Determination of the vinyl content of polyethylene resins

Význam tématu

Určení počtu vinylových (C=C) skupin v polyetylénových pryskyřicích je klíčové pro kontrolu kvality a optimalizaci vlastností materiálů. Vinylové skupiny ovlivňují reaktivitu, mechanickou odolnost i možnost následných modifikací polymeru. Rychlá a přesná analýza těchto skupin usnadňuje vývoj nových katalyzátorů a výrobních procesů v petrochemickém a polymerním průmyslu.

Cíle a přehled studie

Cílem popsané metody je kvantifikovat počet vinylových skupin na 1000 atomů uhlíku v polyetylénových vzorcích pomocí infračervené (FTIR) spektroskopie. Metoda využívá poměr intenzit absorpčních pásů při 908 cm^-1 (vinylové CH wag) a 2019 cm^-1 (referenční pás PE) a kalibrační křivku odvozenou od standardů určených ^13C NMR spektroskopií.

Použitá metodika

Vzorek pryskyřice se lisuje do homogenního filmu o tloušťce 0,4–0,5 mm při teplotě do 200 °C a tlaku 25 000 lb po dobu několika sekund. Film se vkládá do FTIR přístroje (DialPath nebo TumblIR) a sbírají se spektra s rozlišením 2 cm^-1. Absorbance pásu při 908 cm^-1 je korigována vůči výchozí linii, obdobně se vyhodnocuje pás při 2019 cm^-1. Poměr A908/A2019 se dosadí do lineární regresní rovnice: Number C=C per 1000 C atoms = 2,751 × (A908/A2019) – 0,111.

Použitá instrumentace

• Agilent Cary 630 FTIR spektrometr s rozhraním DialPath nebo TumblIR (1000 μm path length)
• Přenosné FTIR přístroje Agilent 5500/4500 Series (ekvivalentní)
• Hydraulický lis s vyhřívanými deskami (200 °C, 25 000 lb)
• Chase mold pro kontrolu tloušťky vzorku
• Hliníkové plechy (0,05–0,18 mm)

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrační křivka pro poměr A908/A2019 vykázala korelační koeficient R² = 0,999 a 95% interval spolehlivosti ±0,1 C=C na 1000 uhlíků. Metoda prokázala vysokou přesnost a reprodukovatelnost při třech opakovaných měřeních každého vzorku. Resiny z chromových katalyzátorů obsahují > 0,5 vinylu/1000 C, zatímco titanové katalyzátory produkují méně než 0,5 vinylu/1000 C.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá příprava vzorku bez nutnosti rozpouštědel
• Neinvazivní a opakovatelná analýza tenkých filmů
• Snadná kalibrace a automatické vyhodnocení ve FTIR softwaru
• Možnost kontroly jak surových pryskyřic, tak výlisků

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace on-line monitoringu polymerizačních procesů
• Rozšíření metodiky na pigmentované a vyplněné vzorky pomocí pokročilé optiky
• Využití chemometrických přístupů pro víceparametrické hodnocení kvality
• Miniaturizace a přenosné FTIR systémy pro terénní měření

Závěr

Popsaná FTIR metoda umožňuje jednoduché, rychlé a přesné stanovení vinylových skupin v polyetylénu, přináší vysokou reprodukovatelnost a minimální zásah do vzorku. Díky unikátnímu přípravku DialPath/TumblIR a softwarové automatizaci je vhodná pro rutinní kontrolu kvality i výzkumné účely.

Reference

• Collins W., Seelenbinder J., Higgins F., Determination of the vinyl content of polyethylene resins, Agilent Technologies, Application Note 5991-0458EN, 2012.