Phương pháp phổ hồng ngoại được dùng để nghiên cứu tương tác giữa các nhóm chức của các polyme thành phần hay giữa chất tương hợp với các polyme thành phần... Nếu pic hấp thụ đặc trưng cho các nhóm chức của các polyme thành phần được giữ nguyên trong phổ hồng ngoại của polyme blend thì các polyme này không tương hợp.
Ngược lại, nếu trong polyme blend xuất hiện các pic hấp thụ đặc trưng mới (tạo thành do phản ứng hoá học giữa các nhóm chức) hay có chuyển dịch pic đặc trưng của các nhóm chức so với các pic đặc trưng của nó trong polyme thành phần (do tương tác đặc biệt), có thể dự đoán các polyme tương hợp một phần. Quá trình ghi phổ hồng ngoại được tiến hành trên máy quang phổ hồng ngoại hoặc thiết bị quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR)... [1, 2, 11, 76-79].
Số sóng (cm-1)
Hình II.20. Phổ FTIR của các polyme blend PBT/PVB và c-PBT/PVB [81].
J. R. Khurma, D. R. Rohindra và cộng sự đã nghiên cứu phổ hồng ngoại FTIR của màng polyme blend PLA/poly(vinyl butyral) (PVB). Hai polyme này đều có nhóm cacbonyl trong đại phân tử và vị trí số sóng đặc trưng cho nhóm cacbonyl của PLA (ở 1760cm-1) cho biết có sự tương tác giữa các nhóm cacbonyl của PLA và PVB trong polyme blend hay không. Trên phổ hồng ngoại của polyme blend PLA/PVB ở các tỷ lệ khác nhau không có sự chuyển dịch pic đặc trưng của nhóm này hay bất kỳ một nhóm nào khác của PLA và PVB. Điều này cho thấy giữa 2 polyme PLA và PVB không có bất cứ tương tác nào và 2 polyme này không tương hợp [80].
A. R. Tripathy, W. Chen và cộng sự đã so sánh phổ hồng ngoại của các màng polyme blend trên cơ sở poly(butylen terephtalat) và poly(vinyl butyral) (PBT/PVB) và polyme blend từ polyme tạo thành tại chỗ (in situ) do phản ứng trùng hợp oligome vòng của PBT (c-PBT) và trộn hợp nó với PVB có mặt chất xúc tác stannoxan. Không có sự thay đổi cường độ pic đặc trưng cho dao động hoá trị nhóm OH (ở 3610cm-1) của PVB trong polyme blend PBT/PVB (60/40) so với PVB. Ngoài ra, không có sự dịch chuyển pic hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị nhóm cacbonyl của este (ở 1730cm-1) trong PBT khi tăng tỷ lệ PBT trong polyme blend. Như vậy, PBT và PVB không tương hợp với nhau. Trên phổ hồng ngoại của c-PBT/PVB với c-PBT chiếm tỷ lệ lớn hơn, pic hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị nhóm OH (ở 3610cm-1) của PVB giảm khi tăng tỷ lệ c-PBT trong quá trình blend hoá in situ (hình II.20). Sự giảm pic hấp thụ đặc trưng cho dao động hoá trị nhóm OH của PVB có thể do phản ứng ghép c-PBT vào PVB qua nhóm OH (chuyển vị este) và tạo thành copolyme c-PBT-g-PVB [81]. Nhờ sự tạo thành copolyme c-PBT-g- PVB tại chỗ mà c-PBT và PVB tương hợp một phần.
Trên hình II.21 là các pic hấp thụ đặc trưng cho nhóm cacbonyl trên vùng phổ hồng ngoại 1700-1750cm-1 của polycaprolacton, polycaprolacton-g-MA, polyme blend polycaprolacton/tinh bột (20%) và polycaprolacton-g-MA/tinh bột (20%). Tất cả các phổ hồng ngoại ở trên đều có pic đặc trưng cho nhóm cacbonyl ở số sóng 1726cm-1. Tuy nhiên, với polyme blend polycaprolacton-g- MA/tinh bột còn xuất hiện một pic mới ở 1739cm-1. Sự xuất hiện pic hấp thụ mới có thể do sự tạo thành nhóm cacbonyl nhờ phản ứng giữa nhóm OH của tinh bột và MA của polycaprolacton-g- MA. Sự tạo thành copolyme polycaprolacton - tinh bột tại chỗ khi trộn hợp nóng chảy 2 polyme đã giúp cho 2 polyme này tương hợp một phần [82].
