IRTracer-100

フーリエ変換赤外分光光度計

1. 紫外線硬化樹脂のラピッドスキャンによる反応追跡

アクリレート系などの紫外線硬化樹脂は,紫外線を照射するとラジカル重合により比較的短時間で硬化します。強い紫外線を照射すると,硬化反応の大部分は数秒間で進行します。このように短時間に進行する反応を追跡するためには高速スキャン機能を備えたFTIRが必要となります。ラピッドスキャンは,1秒間に20回の赤外スペクトルを得ることができるため,数秒で完了する硬化反応過程でも緻密に観察することができます。
IRTracer-100のラピッドスキャン機能を用いて,紫外線硬化樹脂の反応過程を測定した例をご紹介します。

測定

市販のアクリレート系紫外線硬化樹脂について,金属板に樹脂を薄く塗布し,正反射法にて硬化反応過程の赤外スペクトルを測定しました。
金属板をリファレンスとしてバックグラウンド測定を行った後,ピークが飽和しない程度に試料を薄く金属板に塗布しました。毎秒20スペクトルを取得するラピッドスキャン測定を開始し,約5秒経過後に紫外線照射を開始しました。

測定結果のうち1秒毎の赤外スペクトルを抜粋して3D表示で示しました。

紫外線硬化樹脂のラピッドスキャン測定結果 3D 表示

また,赤外スペクトル の1635 cm-1付近 および 810 cm-1付近のピークについて紫外線照射直後約2秒間の拡大図をそれぞれ示します。1635 cm-1,810 cm-1のピークはそれぞれ,ビニル基のC=C伸縮振動,ビニル基のCH面外変角振動に由来したものと考えられます。紫外線照射後,短時間でビニル基が急激に減少したことがわかります。

ピーク拡大図

ピーク変化のタイムコースグラフと反応率計算

1635 cm-1および 810 cm-1のピーク面積のタイムコースグラフを示します。紫外線照射直後の数秒間で,これらのピークが劇的に減少したことがわかります。
 

1635 cm-1のピーク面積値を用いて,紫外線照射前を反応率0 % とし,このピークが消失したことをもって反応率100 %,つまり硬化反応終了と仮定した場合の反応率時間変化グラフを示します。紫外線の照射後,1秒足らずで反応率は50 %を超え,約5秒間で80 %に達した後,ゆっくりと反応が進行していくことがわかります。
ラピッドスキャン測定ソフトウェアは,このような反応率計算を一例とした解析機能を備えています。

短時間に進行する化学反応や変化を追跡する手段としてFTIR-ラピッドスキャンは有効な手段であり,その反応過程を緻密に観察することができます。

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2. プラスチック製品中の微量添加物の評価

市販のプラスチック製品は,ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などの高分子を主たる成分として,さらに品質や性能維持のために種々の微量成分が添加されています。IRTracer-100の高いSN比を活用して,プラスチックバッグ中の添加物を評価しました。

測定

赤外分光法によってプラスチック製品中の添加物を非破壊で簡便に評価する手法として,1回反射ATR法が用いられます。1回反射ATR法は,試料に対する前処理を必要とすることなく測定できますので,異物同定を含め様々な用途に幅広く用いられています。
市販のプラスチックバッグの表面を1回反射ATR法により測定しました。
プラスチックバッグの測定結果はポリエチレンのライブラリスペクトルに一致しており,主たる成分はポリエチレンであることがわかります。また,ベースライン付近を拡大しました。プラスチックバッグに含有する添加物に由来したものと考えられるピークがあり(図中*),オレアミドなどの脂肪族アミドのスペクトルと一致しています。脂肪族アミドは滑剤の役割として樹脂に添加される物質のひとつです。
測定結果に現れた脂肪族アミドのピークはいずれも吸光度0.010A 未満の微弱な強度です。また,1631 cm-1付近のピークは大気中の水蒸気の影響を受けやすい領域にあります。これらの微小なピークが,乾燥空気や窒素ガスによる測定系のパージを必要とすることなく,明瞭に検出されました。

微小ピークの測定再現性検討

一般に,目的成分に由来したピークの高さや面積値を用いてその含有量を把握することが可能ですが,微量添加物に由来した微小なピークを用いる場合には,測定の再現性を把握しておくことが大切です。プラスチックバッグをATRプリズムに密着させたまま連続して10回繰り返し測定し,1631cm-1付近のピーク面積値とCV値を算出しました。
※ 面積値は10回測定の平均値で規格化して表示しています。

* 当社従来機:IRPrestige-21

目的成分の含有割合が小さくなれば,測定された赤外スペクトルにおける当該ピークの強度も相応に小さくなりますので,良好な評価結果を得るためには高いSN比を備えた装置が求められます。IRTracer-100は,高いSN比を備えていますので,微量な添加物に由来する微弱なピーク情報を,明瞭かつ安定して取得することができます。

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   Solutions Navigator 光分析アプリケーションニュース
    A457 「ラピッドスキャンによる紫外線硬化樹脂の反応追跡(会員制サイト ログイン要)
    A467 「複数成分を含んだ異物分析に最適な異物解析プログラムのご紹介(会員制サイト ログイン要)
 
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