Infrarot-Spektroskopie von Polymeren

Infrarot-Spektroskopie ist ein unverzichtbares Instrument im Bereich der Polymerwissenschaft. Sie bietet eine schnelle, nicht-zerstörende Analyse und liefert eine Fülle von Informationen über die molekulare Struktur, Interaktionen und Veränderungen von Polymeren über der Zeit oder unter verschiedenen Bedingungen. Für Fortschritte in der Polymerwissenschaft versprechen IR-spektroskopische Techniken verfeinerte und umfassende Einblicke, wobei die hohe Effizienz und Vielseitigkeit besonders hervorzuheben sind.

Anwendungen bei Polymeren:

1. Identifizierung: Da jedes Polymer ein einzigartiges IR-Spektrum hat, kann diese Technik verwendet werden, um unbekannte Polymere zu identifizieren oder die Synthese eines gewünschten Polymers zu bestätigen.
2. Charakterisierung: Das Vorhandensein oder Fehlen spezifischer Peaks kann Details über die molekulare Struktur, den Kristallinitätsgrad und potenzielle Seitengruppen oder Additive innerhalb des Polymers offenbaren.
3. Studium von Interaktionen: IR kann verwendet werden, um Interaktionen zwischen Polymeren in Mischungen oder Kompositen zu untersuchen, einschließlich Wasserstoffbindung oder anderer intermolekularer Kräfte.
4. Reaktionsüberwachung: In Situationen wie Polymervernetzung oder Degradation kann IR die Veränderungen in funktionellen Gruppen überwachen und Einblicke in Reaktionsmechanismen bieten.

Techniken:

1. Transmission IR-Spektroskopie: Hier wird ein dünner Polymerfilm der IR-Strahlung ausgesetzt und das durchgelassene Licht erfasst. Diese klassische Technik liefert ein detailliertes Spektrum, kann jedoch durch die Dicke der Probe und die Gleichmäßigkeit des Polymerfilms eingeschränkt sein.
2. Abgeschwächte Totalreflexion (ATR) IR: Diese Methode verwendet einen Kristall, um den IR-Strahl intern zu reflektieren, was die direkte Analyse von Proben ohne Probenvorbereitung ermöglicht. ATR-IR ist besonders nützlich für dickere und unebene Proben und ist daher die am weitesten verbreitete Methode.
3. Reflexions-IR-Spektroskopie mit streifendem Einfall (SAGA) IR: Diese Methode dient der Untersuchung dünner Filme oder Monolagen auf reflektierenden Oberflächen, wie Metallen. Dazu wird der Infrarotstrahl in einem sehr flachen, streifenden Winkel auf die Probenoberfläche gerichtet. Dadurch erhöht sich die durchstrahlte Weglänge in der Probe, was die Sensitivität für dünne Filme erhöht.

Grundlagen:

Infrarotstrahlung liegt zwischen dem sichtbaren und dem Mikrowellen-Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Durch Absorption von IR-Strahlung werden Molekülschwingungen in der Probe angeregt, was mit charakteristischen Banden im IR-Spektrum einhergeht. Die Frequenzen der Banden hängen mit der Art der funktionellen Gruppen in der Probe zusammen und die Bandenhöhe mit ihrer Konzentration. Polymere haben eine Vielzahl solcher Schwingungsmodi, und ihre IR-Spektren können eine Fülle von Informationen über ihre Struktur und Zusammensetzung liefern.

Veröffentlichungen:

• Klingenberg, P. et al., Quality comparison of plastic packaging waste from different separation systems: Result enhancement with non-negative matrix factorization of FTIR spectra, Waste Management, Volume 178, 2024, Pages 135-143, https://doi.org/10.1016/j.wasman.2024.02.020
• Bunjes, A. et al., Characterization and chemometric modelling of mechanically recycled polypropylene for automotive manufacturing, Polymer 249 (2022) 124823, https://doi.org/10.1016/j.polymer.2022.124823
• Fischer, J. et al., A novel class of high molecular weight multifunctional antioxidants for polymers based on thiol-ene click reaction, Polymer Degradation and Stability 173 (2020) 109099, https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109099
• Malz, F. et al., Analysis of the molecular heterogeneity of PLA/PBSA blends by hyphenating size exclusion chromatography with nuclear magnetic resonance and infrared spectroscopy, Journal of Chromatography A, Volume 1638, 8 February 2021, 461819, https://doi.org/10.1016/j.chroma.2020.461819