IR-Spectroscopic Analysis of Polymer Fillers and Compatibilizers

Význam tématu

Instrumentální analýza vícesložkových plastů představuje klíčový nástroj pro zajištění kvality a optimalizaci materiálových vlastností výsledných výrobků. Složení moderních plastů často zahrnuje polymery, plniva, změkčovadla a kompatibilizátory, jejichž přesná identifikace a kvantifikace usnadňuje řízení mechanických, optických nebo chemických parametrů finálních produktů.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace poznámky M104 je ukázat využití FT-IR ATR spektroskopie k rychlé a přesné analýze plniv (talcum) a kompatibilizátorů (SEBS) ve vzorcích polymerů. Studie demonstruje postup identifikace plniva na příkladu talcu v polypropylénu a kvantifikaci obsahu styrenu v triblockové kopolymerech.

Použitá metodika a instrumentace

• Měřicí technika: Fourierova transformní infračervená (FT-IR) spektroskopie v módu ATR (Attenuated Total Reflection).
• Spektrometr: ALPHA II FT-IR od Bruker Optics s vysokotlakým diamantovým ATR modulem.
• ATR krystal: diamant vs. volitelně germanium pro měření silně pohlcujících vzorků.
• Software: OPUS s vestavěným průvodcem a funkcí Quant 1 pro tvorbu kalibrací.
• Vzorky: pevné polymery, pasty a fólie bez náročné přípravy.

Hlavní výsledky a diskuse

• Identifikace talcu: S rostoucím obsahem talcum v polypropylénu se zřetelně zvyšuje intenzita pásů Si–O (1000 a 670 cm⁻¹) a deformace Si–O (400 cm⁻¹), což umožňuje jak kvalifikativní, tak kvantitativní vyhodnocení.
• Kvantifikace styrenu: Pro SEBS kompatibilizátor byly zvoleny pásy C=C aromatického jádra (1492 cm⁻¹) a deformační pás kolem 699 cm⁻¹. Integrační výpočet výšky pásu při 699 cm⁻¹ koreloval se skutečným obsahem styrenu v referenčních vzorcích (0 %, 4,9 %, 14,5 %). Kalibrace vykázala koeficient determinace R² = 0,9999 a neznámý vzorek obsahoval 3,6 ± 0,1 % styrenu.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlost: Kompletní analýzu včetně měření a vyhodnocení lze provést za méně než minutu.
• Minimální příprava: Vzorky lze měřit bez složité úpravy nebo spotřebního materiálu.
• Univerzálnost: Analýza pevných i gelových vzorků, rozdíly v povrchových vrstvách polymerních laminátů.
• Jednoduchost obsluhy: Intuitivní software umožňuje i méně zkušeným uživatelům nastavovat nové metody.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření spektra analyzovaných materiálů o bioplasty a nanokompozity.
• Integrace s automatizovanými výrobními linkami pro kontinuální QC kontrolu.
• Pokročilé chemometrické metody pro simultánní kvantifikaci většího počtu složek.
• Vývoj ATR modulů s novými materiály pro měření extrémně tvrdých nebo abrazivních vzorků.

Závěr

Kompaktní FT-IR spektrometr ALPHA II s vysokotlakým diamantovým ATR modulem představuje spolehlivý a efektivní nástroj pro identifikaci plniv i kvantifikaci kompatibilizátorů v polymerních směsích. Rychlý průběh měření, snadná obsluha a možnost tvorby přesných kalibrací jej činí ideální volbou pro rutinní QC i výzkumné aplikace.

Reference

• Bruker Optics: Application Note M104 „IR-Spectroscopic Analysis of Polymer Fillers and Compatibilizers“. Bruker Optics GmbH, 2004.