I polimeri sono composti da macromolecole che a loro volta sono costituite da numerose unità strutturali identiche o simili, denominate monomeri. Il numero di monomeri, inclusi additivi o inibitori come il benzochinone, utilizzati per conferire ai polimeri proprietà specifiche, è enorme.
Tutti i produttori di polimeri utilizzano gli stessi monomeri e possono trarre vantaggio da un rapido controllo delle materie prime prima di immetterle nel processo di polimerizzazione. La spettroscopia Raman fornisce un metodo analitico non distruttivo, in situ e in tempo reale per monitorare il processo di polimerizzazione monitorando il consumo di monomeri e la formazione del polimero. In definitiva, la spettroscopia Raman è uno strumento pratico ed efficiente per vari settori industriali legati al settore dei polimeri.
Questa nota applicativa illustra la pratica identificazione dei monomeri in pochi secondi mediante spettroscopia Raman. Monomeri come stirene, vari alchilmetacrilati, acetato di vinile, glicole etilenico, fenolo, acido tereftalico e urea, nonché additivi o inibitori come il benzochinone, possono essere identificati rapidamente e in modo univoco.
Una rapida dimostrazione degli spettri distintivi dei diversi monomeri e dei rispettivi polimeri consente di analizzare in modo approfondito la reazione di polimerizzazione della bachelite.
La spettroscopia Raman è una semplice tecnica di analisi non distruttiva "point-and-shoot" che consente un'analisi rapida e sicura senza alcuna preparazione del campione. In alcuni casi, i campioni possono essere analizzati anche nella loro confezione originale.
Per raccogliere gli spettri dei monomeri basici è stato utilizzato un dispositivo Raman portatile a 785 nm, dotato di un flusso di lavoro automatizzato e di scansione orbitale a raster (ORS™).
La reazione di polimerizzazione della bachelite è stata monitorata in modo sicuro posizionando una sonda Raman in fibra ottica da laboratorio contro la parete di un becher contenente i reagenti, consentendo una valutazione in tempo reale durante l'avanzamento della reazione.
La Figura 1 contiene spettri sovrapposti di diversi monomeri (e benzochinone), a dimostrazione del fatto che la tecnica Raman è sia sensibile che altamente specifica: è molto facile distinguere gli spettri di materiali diversi.
I monomeri si legano tra loro per formare polimeri durante il processo di polimerizzazione. Il monitoraggio in tempo reale della reazione di polimerizzazione tramite spettroscopia Raman è un modo efficace per ottimizzare e controllare il processo e il prodotto risultante. È la specificità della spettroscopia Raman che consente di distinguere facilmente i monomeri dai rispettivi polimeri. La Figura 2 illustra le differenze spettrali tra i materiali di partenza e i prodotti polimerici.
La bachelite è una plastica termoindurente creata attraverso la polimerizzazione di fenolo e formaldeide. La Figura 3 mostra come i picchi Raman del fenolo diminuiscano durante la reazione con la formaldeide per formare un polimero reticolato, mentre nuovi picchi emergono a causa di cambiamenti nell'ambiente vibrazionale. Le regioni ad alto spostamento Raman consentono di osservare i cambiamenti nelle vibrazioni di stretching C-H del fenolo (2000–4500 cm⁻¹), fornendo informazioni su questa reazione.
L'analisi in tempo reale e in loco mediante spettroscopia Raman consente ai produttori di polimeri di mantenere l'integrità del prodotto attraverso controlli di qualità in ogni fase, dalle materie prime al prodotto finale. Ciò garantisce una qualità costante, ottimizza l'efficienza e stimola l'innovazione nella produzione di polimeri.
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