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红外光谱 (ATR) 法鉴别PP和ABS塑料下水管材质

                目前市场上水槽塑料下水管常用的有PP (聚丙烯) 塑料管、ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物) 塑料管等几种。其中PP管硬度高、韧性差、抗化学腐蚀、耐高温。ABS管具有较高的耐冲击强度和表面硬度, 在-40℃~100℃范围内仍能保持韧性、坚固性和刚性, 耐化学腐蚀性好, 拉伸强度高。表面光滑, 具有优良的抗沉积性, 并能保持热量, 不使油污固化、结渣和阻塞管道。且ABS管硬度低, 韧性好, 不容易沾油、结块, 所以ABS管作为卫生洁具 (水槽、面盆) 的下水管更加合适。
 
PP和ABS两种材质的下水管在人们的日常生活中, 从外观上难以进行辨别。本文采用傅立叶红外光谱仪 (ATR:Attenuated Total Refraction, 衰减全反射) 法对下水管材质进行快速鉴别, 为下水管材质的检验检测提供了有效的技术支持。此检验方法特征性好, 所需试样少, 几乎不破坏样品, 分析时间短, 结果准确可靠[1]。
 
1 实验操作
1.1 实验仪器设备
傅立叶红外光谱仪, 水平ATR装置。
 
1.2 实验样品
两件下水管样品 (1号、2号) 。
 
1.3 实验目的
快速鉴别两件下水管样品的材质。
 
1.4 实验步骤
(1) 实验参数设定
 
扫描范围设定为4000cm-1~650cm-1, 分辨率设定为4cm-1, 扫描次数设定为32次, 扫描背景光谱。
 
(2) 在下水管样品上切下一块小薄片 (几乎不破坏样品) , 直接置于水平ATR仪锗晶体表面上, 薄片尺寸可盖住锗晶体 (直径2mm) 即可, 压头压平。
 
(3) 样品扫描约1min, 即可采集到下水管样品的红外光谱谱图, 如图1、图2所示。
 
图1 1号下水管红外光谱图Fig.1 Infrared spectrum of No.1 drain pipe

 
 
图2 2号下水管红外光谱图Fig.2 Infrared spectrum of No.2 drain pipe

 
 
 
(4) 对采集到的下水管样品的红外光谱图进行处理分析。
 
2 结果分析
分析图3可得, PP的红外标准谱图[2,3]的特征峰出现在972cm-1、1165cm-1、1376cm-1、1460cm-1、2868cm-1、2952cm-1等波数附近。PP谱图的一个主要特点是出现在1165cm-1和972cm-1处的[CH2CH (CH3) ]n的特征峰。由于PP每两个碳就有一个甲基支链, 因此除了出现在1460cm-1处的CH2弯曲振动外, 还有很强的甲基弯曲振动谱带出现在1376cm-1附近。另外, CH2的伸缩振动与CH3和CH的伸缩振动叠加在一起, 在2800cm-1~3000cm-1处出现了多重峰。甲基的吸收峰出现在1377cm-1、2868cm-1和2952cm-1处, 还有甲基的扭曲变形振动与亚甲基的扭曲变形振动吸收峰重叠并轻微漂移到1460cm-1附近。
 
图3 PP红外标准谱图 (出自设备谱图库) Fig.3 Infrared standard spectrum of PP (from the device spectrum library)

 
 
 
分析图4可得, ABS的红外光谱[4]特征峰出现在1454cm-1、1494cm-1、1577cm-1、1598cm-1、3000cm-1、3023cm-1和3061cm-1等波数附近。其中包括聚丙烯腈的红外特征峰:氰基C≡N的伸缩振动峰2237cm-1。聚丁二烯的红外特征峰:1, 4-反式二取代烯烃中=C-H的面外弯曲振动峰966cm-1。聚苯乙烯的红外特征峰:苯环上C-H的伸缩振动峰3000cm-1、3023cm-1、3061cm-1和3084cm-1;乙烯基上C-H伸缩振动峰2923cm-1和2853cm-1;苯环的骨架振动峰1494cm-1、1577cm-1、1598cm-1;苯环上C-H的面外弯曲振动产生的较强的峰700cm-1、760cm-1;还有苯环上C-H的面内弯曲振动峰1028cm-1。
 
图4 ABS红外标准谱图 (出自设备谱图库) Fig.4 Infrared standard spectrum of ABS (from the device spectrum library)

 
对比图1~图4红外光谱图, 观察红外特征峰的位置, 可以看出:图1与图3、图2与图4物质的红外特征峰出现的位置整体仅存在微小偏差。由此可得, 图1与图3物质是同一种材质, 即1号样品为PP材质下水管;图2与图4物质是同一种材质, 即2号样品为ABS材质下水管。
 
3 结论
实验证明, 红外光谱法是对聚合物进行成分分析的有效手段[5,6], 在鉴别下水管材质过程中对样品需求量小, 几乎不破坏样品, 不消耗检材, 具有特征性好、检出速度快、准确度高的特点, 能简捷准确地鉴别出塑料下水管材质的种类。