In situ density determination of polyethylene in multilayer polymer films using Raman microscopy

Aplikace | 2018 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
RAMAN Spektrometrie, Mikroskopie
Zaměření
Materiálová analýza
Výrobce
Thermo Fisher Scientific

Význam tématu


Řízení hustoty polyethylenu ovlivňuje mechanické a bariérové vlastnosti plastových materiálů. V mnohavrstvých polymerních fóliích, běžně užívaných v potravinářském či farmaceutickém balení, představuje přesné stanovení hustoty jednotlivých vrstev značnou výzvu. Konvenční metody vyžadují složité přípravy vzorků a nejsou vhodné pro analýzu vrstev bez separace.

Cíle a přehled studie


Cílem studie bylo vyvinout kvantitativní model pro stanovení hustoty vrstev polyethylenu v jednovrstvých i vícevstvvých fóliích za použití konfokální Ramanovy mikroskopie a statistické regrese PLS. Metoda má umožnit bezkontaktní měření in situ bez nutnosti izolace vrstev.

Použitá metodika a instrumentace


Pro měření byly využity:
  • Konfokální Ramanův mikroskop Thermo Scientific DXR2 s laserem 532 nm
  • Software OMNIC pro sběr dat
  • Software TQ Analyst pro multivariační analýzu a modelování PLS

Vzorky zahrnovaly 12 peletek a 13 fólií s hustotami od 0,859 do 0,962 g/cm3. Spektra byla zaznamenána v rozsazích 1400–1500 cm-1 (CH2 ohybové módy) a normalizována pomocí plošného podílu peaků.

Hlavní výsledky a diskuse


Analýza spekter odhalila odlišné intenzity sympatického a asympatického ohybu CH2 mezi HDPE, LDPE a LLDPE. PLS model se třemi faktory dosáhl korelačního koeficientu 0,9914 a RMSE 0,0036 g/cm3 pro kalibraci a 0,0043 g/cm3 pro validaci. Všechny vypočtené hustoty se pohybovaly v rámci ±0,81 % skutečných hodnot.
Na ukázkovém vzorku multilayer transdermální náplasti byly dvě vrstvy PE lokalizovány pomocí konfokálního profilu hloubky. Vrstvě bližší podkladu byla stanovena hustota 0,9150 g/cm3 (LDPE/LLDPE), svrchní vrstvě 0,9583 g/cm3 (HDPE).

Přínosy a praktické využití metody


Metoda umožňuje rychlé a neinvazivní stanovení hustoty PE vrstev bez separace. Hlavní oblasti využití:
  • Klasifikace materiálů v kontrolách kvality
  • Analýza vícevstvvých obalových fólií
  • Dešifrování skladby v reverzním inženýringu
  • Vývoj polymerních kompozitů a selhání materiálů

Budoucí trendy a možnosti využití


Potenciál rozšíření zahrnuje aplikaci na jiné polymerní systémy, integraci do online měření v průmyslové výrobě a rozvoj pokročilých chemometrických postupů. Další směřování představuje automatizace analýz a kombinace Ramanovy mikroskopie s obrazovou spektroskopií pro podrobnější charakterizaci struktur.

Závěr


Konfokální Ramanova mikroskopie ve spojení s PLS regresí představuje robustní nástroj pro kvantitativní stanovení hustoty vrstev PE v mnohavrstvých fóliích. Metoda překonává omezení konvenčních postupů a nabízí rychlé in situ měření, které je vhodné pro různé formy vzorků od peletek po komplexní polymerní fólie.

Reference


  • Piringer O.G., Baner A.L. Plastic Packaging: Interactions with Food and Pharmaceuticals, 2nd ed., Wiley-VCH, 2008.
  • Polyethylene, The Essential Chemical Industry – online, retrieved 11/27/2017.
  • ISO 1183-1:2012 / ASTM D792-13, Methods for determining density of plastics – Part 1.
  • ISO 1183-2:2004 / ASTM D1505-10, Density gradient column method.
  • ASTM D4883-08, Density of polyethylene by ultrasound technique.
  • Mieth A., Hoekstra E., Simoneau C. Guidance for the identification of polymers in multilayer films, EUR 27816 EN, 2016.
  • Sato H. et al. Raman spectra of polyethylene pellets, J. Appl. Polym. Sci. 86, 443–448, 2002.
  • Strobl G.R., Hagedorn W. Raman spectroscopic method for polyethylene crystallinity, J. Polym. Sci. B 16, 1181–1193, 1978.
  • Williams K.P.J., Everall N.J. Quantitative determination of polyethylene density by Raman, J. Raman Spectrosc. 26, 427–433, 1995.
  • Ibrahim M., He H. Classification of polyethylene by Raman spectroscopy, Thermo Scientific AN52301, 2017.
  • Thermo Scientific TQ Analyst Software Chemometric Algorithms, 2009.
  • Kearney C.J., Mooney D.J. Macroscale delivery systems, Nat. Mater. 12, 1004–1017, 2013.
  • Allen L.V., Ansel H.C. Ansel’s Pharmaceutical Dosage Forms and Drug Delivery Systems, 10th ed., Lippincott Williams & Wilkins, 2013.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Classification of polyethylene by Raman spectroscopy
Classification of polyethylene by Raman spectroscopy
2022|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
Confocal Raman Microscopy Analysis of Multilayer Polymer Films
Density and Copolymer Content in Polyethylene Samples by FT-NIR Spectroscopy
XRD investigation of three types of polyethylene films with ARL EQUINOX 100 X-ray Diffractometer