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拉曼光譜技術快速鑑別尼龍6及尼龍66
2023/06/06
尼龍介紹
Nylon 6或又稱PA6（(C6H11NO)n）為聚己內醯胺，而Nylon66或又稱PA66（[-NH（CH2）6-NHCO(CH2)4CO]n）為聚己二酸己二胺。兩種材料都是常用的化工原料，被廣泛用於汽車、機械、電子、 紡織等行業，但是兩者物理性質差別較大， 比如耐熱性、耐磨性、韌性、耐酸性、吸水性以及機械強度差別非常大，因此兩者的加工方式及其延伸產品的物理性能會存在差異。雖然巨觀上兩種材料的差異不大，但是通過顯微圖片，見圖1，可發現兩種材料的微觀表面形貌有明顯差異，所以在材料加工行業中，需要一種更為準確的方法來鑑別兩種材料，從而確保加工過程中的正確性，以及為產品品質保證提供有力的手段。
圖1. 尼龍6及尼龍66顯微鏡下的影像
尼龍間的差異
Nylon 6和Nylon 66兩種聚合物分子結構中的羰基（O=C-）和醯胺基（O=C-N-H2）都彼此相鄰，但是兩種分子結構中所含有的CH2的個數不同，Nylon 6的每個重複單元中含有5個-CH2，而Nylon 66結構中含有兩個不同長度的-CH2重複單元鏈，其中一個為4個-CH2單元重複鏈，另一個為6個-CH2單元重複鏈，即官能基振動類似而分子骨架振動有差異。
圖2. 尼龍6及尼龍66的分子結構
尼龍在拉曼及紅外量測的光譜差異
拉曼光譜和紅外光譜同屬於分子振動光譜範疇，其中紅外光譜技術主要是分子對紅外光的吸收，與分子振動的偶極矩變化相關，主要體現分子的官能基團振動。而拉曼光譜技術主要是分子對激發光的散射效應，是分子極化率改變的結果，分子的骨架振動在拉曼光譜中體現非常明顯，兩者結果互相補充，可以獲得分子振動的幾乎全部訊息。另外分子振動的微小變化，比如空間排列等微小變化都可引起拉曼光譜發生變化，並且拉曼峰形更加尖銳，辨識性高。傳統的方法是透過紅外光譜對這兩種材料進行分辨檢測。
圖3. 尼龍6及尼龍66的紅外光譜
圖3顯示兩種聚合物的紅外光譜雖然存在一定差別，但是差異不明顯。主要體現的是個別峰高比例和一些微小區別，在區分兩種聚合物檢測上相對困難。
尼龍光譜解析
本實驗採用ThermoFisher DXR3拉曼光譜儀對這兩種材料進行檢測。發現這兩種聚合物的骨架結構振動在拉曼光譜中區別明顯，不僅峰值位置不同，而且峰型及個數都有非常明顯的差異。從圖4中可以看到，在3000 cm-1附近、1200-1350 cm-1、900-1000 cm-1兩種物質的拉曼峰有明顯的差異。所以相對兩種聚合物的紅外光譜圖，其拉曼光譜圖更容易鑑別這兩種結構類似的聚合物。
圖4. 尼龍6及尼龍66的拉曼光譜
