近红外光谱在聚合物行业的应用：质量控制和产品筛查的理想工具——第1部分

毫无疑问，在生产过程中进行更加严格的质量保证和质量控制是一种必然趋势，例如：在聚合物行业。与此同时，这种趋势伴随着对低成本、高效率方法的更加关注，因为使用此类方法进行更多的质量测试不会自动导致更高的成本。

各企业主动进行更多质量测试和质量实践的主要驱动因素包括：

成本压力。通过质量测试可以及时发现不合格产品，从而可在充足的时间内停止生产，减少额外的生产成本。
竞争加剧。质量实践为企业提供了竞争优势，可用作提高品牌价值的营销工具。
资源稀缺。合格的专业型员工很难找到；因此，可由非专业人员进行的质量测试是非常宝贵的。

近红外（NIR）光谱是一种可解决上述驱动因素的分析方法，特别适用于使质量控制更加经济高效。本文首先简要介绍了近红外光谱（NIRS），其次是聚合物质量控制的应用示例，然后提供了有关聚合物生产和加工企业如何从使用近红外光谱（NIRS）中受益的具体标示和案例。

近红外光谱技术概述

图 1. 由近红外光谱与相应样品的相互作用产生的尼龙和聚乙烯光谱

光与物质之间的相互作用是一个众所周知的过程——可以回想下你的皮肤上次被晒伤的时间。根据施加的光强度和能量，相互作用可能是破坏性的（如，晒伤）或无害的（如，无线电波）。光谱方法中使用的光通常不是由施加的能量来描述的，在许多情况下是由波长或波数来描述的。

近红外光谱仪（例如，瑞士万通DS2500近红外近红外聚合物分析仪）通过测量光与物质之间的这种相互作用，可以生成如图1所示的光谱图。近红外光谱对某些官能团的存在特别敏感，包括-CH、-NH、-OH和-SH。因此，近红外光谱是量化化学参数的理想方法，例如水含量、羟值、酸值和胺含量等。此外，这种相互作用还取决于样品本身的基质，因此，近红外光谱还可以测定物理和流变参数，如密度、特性粘度和熔融指数。

图 2. 使用近红外光谱仪测量的固体样品放置。

所有这些信息都包含在一张光谱中，使得该方法适用于快速多参数分析。固体样品（如，粉末）可密封在适当的容器或小瓶中（图2a），然后原样放置在分析仪上进行测量。不均匀的样品（如，聚合物颗粒）可使用更大的测量杯进行分析（图2b）。

图 3. 漫反射过程中与样品相互作用的光路示意图。

您可跳转至我们的官方网站，了解有关DS2500近红外近红外聚合物分析仪的更多信息。

DS2500近红外聚合物分析仪

这种测量模式称为“漫反射”，通常是分析颗粒、纤维、薄片以及粗粉和细粉的适合方法。对于漫反射（图3），近红外光来自样品下方，穿透样品并与之相互作用，同时被部分吸收，未吸收的近红外光反射到检测器。不到1分钟即可完成测量，并显示结果。

获得近红外光谱图的过程已经突出了近红外光谱的两个主要优点：样品测量的简单性和速度性。

快速技术——不到一分钟即可获得结果。
无需样品前处理——样品本身即可直接进行测量。
单个样品成本低——无需任何化学品或溶剂。
环保技术——不产生废弃物。
无损技术——珍贵样品在分析后可重复使用。
操作简单——没有经验的用户也可快速上手。

有关近红外光谱作为辅助技术的更多详细信息，请阅读我们之前关于该主题的博文。

聚合物生产链中的哪些制造商可能会从使用近红外光谱中受益？

图4显示了塑料生产、塑料配混、成型加工到塑料制品的各个生产环节。在纯聚合物的生产过程中，需要对其纯度进行确认，即可使用近红外光谱仪；在将纯聚合物配混成用于进一步加工的产品时，近红外光谱也是一种非常有用的技术。

