涂料是一種用途**的涂覆在被保護(hù)或被裝飾的物體表面的高分子材料。一般來說，涂料由三個(gè)部分組成，它們是成你  膜物質(zhì)(樹脂、乳液)、顏料(包括體質(zhì)顏料)、溶劑和添加劑(助劑)。涂料除了具有美觀裝飾的作用外，更重要的是保護(hù)設(shè)備免受酸堿、潮濕等惡劣環(huán)境的腐蝕。因此，加強(qiáng)涂料產(chǎn)品的質(zhì)量管理和分析顯得尤為重要。

紅外光譜儀是利用物質(zhì)對(duì)不同波長的紅外輻射的吸收特性，進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成分析的儀器。紅外光譜儀作為一種現(xiàn)代化分析儀器，其對(duì)大部分物質(zhì)都具有高度的特征性，可以分析材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化和特征官能團(tuán)的存在，不受被樣品狀態(tài)的限制，測定的樣品可為固體、液體或氣體，有機(jī)、無機(jī)、高分子化合物等都可測定，具有操作簡便、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，成為涂料組成分析的**分析儀器之一。紅外光譜儀通常由光源、單色器、探測器和計(jì)算機(jī)處理信息系統(tǒng)組成。根據(jù)分光裝置的不同，分為色散型和干涉型。

紅外光譜分析的優(yōu)缺點(diǎn)

紅外光譜分析是目前鑒定涂料中有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)應(yīng)用***的方法之一，它具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)不受樣品相態(tài)的限制。無論樣品是固態(tài)、液態(tài)還是氣態(tài)，是有機(jī)化合物還是無機(jī)化合物，是純物質(zhì)還是混合物，都可以采用紅外光譜分析方法進(jìn)行測定。

(2)分析時(shí)間短。一般來說，包括制樣在內(nèi)，紅外光譜測試工作可在10min左右完成，再通過人工檢索譜圖，一般可在10～30min完成分析。若用計(jì)算機(jī)進(jìn)行檢索，只需幾分鐘內(nèi)便可完成檢索，工作效率高。

(3)特征性好。由于不同種類的涂料使用的有機(jī)化合物不同，其紅外分子振動(dòng)形式也不同，因此，每一種涂料都有其特定的紅外吸收光譜，其吸收峰的數(shù)目、頻率、形狀和強(qiáng)度都不盡相同。

(4)樣品用量少。對(duì)固體和液體樣品，只需幾微克至幾十毫克。對(duì)氣體試樣約需幾毫升至幾百毫升。

紅外光譜分析的局限性表現(xiàn)為：

(1)涂料中某些物質(zhì)不能產(chǎn)生紅外吸收峰，紅外光譜分析不適用。此外，紅外光譜分析無法對(duì)具有不同分子量的同一種高分子聚合物或同一化合物的旋光異構(gòu)體進(jìn)行鑒別。

(2)紅外光譜進(jìn)行定量分析時(shí)誤差較大，分析靈敏度低，難度也較大。

紅外光譜分析在涂料檢測中的應(yīng)用

紅外光譜*重要的應(yīng)用是中紅外區(qū)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)鑒定。在實(shí)際工作中接觸到的各種各樣色漆、清漆、顏料、填料、涂層等的官能團(tuán)分析、原料純度檢查、化學(xué)反應(yīng)監(jiān)視、未知物剖析中，紅外光譜法發(fā)揮著重要的作用。目前紅外光譜分析**用于涂料原料的定性分析、質(zhì)量管控和涂層失效分析等方面。

(1)對(duì)原料進(jìn)行定性分析。采用紅外光譜對(duì)涂料用原料進(jìn)行定性分析很可靠，如可以采用紅外光譜對(duì)鈦白粉、碳酸鎂粉、碳酸鈣等涂料原材料進(jìn)行純度鑒定。通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較，可以確定化合物的結(jié)構(gòu)；對(duì)于未知樣品，通過官能團(tuán)、取代基位置、氫鍵結(jié)合、順反異構(gòu)以及絡(luò)合物的形成等結(jié)構(gòu)信息可以推測結(jié)構(gòu)。

將試樣的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)的紅外光譜進(jìn)行比對(duì)對(duì)照。依據(jù)光譜峰位、波數(shù)、峰形等特征一致性判定兩者化合物的相似性及純度。

