Polymere & Kunststoffe

Wie die große Auswahl an Bruker Analysesystemen der Kunststoffindustrie in der Entwicklung neuer optimierter Polymere und der effizienten Produktion hochwertiger Kunststoffe hilft.

Die Schwingungsspektroskopie (Infrarot, Nahinfrarot und Raman) ist eine weitverbreitete Analysentechnik für die Identifizierung und Charakterisierung von Polymeren. In der Forschung und Entwicklung geben Infrarot- und Raman-Spektren von Polymeren Einblicke in die Molekülstrukturen und in die Ausrichtungen und Konformationen von Polymerketten.

Darüber hinaus hat sich die FT-IR-Spektroskopie für die Qualitätskontrolle von industriell hergestellten Polymeren und den eingesetzten Rohstoffen sehr bewährt. Eine Änderung im charakteristischen Muster der Absorptionsbanden zeigt deutlich eine Abweichung der Zusammensetzung des Materials oder eine Verunreinigung. Eine bei der Sichtprüfung gefundene Fehlstelle in einem Kunststoffprodukt wird üblicherweise mit der FT-IR-Mikroanalyse untersucht. Diese Technik besitzt die Fähigkeit, die chemische Zusammensetzung selbst sehr kleiner Bereiche auf der Oberfläche zu analysieren. Außerdem findet die FT-IR- und Raman-Mikroanalyse Anwendung in der Bestimmung der chemischen Struktur von mehrschichtigen Laminaten.

Die Nahinfrarot-Spektroskopie dient zur Quantifizierung qualitätsrelevanter Parameter in Polymeren wie OH-Zahl, Säure oder Aminzahl, um nur einige zu nennen. Da innovative Analysemethoden von großem wirtschaftlichem Interesse sind, wird NIR immer häufiger zur Überwachung von Polymerproduktionsprozessen eingesetzt. Viele Unternehmen beginnen, konventionelle Atline-Analysemethoden durch spektroskopische Online-Systeme wie das FT-NIR-Spektrometer MATRIX-F zu ersetzen.

Eine erhöhte Geschwindigkeit der analytischen Prozesse und reduzierte Wartungskosten bieten ein hohes Einsparungspotential. Die zahlreichen Informationen, die über die NIR-Spektren geliefert werden, ermöglichen eine gleichzeitige, hochpräzise Analyse vieler verschiedener Komponenten und Systemparameter wie Dichte, Viskosität, Vernetzungsgrad, Stabilisatoren- sowie Monomergehalt und zahlreiche weitere.

Massenspektrometrie (MS) ist zu einer unverzichtbaren Methode der Polymeranalytik geworden und ist weitverbreitet zur Bestimmung der Polymerstruktur und -zusammensetzung, Molekulargewichtsverteilung, Bulk- und Oberflächeneigenschaften und dem Gehalt an Verunreinigungen. MS liefert dabei genaue Molekulargewichtsinformationen und die Tandem-MS (MS/MS)-Analyse kann dazu reiche chemische Strukturinformationen zu Polymeren liefern. MS ist auch sehr empfindlich, so dass die Detektion und Identifizierung von gering konzentrierten Polymerkomponenten oder Verunreinigungen in polymeren Kompositmaterialien bestimmt werden können oder Nebenprodukte der Polymersynthese und etwaige Additive. Eine schnelle MS-Analyse, bei der keine vorherige Probenbehandlung oder weitgehende Trennung notwendig ist, ist auch für höheren Probendurchsatz geeignet. MS kann semi-quantitative Informationen zur Bestimmung des Zahlenmittels und des Gewichtsmittels des Molekulargewichts der Oligomer-Verteilung einer Polymerprobe liefern oder die relativen Mengen der verschiedenen Komponenten einer Mischung charakterisieren. Einige Formen von MS können auch verwendet werden, um Kunststoffoberflächen zu charakterisieren und räumliche Polymerverteilungen zu bestimmen.

Matrix-Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI)- und Electrospray Ionisation (ESI)-MS haben eine neue Ära in der massenspektrometrischen Analyse von Biomolekülen und synthetischem Polymer eröffnet. ESI ist besonders nützlich für die Analyse hochmolekularer Verbindungen, die leicht mehrfach geladene Ionen in der Gasphase bilden. Mit MALDI-MS können das  Gewichtsmittel und das Zahlenmittel des Molekulargewichts und damit für Polymere mit enger Oligomerenverteilung direkt die Polydispersität (PD) mit hoher Präzision und Geschwindigkeit bestimmt sowie die Endgruppen identifiziert werden. Für hoch polydisperse Polymere ist die SEC-MALDI-Methode etabliert zur genauen MW-Bestimmung. MALDI-MS kann auch Strukturinformationen und Informationen zur Copolymer-Zusammensetzung liefern, wenn die instrumentelle Auflösung ausreicht, um Oligomere im interessierenden Molekulargewichtsbereich darzustellen.