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環(huán)氧樹脂基合成琥珀的紅外光譜學(xué)研究
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天津市能譜科技有限公司

時(shí)間: 2017-10-04 瀏覽量: 4611

隨著琥珀的市場(chǎng)價(jià)值提高和資源逐漸減少,一些廉價(jià)的替代品被開發(fā)出來(lái)。除了利用琥珀碎屑再造以外,一些非琥珀成分的仿琥珀制品也充斥市場(chǎng)。特別是近期環(huán)氧樹脂與琥珀合成材料的出現(xiàn),挑戰(zhàn)了再造琥珀、仿琥珀的工藝方法,與天然琥珀極其相像。本文收集了撫順、緬甸琥珀以及環(huán)氧樹脂與這兩種琥珀各自合成的材料,使用傅立葉紅外變換光譜儀,采用反射法測(cè)試了所有樣品的紅外吸收光譜,并結(jié)合基底環(huán)氧樹脂的紅外吸收光譜對(duì)其進(jìn)行了比對(duì)性研究,可以發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂與琥珀合成后各自的譜峰歸屬。


關(guān)鍵詞:環(huán)氧樹脂 合成琥珀 紅外光譜   



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1、前言

這種最新的環(huán)氧樹脂與琥珀合成工藝,由占百分比的如下成分組成:天然琥珀顆?;蚍勰?0%~60%,雙酚A型環(huán)氧樹脂25%~30%,高強(qiáng)度固化劑20%~25%,色劑余量。該項(xiàng)技術(shù)所稱的合成琥珀由于采用天然琥珀作為主要原料,再由人工經(jīng)過(guò)200℃~300℃高溫使之產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)并溶合,經(jīng)過(guò)提純、固化和冷卻,形成琥珀合成材料。該種合成琥珀的特點(diǎn),是材料中溶入一定量的天然琥珀成分,不僅外觀上與天然琥珀極其相像,而且由于有效萃取了天然琥珀熒光成分,在長(zhǎng)短波紫外熒光下呈現(xiàn)與天然琥珀相同的熒光反應(yīng),透明度、凈度甚至比天然琥珀品質(zhì)還高,工藝精細(xì)、完美,形狀不受限制,可以生產(chǎn)各種類型的工藝品,應(yīng)用十分廣泛且價(jià)格低廉,有非常好的市場(chǎng)前景。該技術(shù)的重要意義在于,可以使十分珍貴且資源有限的天然琥珀碎料、廢料被有效利用,與傳統(tǒng)的琥珀再造和琥珀仿制工藝又有明顯區(qū)別。


琥珀再造和仿制品的寶石學(xué)研究前人已經(jīng)有很成熟的成果。再造琥珀是以天然琥珀顆?;蚍勰樵?,在高溫和壓力下使其粘結(jié)。其特點(diǎn)是材料中沒(méi)有其他成分,天然琥珀的成分基本沒(méi)有改變,但由于提純難度大,材料中的天然外皮或雜質(zhì)融化后難以與琥珀均勻混合,會(huì)在局部形成有規(guī)律的血絲和雜質(zhì),并且由于再造琥珀是在琥珀軟化并非完全融化時(shí)施加壓力粘結(jié),導(dǎo)致顆?;蚍勰┱辰Y(jié)時(shí)其邊緣會(huì)留下較明顯的結(jié)合痕跡,以上原因使再造琥珀的美觀程度大幅度降低,難以給人完美愉悅的感覺(jué)。仿琥珀則是使用聚苯乙烯、酚醛塑料、有機(jī)玻璃、賽璐珞、氨基塑料、醇胺樹脂等非琥珀原料,通過(guò)加入色劑、混合、固化、澆鑄或加工,生產(chǎn)出琥珀的仿制品。