Số sóng (cm-1)
Hình II.21. Pic đặc trưng cho nhóm cacbonyl trên vùng phổ hồng ngoại 1700 - 1750 cm-1 của polycaprolacton (A), polycaprolacton-g- MA (B), các polyme blend polycaprolacton/tinh bột (20%) (C) và
polycaprolacton-g-MA/tinh bột (20%) (D) [82].
Liên kết hydro hay tương tác hydro là một trong trong những tương tác vật lý tiêu biểu của nhiều cặp polyme. Trên phổ hồng ngoại của polyme blend PMMA mạch thẳng và 12-tert-butyl este dendrime (có khối lượng phân tử trung bình số = khối lượng phân tử trung bình khối = 2046, hàm lượng thay đổi 0-20%), các pic hấp thụ đặc trưng cho các nhóm chức của PMMA và 12-tert- butyl este dendrime đều có sự chuyển dịch. Pic hấp thụ đặc trưng cho nhóm C-H bất đối xứng chuyển dịch từ số sóng 2995cm-1 (khi hàm lượng 12-tert-butyl este dendrime 0%) tới số sóng 2990cm-1 (khi hàm lượng 12-tert-butyl este dendrime 20%). Pic hấp thụ đặc trưng cho các nhóm N-H và C-N chuyển dịch từ số sóng 1652cm-1 và 1066cm-1 (khi hàm lượng 12-tert-butyl este dendrime 0%) tới số sóng 1682cm-1 và 1068cm-1 (khi hàm lượng 12-tert-butyl este dendrime 20%). Sở dĩ có sự chuyển dịch các pic hấp thụ đặc trưng ở trên là do tương tác hydro giữa nhóm cacbonyl của PMMA và nhóm amit của 12-tert-butyl este dendrime. Nhờ tương tác đặc biệt này mà PMMA và 12-tert-butyl este dendrime tương hợp một phần [83].
Cấu trúc phân tử của 12-tert-butyl este dendrime (a) và PMMA (b) M. Zeng đã chế tạo màng thẩm thấu trên cơ cở polyme blend của polyuretan tan trong nước (waterborne polyurethane) và cacboxymetylchitin. Phổ hồng ngoại của polyme blend polyuretan/cacboxymetylchitin cho thấy đã xuất hiện liên kết hydro mới giữa polyuretan và cacboxymetylchitin, do đó, 2 polyme này tương hợp một phần [84].
Khi nghiên cứu phổ hồng ngoại của poly(D,L-lactic-co-axit glucolic) (PDLLGA), copolyme tribloc polycaprolacton- poly(dimetylsiloxan)-polycaprolacton (TEGOMER) và polyme blend PDLLGA/TEGOMER ở các tỷ lệ khác nhau, A. Porjazoska, O. Karal-Yilmaz và cộng sự nhận thấy có sự chuyển dịch pic hấp thụ đặc trưng của nhóm cacbonyl trong polyme blend so với các polyme thành phần. Pic hấp thụ đặc trưng của nhóm cacbonyl trong TEGOMER, PDLLGA và polyme blend PDLLGA/TEGOMER (85/15) lần lượt là 1720cm-1, 1759cm-1 và 1755cm-1 (hình II.22) [85]. Sự chuyển dịch pic hấp thụ đặc trưng của nhóm cacbonyl trong polyme blend có thể giải thích bởi tương tác hydro giữa các nhóm OH cuối mạch của TEGOMER và các nhóm cacbonyl của PDLLGA. Nhờ tương tác hydro này mà PDLLGA và TEGOMER tương hợp một phần.
