红外光谱法检验汽车油漆成膜物质的研究

赵鹏程

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

红外光谱法检验汽车油漆成膜物质的研究

赵鹏程

（中国刑警学院 辽宁 沈阳 110035）

通过对欧米采样器和红外显微镜两种分析方式进行比较，确定了红外显微镜为本文的研究方法。通过对相同颜色的汽车油漆样品进行红外光谱分析，并根据主要成膜物质的树脂成分进行了分类研究。同时还对含有同类树脂成分的汽车油漆样品的谱图特征的个体区分进行了研究。

傅立叶变换红外光谱 汽车油漆 检验

随着汽车的普及，我国的交通安全形势日益严峻，交通事故频繁发生，造成严重的人员伤亡和财产损失，交通事故已经成为公共安全的最大危害之一。公安机关在加强道路交通管理的同时，还必须完成对各种交通事故的勘验及责任认定工作。现代车辆大量使用油漆作保护和装饰之用，油漆是各类交通事故中出现频率最高的物证。在交通事故发生的瞬间，事故相关车辆之间通常会发生较大的相互作用力，车辆表面在外力作用下发生变形、破损，油漆涂膜受到外力作用会发生碎裂或脱落，从而遗留在事故现场或附着在其他客体表面，成为证实事故发生的物证。油漆物证的检验结论在确定交通事故各方相互接触的事实、认定肇事车辆等方面起着极其重要的作用。本文利用显微傅立叶变换红外光谱技术分析了90多种事故汽车的油漆样品，根据红外光谱数据对不同类型、不同颜色的汽车油漆进行了分类研究，为交通事故中汽车油漆物证的检验提供了科学依据。

1 实验部分

1.1 仪器及条件

NICOLET 5700 傅立叶变换红外光谱仪；

金刚石压片：分辨率4，扫描次数16，检测器DTGS KBr分束器KBr，扫描范围4000cm-1-400cm-1；欧米采样器：分辨率8，扫描次数16检测器：MCT/B，分束器KBr，扫描范围：4000cm-1-675cm-1。

1.2 实验样品

本实验主要对90种不同车型、不同颜色的汽车油漆样品进行了红外光谱分析及种类鉴别。

1.3 实验内容

将样品表面用无水乙醇清洗干净后，放在欧米采样器的探头下，压紧探头进行检测。

用刀片将各层样品从漆片上刮下小块样本用金刚石压片，利用傅立叶红外显微镜检验。

2 结果与讨论

为了实现对不种颜色，不同车型，不同种类油漆进行有效地区分，本文主要考查了傅立叶变换红外光谱仪的欧米采样器和金刚石压片-红外显微镜两种采样方式在分析油漆样品中的实际效果。

2.1 欧米采样器和金刚石压片采样结果比较

图1 金刚石压片和欧米采样器采集的红外光谱图

图2 6号样品三次采集的红外光谱图

利用欧米采样器附件进行光谱测定时，在制样和光谱扫描过程中简便、省时，但是所得到红外光谱图信息量小，谱图检索后的匹配度太低，平均都在50%以下，与利用红外显微镜所测的谱图差距较大（见图1），不利于进行比对检验。通过比较同一样品的红外光谱图，红外显微镜－金刚石压片法获得光谱图的信息量大，可以作为红外光谱法比对检验油漆的采样方法。

2.2 金刚石压片红外显微镜法检验油漆样品重现性考查

为了考查金刚石压片红外显微镜法的重现性，本文对6号样品进行3次检测，其红外光谱图见图2。利用1721cm-1/1550cm-1的峰高比，计算出三次平行试验的相对标准偏差为2.1%，证明该方法的重现性较好，所以确定金刚石压片红外显微镜法作为本研究的实验方法。

2.3 汽车油漆树脂成分的红外光谱分析

2.3.1 不同种类油漆树脂成分分类

各汽车油漆样品的红外光谱数据表明，本实验中所分析的油漆样品的成膜树脂成分主要由醇酸树脂、丙烯酸树脂等组成，另外在部分轿车的油漆表面喷涂聚乙烯类的清漆见表1。

表1 不同汽车油漆树脂成分的检测结果表

醇酸树脂漆是以多元醇、多元酸与脂肪酸经缩聚反应得到的高分子作为主要成膜物质的油漆，其树脂成分的红外光谱特征谱区吸收峰主要包括：3460cm-1-3260cm-1、2965cm-1-2930cm-1、1610cm-1-1500cm-1、1750cm-1-1720cm-1。醇酸树脂清漆用于建筑、车辆等木质部分的透明涂装。加入颜料和填料制成醇酸树脂磁漆用于装饰金属和木板表面，加入防锈颜料及填料还可制成醇酸底漆和防锈漆。

以甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯共聚物为主要成膜物质的热塑性丙烯酸磁漆和以酯化的环氧树脂为主要成膜物质的环氧树脂底漆也常用于金属的表面涂饰。其红外光谱的特征吸收峰主要包括：3440cm-1、2962cm-1、1726cm-1。

由聚氯乙烯树脂经氯化而制成的过氯乙烯树脂和乙烯树脂作为主要成膜物质的油漆叫做过氯乙烯漆和乙烯树脂漆。其红外光谱的特征官能团吸收峰主要包括：2926cm-1-2853cm-1、1468cm-1。铁红过氯乙烯底漆由过氯乙烯树脂、醇酸树脂、氧化铁红等制成，用于车辆、机床等钢铁或木材表面打底。氯乙烯磁漆是由聚氯乙烯树脂溶解在酮类溶剂中，与颜料、填料等制成用于聚氯乙烯和其它塑料制品的装饰。

2.3.2 相同种类油漆样品的个体区分

相同颜色、相同树脂成分的汽车油漆在红外光谱图上也会存在差别，例如蓝色醇酸树脂类的油漆中的6号和24号样本的1550cm-1和914cm-1，红色丙烯酸树脂类油漆中的52号和53号样本的858cm-1和1072cm-1处的波峰均存在差别（见图3）。对于谱图相似的样品，可以通过峰高比例进行区分，不同厂家的油漆样本尽管种类相同，但仍会存在微小差别，可以作为种类区分的依据。

图3 树脂成分相同的同色油漆红外光谱差异比较（上：6号和24号样本，下：52号和53号样本）

3 结语

通过比较红外显微镜和欧米采样器两种分析方式，证明红外显微镜的分析效果要好于欧米采样器。利用显微傅立叶红外光谱可以对油漆种类进行区分，对于同种类的油漆，可以通过比较其主要官能团的相对比值进行个体区分。

本文系辽宁省博士科研启动基于项目（项目编号：20101135）