華東大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王瑛博士等曾對(duì)類似的琥珀合成材料進(jìn)行過(guò)研究,與本技術(shù)不同的是,王瑛博士所研究的標(biāo)本是“使用琥珀碎屑與某些高分子材料混合后燒結(jié)而成,其外觀也表現(xiàn)出有不同物質(zhì)組成的特點(diǎn),且各組成部分的紫外熒光不同?!倍炯夹g(shù),是使用琥珀顆?;蚍勰┡c雙酚A型環(huán)氧樹脂通過(guò)高溫,使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并熔溶,通過(guò)提純,使其外觀表現(xiàn)看不到不同物質(zhì)組成的特點(diǎn),其紫外熒光下也不能發(fā)現(xiàn)其他組成部分。前者是使用物理方法使之燒結(jié),后者是使用物理、化學(xué)方法使之熔溶;前者各組成部分獨(dú)立存在,后者通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和提存各組成部分已融為一體;前者的紫外光下呈現(xiàn)的是高分子材料淺淡的熒光反應(yīng)中琥珀碎屑各自獨(dú)立的深色熒光;后者則為均勻的、一致的、類似于天然琥珀的熒光反應(yīng)。




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2、材料命名

材料被命名為合成琥珀,是從現(xiàn)代漢語(yǔ)“合成”的廣義定義和部分琥珀產(chǎn)地?cái)?shù)十年約定俗成稱呼的角度,充分研究GB/T16552《珠寶玉石名稱》、GB/T16553《珠寶玉石鑒定》和合成寶石學(xué)理論基礎(chǔ)上確定的。


《現(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》關(guān)于合成一詞共有兩種含義(1)由部分組成整體;(2)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)使成分比較簡(jiǎn)單的物質(zhì)變成成分復(fù)雜的物質(zhì)。本技術(shù)即是由琥珀、人工樹脂兩種簡(jiǎn)單物質(zhì)通過(guò)高溫產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)變成的成分復(fù)雜物質(zhì),完全符合合成的定義。


本技術(shù)的目的,是為了制作與天然琥珀更為接近的工藝品,并且琥珀成分也通過(guò)化學(xué)反應(yīng)融入到材料之中,依照究GB/T16552《珠寶玉石名稱》、GB/T16553《珠寶玉石鑒定》的相關(guān)規(guī)則,將其命名為再造琥珀(不添加其他成分)或仿琥珀(非琥珀材料)均不合適,結(jié)合中國(guó)琥珀產(chǎn)地遼寧撫順地區(qū)從二十世紀(jì)七十年代即開始加工合成琥珀的歷史和該地區(qū)對(duì)合成琥珀約定俗成的稱呼,將其定名為合成琥珀。其本質(zhì)屬于通過(guò)合成的方法制作的新型仿琥珀。


需要指出的是,這里所稱的合成琥珀與GB/T16552《珠寶玉石名稱》中所述的合成寶石并不是一個(gè)概念,所謂合成寶石是完全或部分為人工制造且自然界有已知對(duì)應(yīng)物的晶體、非晶質(zhì)體或集合體,其物理性質(zhì)、化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)與所對(duì)應(yīng)的天然珠寶玉石基本相同。主要是根據(jù)晶體生長(zhǎng)的基本理論,使用單晶的合成方法產(chǎn)出人工、半人工的無(wú)機(jī)合成材料。琥珀作為有機(jī)寶石目前尚無(wú)法使用單晶合成的方法,但由于合成琥珀的客觀存在以及近半個(gè)世紀(jì)的約定俗成的名稱沿用,并不能因此否定合成琥珀名稱的存在。



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3、樣品制備及實(shí)驗(yàn)方法

3.1樣品的來(lái)源


撫順琥珀+樹脂,緬甸琥珀+樹脂,環(huán)氧樹脂,撫順琥珀,緬甸琥珀樣品來(lái)源于撫順某合成琥珀生產(chǎn)廠。


3.2 FTIR測(cè)試


紅外光譜測(cè)試采用Spectrum GX傅里葉變換紅外光譜儀(Perkin-Elmer公司),分辨率為4cm-1,掃描信號(hào)累加32次,測(cè)試范圍為4000~400cm-1.



