偏振FTIR光谱法测定聚合物的质量

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随着现代社会的发展，聚合物已经变得无处不在，几乎任何多组分产品都将包含一些聚合物含量。从汽车到厨房电器，从飞机到窗户，每一种都将包含大量的聚合物，每一种都有自己的特定功能和特性。这使得他们的分析对质量控制过程至关重要，Specac提供的红外偏振器是一个至关重要的工具。

聚合物是大分子，由许多重复的亚基链组成。聚合物不同于我们所熟悉的合成塑料，如聚乙烯、聚苯乙烯和聚丙烯，也不同于对生物学至关重要的天然生物聚合物，如DNA。Kevlar是一种合成聚合物，用于为执法人员制造防弹背心。聚丙烯用于管道、渔网和结构材料，尼龙(杜邦公司)有许多用途，如织物、轴承或线。亚博网站下载

这些应用只是冰山一角，但对于每一个应用，聚合物的质量必须是可靠的，以使制造的产品具有一致的使用寿命和良好的机械强度。如果一件凯夫拉纤维背心失效了，那么一名军官的生命将处于危险之中，如果一根聚丙烯或尼龙绳折断了，那么重物可能会掉落并损坏。

聚合物必须是一致的，可预测的和可靠的，具有明确的参数，如玻璃转变点，拉伸强度，熔点，以及可靠和监测的化学性能。今天的趋势是生产纳米级和智能材料，如刺激响应聚合物或光伏太阳能电池板，然后质量/一致性变得更加关键。亚博网站下载

聚合物的形态和质量是如何联系的

聚合物从链长到原子间间距、分支以及链是如何组成的都有不同程度的组织。聚合物形态是研究聚合物链的组织，以及这如何与聚合物的宏观性质，最终其物理性质和质量联系起来。

评价聚合物的形貌还可以提供聚合物在制造过程中所接受的处理的指示，如退火、结晶和变形。这样做的意义在于聚合物可能会显示出非晶态区域，在那里链的堆积/密度可能不同。

聚合物链的规则状态是无定形的，即链处于混乱无序的状态。利用受控的冷却和加热、拉伸和拉伸过程，聚合物中的链可以解缠，变得更系统化，并具有更可预测的属性。聚合物越有组织，就越结晶。然而，结晶聚合物仍然有非晶态区，有不同程度的结晶区和非晶态区。

结晶聚合物中的无定形区域可能是应力消除和机械失效(如蠕变或开裂)的焦点，这些失效是由于暴露在恒定应力下而随时间发生的裂纹的发展。偏振FT-IR等分析技术可用于扫描聚合物表面和样品，以定位与产品质量有关的形态问题。

用偏振FTIR测定聚合物的形貌

红外光谱通常用于聚合物分析领域，以确定聚合物的分子方向，并检查材料如聚合物、纤维和生物聚合物的化学键。亚博网站下载

对于某些材料，由于亚博网站下载在制造过程中增加的应力，聚合物的取向程度随样品深度的函数而不同。了解聚合物链的方向是至关重要的，因为它会影响宏观力学性能，如拉伸强度和杨氏模量(刚度)。利用ATR-FTIR和偏振器可以研究聚合物的取向。

使用可变角度的ATR附件允许在许多深度探索。极化傅里叶变换红外光谱对聚合物基团的形成特别有利。

聚合物分析中的偏振和过滤器

一个偏振镜可以为FTIR提供有益的采样增强，允许研究人员建立使用非偏振光时无法发现的化学信息。利用平行于参考方向的偏振红外辐射，对光谱进行连续记录，得到了光谱的二向色比和二向色差。

为了优化该方法的灵敏度，并能够准确地跟踪方向动态，FTIR光谱可以与偏振调制(PM)方法相结合。偏振调制的原理是利用线偏振光将垂直于样品表面的p偏振光和线偏振光分成平行于样品表面的s偏振光。

然后将s偏振吸收从p偏振吸收中减去，并利用p偏振和s偏振红外光束的总体强度进行归一化，提供归一化的表面特异性红外吸收信号，这可以被认为是独立于环境条件的。

偏振FTIR可以在聚合物生产过程中提供近乎实时的反馈。图片来源:muph / Shutterstock.com

在生产过程中使用FTIR进行反馈

偏振红外光谱分析可以实时建立，是一种可靠的技术，可以根据所选的形貌参数在制造过程中检查聚合物产品的质量。

通过反馈FTIR数据，可以改变聚合物的生产工艺或配方，以优化产品质量。

Specac的红外偏振器

Specac提供多种红外线栅偏振滤波器和支架，用于检测聚合物链的取向效应。这些优质的偏振滤波器是定制设计的功能在波长范围5000厘米^－1到285厘米^－1(波数)和每毫米4000线的网格周期，它们都提供了高消光比和25毫米透明孔径的高透射率。

这些偏振器的薄轮廓也使它们成为有空间限制的FTIR应用的理想选择。它们被设计成直接适合于所有Specac基准™基板兼容附件的孔径端口，如Silver Gate™Evolution ATR、Gateway™水平ATR系统、Golden Gate™ATR以及Cyclone™和Tornado™长路径气体电池。基板包括BaF₂, CaF₂、KRS-5、ZnSe和Ge。

Specac的红外偏振器。

结论

极化ATR-FTIR光谱学已经成为一种流行的分析技术，所有类型的聚合物。该技术非常适合分析聚合物链的取向和弛豫等性质，为聚合物的结构形态和质量提供合适的数据。

偏振傅立叶变换红外光谱可以快速、容易地解释，并可以提供有关聚合物微观结构和性能关系的一系列信息数据。

参考资料及进一步阅读

1. michael Pézolet, Christian Pellerin, Robert E.Prud'homme, Thierry Buffeteau，利用偏振调制和二维ftir光谱研究聚合物的取向和弛豫，振动光谱，第18卷，第2期，1998年12月，第103-110页。
2. http://www.亚博老虎机网登录scienceclarified.com/everyday/Real-Life-Chemistry-Vol-3-Physics-Vol-1/Polymers-Real-life-applications.html#ixzz4xHAlUBqx
3. 李汉升，梁永日，李苏哲，偏振FTIR-ATR光谱法测定PTT的三维取向，高分子学报，2004,37(15)，5607-5614。
4. Momose, M.和Ando, S.(2010)，使用极化ATR FTIR光谱定量分析PET和PEN薄膜中聚合物链的近表面三维方向。j .变异较大。科学。B变异较大。理论物理。48: 870 - 879。
5. Hoffman J.D.， Davis G.T.， Lauritzen j .(1976)线性聚合物的链折叠结晶速率。见:Hannay N.B.(编)固体化学专著。施普林格,波士顿,MA
6. 彼得·里斯，刘易斯(2010)。法医聚合物工程:为什么聚合物产品在使用中失败。剑桥,瑞斯出版社出版。ISBN 1-84569-185-7。

这些信息已经从Specac提供的材料中获得、审查和改编。亚博网站下载

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