圖2為環(huán)氧涂料原料與標(biāo)準(zhǔn)曲線紅外光譜對(duì)比圖，經(jīng)過譜圖匹配顯示，試樣的紅外譜圖與標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖在峰位、波數(shù)、峰形的特征三要素上均有較高的一致性，可判斷兩者主要成分相同，并具有接近的純度，同時(shí)軟件給出兩者譜圖匹配值達(dá)到94.06%，譜圖重合度高。

(2)對(duì)涂料質(zhì)量進(jìn)行管控。開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)，可通過分析官能團(tuán)的變化，來指導(dǎo)合成條件和工藝配方，為選擇確定*佳工藝路線、*佳配方提供依據(jù)，如可用紅外光譜法跟蹤分析環(huán)氧樹脂、聚氨酯等涂料的固化機(jī)理，由OH—基團(tuán)的變化可推斷出環(huán)氧樹脂的固化條件和固化時(shí)間，由OH—和NCO—基團(tuán)的變化來判斷聚氨酯涂料的固化條件和固化時(shí)間。圖3中展示了聚氨酯涂料在固化前后的紅外光譜圖。其中比較明顯的是涂料固化后在2360cm^-1處的吸收峰完全消失，該峰表示N=C=O伸縮振動(dòng)峰，異氰酸酯基化合物完全參與反應(yīng)，形成新的化合物。位于3447cm^-1處的吸收峰表示-OH的伸縮振動(dòng)，其峰值也在固化后有一定程度的減弱，也能證明涂料在發(fā)生固化反應(yīng)。

(3)對(duì)涂層失效進(jìn)行分析。涂層失效的重要原因之一是涂料施工前底材被污染。*常遇到的污染物是潤滑油和礦物油，它們是引起涂層附著力降低的主要原因。通常有兩種方法對(duì)潤滑油和礦物油進(jìn)行測定。如果涂層屬于熱固性涂層，而且涂層樣品尺寸在2cm以上，可用注射器吸取2mL左右的己烷洗滌涂層的背面。然后將萃取液制備成涂片，利用紅外光譜進(jìn)行分析，即可得到高質(zhì)量的紅外光譜圖。另一種方法是采用衰減全反射分析，該方法不僅適用于熱固性涂層，也適用于熱塑性涂層。

圖4是水性丙烯酸聚氨酯面漆體系在3種老化試驗(yàn)中的紅外吸收光譜圖，1727cm^-1和1165cm^-1處酯C==O峰和肪族醚—O—明顯減弱，在2955cm^-1處吸收峰明顯減弱，表示CH₂基團(tuán)在老化中消失。

聚氨酯涂層老化主要是氨基甲酸酯的斷裂，有兩種斷裂形式：一種是C—N鍵斷裂，生成氨基自由基和烷基自由基，并釋放出CO₂；另一種是C==O鍵斷裂生成氨基甲酰自由基和烷氧基自由基，而氨基甲酰自由基分解成氨基自由基和CO₂。從上述峰位變化可見，該涂層體系中C==O峰位有不同程度的減弱，說明這兩種涂層老化是C==O分解，老化機(jī)理以第2種為主。

(4)目前紅外光譜技術(shù)的發(fā)展已使紅外光譜的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了對(duì)樣品進(jìn)行簡單的常規(guī)測試并從而推斷化合物的組成的階段。紅外光譜儀與其他多種測試手段聯(lián)用衍生出許多新的分子光譜領(lǐng)域，例如，紅外光譜儀與色譜技術(shù)聯(lián)合為深化認(rèn)識(shí)復(fù)雜的混合物體系中各種組份的化學(xué)結(jié)構(gòu)創(chuàng)造了機(jī)會(huì)；把紅外光譜儀與顯微鏡方法結(jié)合起來，形成紅外成像技術(shù)，用于研究非均相體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)，由于紅外光譜能利用其特征譜帶有效地區(qū)分不同化合物，這使得該方法具有其他方法難以匹敵的化學(xué)反差。使用紅外光譜儀對(duì)材料進(jìn)行定性分析，**應(yīng)用于各大、專院校，科研院所及廠礦企業(yè)。