图 4. 聚合物生产链简化图。

塑料制品生产商，通常是一个注塑或挤塑企业，会对它们收到的不同批次的聚合物质量进行评估。在许多情况下，其供应商的证书是可信的，无需进行进一步验证。然而，很多企业是为医疗行业制造产品或生产高价值或大批量的制品，越来越多这样的企业开始在将每批聚合物用于注塑或挤塑之前对其重要的流变质量参数进行评估。因为将不合格的聚合物送入生产线会导致成本昂贵的设备停机及耗时的清洁工作。

在这里，对生产线中使用的起始聚合物材料进行快速预检查将是避免此类风险和潜在停机时间的理想选择。因此，近红外光谱是一种理想的解决方案，因为它不仅速度快、运行成本低，而且可由没有任何化学背景的人员操作。

在生产过程结束时，成品也可以使用近红外光谱进行质量控制。例如，对于评估瓶子或片材的均匀性或厚度大有用处。

近红外光谱通常可以用于哪些聚合物应用和参数？

原则上，近红外光谱分析更适合批料测量，而不适合痕量分析。此外，聚合物样品的炭黑含量不应超过3%，并且应提供参考方法。当满足这些先决条件时，近红外光谱就可以用作一种快速且节省成本的替代测量技术。

瑞士万通应用报告AB-414阐述了聚合物行业可借助近红外光谱仪进行的的多种应用，包含了对大量样本中各种参数的分析。

AB-414: 使用近红外光谱进行聚合物分析

表1列出了使用近红外光谱对特定聚合物进行分析的示例。

**表1. 使用近红外光谱对特定聚合物进行分析的示例。**
聚合物类型	参数	传统分析方法	使用近红外光谱的优势	相关近红外光谱应用报告
Polyethylene (HDPE/LDPE)	Density	Densimeter	Results within 30 seconds	AN-NIR-003 AN-NIR-081 AN-NIR-083
Polyethylene (HDPE/LDPE)	Melt Flow Index	MFI apparatus	Time-saving No cleaning of equipment	AN-NIR-003 AN-NIR-081 AN-NIR-083
Polypropylene (PP)	Melt Flow Index	MFI apparatus	Time-saving No cleaning of equipment	AN-NIR-083 AN-NIR-082 AN-NIR-004
Polyamide (PA)	Intrinsic Viscosity	Ubbelohde viscosimeter	No time-consuming dissolution in hazardous chemicals No waste Cost savings	AN-NIR-005 AN-NIR-060 AN-NIR-077
Polyamide (PA)	COOH, NH₂, Moisture	Titration	Time & cost savings No chemicals needed No chemically educated operator needed	AN-NIR-005 AN-NIR-060 AN-NIR-077
Polyethylene terephthalate (PET)	Intrinsic Viscosity	Ubbelohde viscosimeter	No time-consuming dissolution in hazardous chemicals No waste Cost savings	AN-NIR-023
	Acid number	Titration	Time & cost savings No chemicals needed No chemically educated operator needed
	Isophtalic acid	HPLC	No eluent solvents needed Time & cost savings No chemically educated operator needed
Polyurethane (PU)	OH of polyols	Titration	Time & cost savings No chemicals needed No chemically educated operator needed	AN-NIR-006 AN-NIR-007 AN-NIR-035 AN-NIR-065 AN-NIR-068
Polyurethane (PU)	Isocyanate content	Titration
Polyvinyl Alcohol (PVA)	Degree of alcoholysis	Titration	Time & cost savings No chemicals needed No chemically educated operator needed	AN-NIR-076
Silicone Rubber	Vinyl content	Gas Chromatography	Time & cost savings No chemicals needed No chemically educated operator needed	AN-NIR-084
Polyvinylidene Chloride (PVDC)	Sheet thickness	Weighing	Time-saving Reduced user error risk	AN-NIR-092