлороформом и сушат.

9. Используя табличные данные (см. приложение), интерпретируют наиболее интенсивные полосы поглощения исследуемого мономера.

10. Составляют описание спектра с отнесением полос.

Измерение ИК-спектра раствора полимера.

1. Готовят раствор полимера. Концентрацию раствора подбирают с учетом молекулярной массы полимера так, чтобы полученный раствор не был чрезмерно вязким. Концентрация полимера в растворе должна быть не более 10% по весу. Предпочтительная концентрация 1-5%.

2. В качестве растворителя предпочтительно использовать легко летучие растворители негигроскопичные и несмешивающиеся с водой, такие как хлороформ, хлористый метилен, четыреххлористый углерод, тетрахлорэтан и т.д.

3. Собирают кювету с произвольной выбранной толщиной слоя (предпочтительно 0.1-0.5 мм) и заполняют её растворителем при помощи двух шприцев в соответствии с инструкцией к кювете и в соответствии с методикой описанной выше .

4. Помещают кювету с растворителем в кюветное отделение спектрометра. Регистрируют спектр кюветы с растворителем и производят визуально ориентировочную оценку спектра раствора по проценту пропускания. Если спектр не удовлетворяет оптимальным условиям съемки, уменьшают первоначально выбранную толщину слоя и повторяют операции. Если спектр удовлетворяет условиям съемки, запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

5. Извлекают кювету и заполняют ее исследуемым раствором полимера при помощи двух шприцев в соответствии с инструкцией к разборной кювете.

6. Помещают кювету с раствором полимера в кюветное отделение спектрометра. Регистрируют спектр кюветы и производят визуально ориентировочную оценку спектра раствора по проценту пропускания. Если спектр не удовлетворяет оптимальным условиям съемки, уменьшают или увеличивают первоначально выбранную концентрацию полимера в растворе или толщину слоя и повторяют операции. Если спектр удовлетворяет условиям съемки, регистрируют спектр в широком интервале волновых чисел с вычитанием спектра сравнения.

7. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в память компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

8. Извлекают кювету, промывают ее хлороформом, разбирают, протирают поверхность ватой смоченной хлороформом, помещают в эксикатор для хранения.

9. Используя табличные данные (см. приложение), интерпретируют наиболее интенсивные полосы поглощения исследуемого мономера.

10. Составляют описание спектра с отнесением полос.

Измерение ИК-спектра твердого полимера методом паст.

1. Помещают каплю вазелинового масла между двумя окошками разборной кюветы

2. Собирают разборную кювету без вкладыша.

3. Закрепляют кювету в держатель кюветы кюветного отделения прибора.

4. Регистрируют спектр кюветы с вазелиновым маслом без вещества и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

5. Из твердого полимера приготавливают суспензию, при этом тщательно растирают в агатовой ступке 20-50 мг исследуемого вещества с 5 каплями вазелинового масла. Полученную суспензию помещают между окошками разборной кюветы и собирают кювету без вкладыша, как описано выше.

6. Закрепляют кювету с образцом в держатель кюветного отделения спектрометра.

7. Регистрируют спектр кюветы с образцом и производят визуально ориентировочную оценку спектра суспензии по проценту пропускания. Если спектр не удовлетворяет оптимальным условиям съемки, уменьшают или увеличивают первоначально выбранную концентрацию полимера в суспензии в вазелиновом масле и повторяют операции. Если спектр удовлетворяет условиям съемки, регистрируют спектр в широком интервале волновых чисел с вычитанием спектра сравнения.

8. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в память компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

9. Извлекают кювету, промывают ее хлороформом, разбирают, протирают поверхность ватой смоченной хлороформом, помещают в эксикатор для хранения.

10. Используя табличные данные (см. приложение), интерпретируют наиболее интенсивные полосы поглощения исследуемого мономера.

11. Составляют описание спектра с отнесением полос.

Измерение ИК-спектра твердого полимера методом таблеток

1. В агатовой ступке тщательно растирают 5-7 мг полимера, добавляют 50-70 мг измельченного KBr для ИК-спектроскопии и тщательно перемешивают без растирания.

2. Собирают разборный ручной пресс таблеток для прессования таблеток диаметром 5 мм в соответствии с инструкцией к прессу.

3. На матрицу помещают резиновое кольцо соответствующего диаметра, в полость матрицы помещают измельченный образец. Избыток порошка удаляют (выравнивают поверхность) шпателем. Вставляют кольцевую матрицу с резиновым кольцом в пресс на микро-наковальню, вставляют пуансон и прессуют таблетку.

4. Извлекают таблетку вместе с кольцевой матрицей из пресса, удаляют резиновую прокладку, и помещают в держатель таблеток вместе с кольцевой матрицей (таблетку не извлекают) в соответствии с инструкцией к держателю таблеток.

5. Регистрируют спектр атмосферы пустого кюветного отделения и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

6. Держатель с таблеткой закрепляют в держателе кюветного отделения спектрометра. Регистрируют спектр и производят визуально ориентировочную оценку спектра образца по проценту пропускания. Если спектр не удовлетворяет оптимальным условиям съемки, уменьшают или увеличивают соотношение полимера и KBr в таблетке и повторяют операции. Если спектр удовлетворяет условиям съемки, регистрируют спектр в широком интервале волновых чисел с вычитанием спектра сравнения.

7. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в память компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

8. Извлекают держатель, выпресовывают таблетку из матрицы в соответствии с инструкцией к прессу, промывают матрицу и пуансон хлороформом, протирают поверхность ватой смоченной хлороформом и сушат. Резиновое кольцо протирают ватой смоченной хлороформом и сушат.

9. Используя табличные данные (см. приложение), интерпретируют наиболее интенсивные полосы поглощения исследуемого мономера.

10. Составляют описание спектра с отнесением полос.

Измерение ИК-спектра твердого полимера методом плёнок

1. Готовят образцы пленок полимера методом полива на подложку из ацетатцеллюлозной пленки. Толщина пленки около 25 мкм.

2. Если молекулярная масса полимера недостаточна для образования прочной пленки то этот метод непригоден.

3. Образец пленки размером 20х20мм помещают на держатель пленок и фиксируют магнитным прижимом в соответствии с инструкцией к держателю пленок.

4. Регистрируют спектр атмосферы пустого кюветного отделения и запоминают его как спектр сравнения, который следует вычитать из спектра образца при каждом скане.

5. Держатель с пленкой закрепляют в держателе кюветного отделения спектрометра. Регистрируют спектр и производят визуально ориентировочную оценку спектра образца по проценту пропускания. Если спектр не удовлетворяет оптимальным условиям съемки, уменьшают или увеличивают толщину пленки и повторяют операции. Если спектр удовлетворяет условиям съемки, регистрируют спектр в широком интервале волновых чисел с вычитанием спектра сравнения.

6. Выводят спектр в рабочее окно программы, корректируют базовую линию, запоминают спектр в память компьютера и распечатывают в координатах пропускание – волновое число.

7. Извлекают дер пленку полистирола толщиной 25 мкм жатель пленки, удаляют пленку. Используя табличные данные (см. приложение), интерпретируют наиболее интенсивные полосы поглощения исследуемого мономера.

8. Составляют описание спектра с отнесением полос.