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4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

4.1純緬甸琥珀、撫順琥珀的紅外光譜特征


圖1.純緬甸琥珀、撫順琥珀的紅外光譜圖


從圖1發(fā)現(xiàn),緬甸琥珀中由飽和鍵C-H伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)吸收帶出現(xiàn)在2920.87cm-1(不對(duì)稱伸縮振動(dòng))和2866.25cm-1(對(duì)稱伸縮振動(dòng)),與之對(duì)應(yīng)的(-CH2-,-CH3)彎曲振動(dòng)的吸收峰出現(xiàn)在1455.66cm-1和1376.03cm-1,由此表明純緬甸琥珀的基本結(jié)構(gòu)為脂肪族結(jié)構(gòu)-1。由羰基C=O伸縮振動(dòng)[1-6]產(chǎn)生的吸收峰出現(xiàn)在1724.07cm-1和1696.08cm-1,1152.71cm-1是C-O伸縮振動(dòng)峰,對(duì)應(yīng)的C-O彎曲振動(dòng)峰出現(xiàn)在1027.13cm-1和974.02cm-1處。


從圖1.還可以發(fā)現(xiàn),撫順琥珀中由飽和鍵C-H伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)吸收帶出現(xiàn)在2927.09cm-1(不對(duì)稱)和2869.22cm-1(對(duì)稱),與之對(duì)應(yīng)的(-CH2-,-CH3)彎曲振動(dòng)的吸收峰出現(xiàn)在1456.43cm-1和1376.54cm-1,由此表明純撫順琥珀的基本結(jié)構(gòu)也為脂肪族結(jié)構(gòu)。由羰基C=O伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收峰出現(xiàn)在1721.17cm-1和1697.04cm-1,而1151.70cm-1是C-O伸縮振動(dòng)峰,對(duì)應(yīng)的C-O彎曲振動(dòng)峰則出現(xiàn)在1031.92cm-1和976.13cm-1處。


緬甸琥珀1226.36cm-1出現(xiàn)的O-H彎曲振動(dòng)峰比撫順琥珀對(duì)應(yīng)的1230.16cm-1處吸收明顯,這說(shuō)明緬甸琥珀中存在明顯的-COOH,這一點(diǎn)也表現(xiàn)在3525cm-1附近O-H鍵吸收略強(qiáng)。


另外對(duì)比兩者琥珀中的特征峰1724 cm-1和1695 cm-1附近的吸收峰強(qiáng)度比可見(jiàn):緬甸琥珀的1724 cm-1處吸收峰大于1695 cm-1的吸收峰,而撫順琥珀的1724 cm-1處吸收峰明顯小于1695 cm-1的吸收峰,因此,充分利用各類琥珀中都存在的由羰基C=O伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收峰在1724cm-1和1695cm-1吸收比的變化規(guī)律,建立各地不同品種的琥珀標(biāo)準(zhǔn)紅外譜圖庫(kù),分析合成琥珀中兩個(gè)特征吸收峰重疊后的弱吸收偏移量,可用于合成琥珀中加入琥珀的產(chǎn)地的鑒別。


圖1中緬甸和撫順琥珀都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與環(huán)外雙鍵C=C相關(guān)聯(lián)[1-6]的3082 cm-1,1645 cm-1, 889 cm-1附近的一組吸收峰,環(huán)外雙鍵在漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化中已經(jīng)消失。


4.2純環(huán)氧樹脂的紅外光譜特征


圖2.純環(huán)氧樹脂的紅外光譜圖


圖2為純環(huán)氧樹脂的紅外光譜圖,其中3418.70cm-1是O-H伸縮振動(dòng)特征峰,3035.39cm-1是苯環(huán)上C-H鍵伸縮振動(dòng)峰, 1509.13cm-1和1607.29cm-1處是苯環(huán)特征吸收峰,697.90cm-1、769.77cm-1是環(huán)氧樹脂中苯環(huán)峰。827.26cm-1和915.16cm-1處是環(huán)氧基特征吸收峰,1033.73 cm-1是C-O鍵的吸收峰,純環(huán)氧樹脂中沒(méi)有1724附近琥珀的C=O特征吸收峰。


4.3合成琥珀的紅外光譜特征



圖3合成琥珀的紅外光譜圖




圖4、圖3的局部放大圖


圖3中上面是撫順琥珀+樹脂合成琥珀的譜圖,中間是為緬甸琥珀+樹脂合成琥珀的譜圖,下面是純樹脂的對(duì)比圖。從圖3得知,緬甸琥珀+樹脂合成琥珀中1724cm-1附近的吸收峰不明顯,對(duì)譜圖放大后發(fā)現(xiàn)1741.06 cm-1的弱吸收峰(如圖4所示)包含了微弱的1724.42 cm-1吸收峰,而1152.71cm-1、1027.13cm-1

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