Polymers and Rubbers Application Compendium

Význam tématu

V moderním průmyslu představují polymery, pryže a kompozitní materiály klíčové komponenty pro širokou škálu odvětví od automobilového a leteckého průmyslu až po potravinářský a farmaceutický sektor. Kvalitní charakterizace jejich chemické struktury, molekulového složení a mechanických vlastností zajišťuje spolehlivost finálních výrobků, optimalizuje výrobní procesy a minimalizuje náklady. Spolehlivé analytické metody navíc umožňují efektivní zajištění jakosti (QA/QC), urychlené řešení poruch i historickou analýzu starých či recyklovaných materiálů.

Cíle a přehled článku

Článek shrnuje kompletní nabídku analytických řešení Agilent Technologies pro testování a výzkum materiálů se zaměřením na polymery a pryže. Obsahuje přehled instrumentace pro molekulární spektroskopii (FTIR, Raman), hmotnostní a kapalinovou chromatografii (LC, GPC/SEC), mikroskopii (AFM, FE-SEM) i nanoindentaci, doplněný výběrem aplikačních studií pro kvantitativní i kvalitativní analýzu polymerních slitin, pryžových směsí a vrstvených systémů.

Použitá instrumentace

• FTIR spektrometry: Agilent Cary 630, 4100 ExoScan, 4500/5500 FTIR s ATR diamantovými a Ge krystaly
• FTIR mikroskopy: Cary 610/620/640 FTIR s mikro-ATR a FPA detektory
• Raman a mobilní FTIR: ExoScan pro rychlou identifikaci ve výrobním závodě
• Liquid Chromatography (LC): Agilent 1200/1290 Infinity a RRLC/RRHT systémy s UV a ELSD detektory
• Gel Permeation/Size Exclusion Chromatography (GPC/SEC): Agilent PLgel, PolarGel a multi-detektorový systém 390-MDS
• Atomic Force Microscopy (AFM): Agilent 5600LS s Kelvinovo silovým a elektrickým měřením
• Field-Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM): kompaktní přístroj pro vysoký kontrast při nízkém napětí
• Nanoindentace a škrabací testy: Agilent nanoindentátory s vyhříváním pro měření mechanických vlastností povlaků a pryží

Použitá metodika

• ATR-FTIR kvantifikace kopolymerů (SBR, PEVA) pomocí poměru karbonylových nebo esterových pásů s interními referenčními pásy – lineární kalibrace dle Beera
• FTIR chemické zobrazování (mapping, FPA-FTIR) pro analýzu vícevrstvých laminátů a povlaků bez složité přípravy vzorku
• Handheld FTIR ATR pro rychlou in situ identifikaci těsnění, o-kroužků a kontaminantů
• FTIR mikroskopie pro analýzu selhání komponent, např. jiskrových svíček, s identifikací chemických depozit
• LC-UV/ELSD pro stanovení antioxidačních a kluzných aditiv (Irganox, erukamid) a migrujících látek v balicích materiálech
• GPC/SEC s ELSD a vícedetektorovým měřením viskozity pro charakterizaci molekulové hmotnostní distribuce technických i biologicky odbouratelných polymerů
• AFM a FE-SEM pro detailní povrchové a strukturní studium na nanoskále
• Nanoindentace a škrabací testy při nízkých a zvýšených teplotách pro hodnocení mechanických vlastností tenkých povlaků a pryžových materiálů

Hlavní výsledky a diskuse

• FTIR ATR metodiky pro kopolymerní vzorky (SBR, PEVA, PE/PP) vykazují vynikající linearitu (R²>0,999) a citlivost pod 0,1 % pro kvantifikaci komponent
• Akutní případy analýzy kontaminantů i selhání (o-kroužky, jiskrové svíčky) byly rychle vyřešeny identifikací materiálů ve výrobním prostředí pomocí handheld FTIR
• FPA-FTIR chemické mapování umožnilo detekci několikamícronových adhezních vrstev v laminátech bez nutnosti embeddingu
• Liquid chromatography a GPC/SEC metody poskytují robustní stanovení aditiv a molekulové distribuce, nezbytné pro QA/QC i výzkum
• AFM/FE-SEM systémy odhalují nanostrukturu a poruchy povrchových vrstev, zatímco nanoindentace kvantifikuje mechanické parametry suchých i vlhkých vzorků

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé, přesné a spolehlivé QA/QC pro výrobce polymerů, pryží a kompozitů
• Nondestruktivní testy pro analýzu finálních dílů i in situ kontroly ve výrobě
• Široké portfolio přístrojů přizpůsobené rozličným potřebám – od laboratoří až po mobilní nasazení
• Zlepšení produktivity díky automatizaci měření a intuitivnímu softwaru s barevnou indikací výstupů
• Efektivní řešení problémů s kvalitou, identifikace kontaminantů a rychlé nápravné kroky

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace on-line a at-line FTIR/Raman monitoringu v reálném čase pro chemické procesy
• Rozvoj multimodálních mikroskopických přístupů kombinujících FTIR, AFM a SEM pro komplexní materiálové studie
• Využití umělé inteligence a strojového učení pro automatickou analýzu chemických map a chromatografických dat
• Miniaturizace a další rozvoj přenosných zařízení pro polní diagnostiku a recyklační linky
• Pokročilé nanoindentace v extrémních podmínkách (vysoké/nízké teploty, plynná atmosféra) pro výzkum nových materiálů

Závěr

Agilent Technologies nabízí ucelenou řadu analytických instrumentů a metod pro komplexní testování a výzkum polymerních i pryžových materiálů. Díky kombinaci vysoké citlivosti, široké palety technik (FTIR, LC, GPC/SEC, AFM, FE-SEM, nanoindentace) a inovativních řešení pro rychlou přípravu vzorků se uživatelé mohou spolehnout na spolehlivou kontrolu kvality i pokročilý materiálový výzkum. Portfolio Agilent podporuje výrobce i výzkumníky při optimalizaci procesů, řešení technologických problémů i vývoji nových pokročilých materiálů.