Số sóng (cm-1)
Hình II.22. Phổ FTIR của TEGOMER (a), PDLLGA (b) và polyme blend PDLLGA/TEGOMER (85/15) (c) [85].
Trên phổ hồng ngoại của màng polyme blend chế tạo từ CSTN epoxy hoá (hàm lượng nhóm epoxy 50%) và PVC, Nguyễn Việt Bắc và Chu Chiến Hữu nhận thấy một số pic đặc trưng cho liên kết
C-Cl ở 605 và 637cm-1 đều bị dịch chuyển (tới số sóng 615 và 640cm-1). Cường độ pic hấp thụ đặc trưng cho vòng epoxy (ở 870cm-1) trong polyme blend giảm khi tăng tỷ lệ PVC. Pic hấp thụ đặc trưng cho liên kết hydro trong CSTN epoxy hóa (ở 3500cm-1) chuyển dịch về số sóng thấp hơn và tăng dần cường độ. Như vậy đã xuất hiện liên kết hydro giữa nguyên tử clo của PVC với nhóm hydroxyl của CSTN epoxy hóa và tương tác giữa nguyên tử clo của PVC với vòng oxyran của CSTN epoxy hóa. Nhờ các tương tác đặc biệt này mà khả năng tương hợp của CSTN epoxy hoá với PVC tăng lên [86, 87].
P. Kolhe và R. M. Kannan đã so sánh phổ hồng ngoại của màng polyme blend chitosan/poly(etylen glycol) (PEG) với phổ hồng ngoại của chitosan và PEG [88]. Các tác giả nhận thấy, trên phổ hồng ngoại của màng polyme blend chitosan/PEG (70/30), không xuất hiện các pic hấp thụ đặc trưng ở 1650cm-1 tương ứng với vân phổ thứ nhất của nhóm amit trong chitosan và pic hấp thụ đặc trưng ở 1760cm-1 tương ứng với dao động duỗi của nhóm cacbonyl trong PEG. Cường độ pic hấp thụ đặc trưng ở 1580cm1 tương ứng với vân phổ thứ hai của nhóm amit tăng lên rõ rệt so với chitosan ban đầu. Điều này có thể giải thích bởi các tương tác giữa nhóm amit trong đại phân tử chitosan và nhóm cacbonyl trong PEG (tương tác hydro và tương tác lưỡng cực). Vì thế, chitosan và PEG tương hợp một phần.
X. Ma, J. Yu và cộng sự đã nghiên cứu phổ FTIR của polyme blend PLA/poly(propylen cacbonat) ở các tỷ lệ khác nhau. Các tác giả cho thấy giữa PLA và poly(propylen cacbonat) có một số tương tác đặc biệt như tương tác hydro C-H...O=C và tương tác lưỡng cực giữa các nhóm C=O hoặc giữa nhóm C=O và nhóm C- O-C. Vì vậy, polyme blend PLA/poly(propylen cacbonat) tương hợp một phần [89].
Tương tác ion có thể nhận biết bằng phổ FTIR và tương tác này là một trong những cơ sở để phán đoán các polyme có khả năng tương hợp hay không. R. Tannenbaum, M. Rajagopalan và cộng sự đã dùng phổ FTIR để nghiên cứu cơ chế chuyển proton trong polyme blend của copolyme axit perflurinat chứa các nhóm axit sunlfonic và poly(etyl acrylat) biến tính bằng cách đưa vào các nhóm 4-vinyl piridin như là các đồng monome trong mạch
polyme [90]. Các tác giả đã phân biệt các nhóm piridin và piridinium bởi các pic hấp thụ đặc trưng của chúng ở 1416 và 1642cm-1. Cường độ của các pic này là hàm của nồng độ mol đồng monome piridin trong polyme blend và giúp định lượng proton dịch chuyển từ nhóm axit sunlfonic sang nguyên tử nitơ trên nhóm piridin tạo thành cặp cation piridinium và anion sunlfonat. Sự tồn tại tương tác ion giữa copolyme axit perflurinate chứa các nhóm axit sunlfonic và poly(etyl acrylat) biến tính đã tăng khả năng tương hợp một phần của 2 polyme này [90].