ポリマー分析

蛍光X線(XRF)は、多くの産業で実績のある元素分析技術です。X線が物質中の原子にぶつかると、その原子は物質の元素組成を示す蛍光「フィンガープリント」を放出します。このデータは、RoHS-3、WEEE、ELVなどの有害金属含有量に関する国際的な指令に準拠するために不可欠です。

Malvern Panalyticalは、ポリマー特性評価のために最先端のXRF装置と標準物質の両方を提供しています。添加剤および充填剤分析用のADPOL、正確な有害元素分析用のTOXELなどがあります。 

使用分野

• プラスチックのリサイクルでは、リサイクルされたポリマーの元素組成の特定と定量にXRFが使用されており、汚染物質と添加剤が許容範囲内であることが確認できます。これは、加工条件の最適化、製品品質の維持、規制基準の遵守のために不可欠です。
• XRFはリサイクルされたプラスチックの機械的特性や熱特性に悪影響を及ぼす不純物を特定するために役立つので、最終的には選別や処理方法の改善にもつながります。
• 正確な元素特性評価により、触媒の正しい組成と活性部位の最適な分散が確保されます。これは、化学反応において、高い効率と選択性を実現するために不可欠です。XRFを使用することで、研究者は触媒の配合を微調整し、触媒の不活性化を監視し、より堅牢で環境に優しい材料を開発できます。

ポリマーの結晶構造と相組成を調べることは、ポリマーの性能特性を理解し最適化するための基礎となります。ポリマー内の結晶領域と非晶領域の配置は、特性の中でも特に機械的強度、熱安定性、耐薬品性に直接影響します。

Malvern PanalyticalのX線回折(XRD)製品には、2つのクラス最高レベルX線回折装置、AerisとEmpyreanがあります。

Aeris

• Aerisは、高い汎用性、データ品質、再現性を実現するように設計されたコンパクトXRDシステムです。
• さまざまなサンプルタイプの結晶特性を測定する必要があるラボマネージャー、大学教授、製造の専門家に最適なソリューションです。 
• Aerisを使用すると、ユーザーは高い所有コストや特別な専門知識なしに、大型床置きユニットに匹敵する精度と機能を利用できます。

Empyrean

• Empyreanシステムは、極めて要求の厳しい硬放射線用途を含む、最先端のデータ品質を確保するように設計されています。 
• 1台ですべてを実行し、あらゆるサンプルタイプにおいて最高品質のデータを提供する唯一のプラットフォームです。1つの装置でX線回折、散乱、および画像処理用途と最大限の範囲に対応します。

2つの装置はいずれもポリマーの特性評価に重要な機能を備えています。ハードウェアアタッチメントや新しいソフトウェアにより、簡単に改造できるように設計されています。例えば、Aerisのモジュール設計ではアタッチメントやアドオンを簡単に追加できます。EmpyreanのPreFIXコンセプトでは、再調整手順の手間をかけずに異なる構成に切り替え可能で、比類のない柔軟性を実現しています。

この柔軟性は、持続可能性の向上にも貢献しています。マイクロプラスチックに対する懸念が高まっていることから、今後の規制では、環境被害を防ぐために、ポリマースクリーニングの要件が厳しくなる可能性が高いと考えられます。将来性のあるXRD装置は、新しい分析プロセスに対応し、ポリマーが環境に与える影響についてより深い知見を提供できます。

使用分野

• 研究開発では、ポリマーの結晶構造を解析することで、さまざまな加工条件や環境条件におけるポリマーの挙動を予測できます。
• このような知見は、工業生産において一貫した品質を確保するためにも重要です。
• 相組成を把握することは、潜在的な欠陥や改善が必要な領域を特定するのに役立ち、最終的には高度なポリマー材料の設計と開発において、イノベーションを推し進めます。

粒子径分布解析は、原材料と完成品の両方について本質的な知見を提供することにより、ポリマー分野で重要な役割を果たしています。この解析プロセスは、粒子のサイズ範囲と分布の特性評価に役立ちます。これらは、ポリマーの機械的特性、熱特性、化学特性に直接影響しています。

レーザ回折法では、散乱したレーザビームの強度の角度変化を測定して、粒子径分布に関する情報を生成します。Mastersizer 3000+は、現代のラボの分析要件と要求の厳しいワークフローに適合する汎用性の高いコンパクトなLD装置です。

使用分野

• 原材料の研究では、正確な粒子径情報により、添加剤と充填剤が均一性と性能の確保に必要な仕様を満たしていることを確認できます。これは、一貫した生産に不可欠です。
• 製造中は、粒子径分布を監視することが、プロセス制御を維持するための鍵となります。逸脱した場合は、凝集や不適切な混合のような問題が生じている可能性があり、最終的にポリマーの加工挙動に影響することがあるためです。
• ポリマー懸濁液やコロイドポリマー溶液のメーカーは、ポリマーが必要な性能基準および業界標準を満たしているか検証し、その用途における信頼性と機能性を保証できます。

ポリマーの形態は、ポリマー鎖の配列、分岐、分子量がポリマーの構造的特性と機械的特性に与える影響を調べるために不可欠です。分岐と分子量分布は特に重要です。

ポリマー鎖の配列(分岐の程度や分子量分布を含む)は、機械的強度、粘度、熱挙動、耐薬品性などの特性を決定する上で重要な役割を果たします。例えば、分岐は、ポリマー鎖の絡み合いと相互作用に影響するため、材料の密度と柔軟性を左右します。同様に、分子量の変化はポリマーの加工性と全体的な性能に影響し、分子量が大きいほど靭性と強度が向上する傾向があります。

Morphologi 4-IDは、ポリマー分析に特化して設計されています。静的画像解析により、粒子サンプルの詳細な形態学的説明が得られるため、粒子径および粒子形状などの各種パラメータの測定が可能になります。このシステムは、ポリマー粒子の特性評価に特に有効で、粉末床溶融結合法のプロセスなどの用途に使用されます。 

Morphologi 4-IDでは、自動画像処理法と化学的同定の機能を組み合わせて、ポリマーの構造と特性の包括的な分析を可能にします。これは、さまざまな用途で材料性能を最適化するために不可欠です。

使用分野

• 研究者は、形態学的パラメータを調べることにより、さまざまな条件下でのポリマーの挙動を予測し、操作できるため、最終的に、特定の用途に合わせた材料の設計が可能です。
• この機能は、生産全体を通じて一貫した品質を保証するためにも使用できます。

多様な固有特性を持つ新しい高度なポリマーは、持続可能な材料の使用を推進するうえで重要な役割を果たします。これらのポリマーの開発、製造、品質の確保には、最先端のツールと専門知識が必要です。これが、Malvern Panalyticalが開発パートナーとしてふさわしい理由です。

当社のアプリケーションスペシャリストは、その分野の専門家であり、お客様のノウハウと当社の測定専門知識を組み合わせるお手伝いをします。計装からオペレーターのトレーニング、サンプル調製の支援、メンテナンスサポートまで、ポリマーの開発と製造プロセスのすべてのステップでお客様を支援します。

ブログ:

• ポリマー特性評価の探究(パート1): 技術とその影響
• ポリマー特性評価の探究(パート2): リサイクルに革命をもたらす方法を知る
• ポリマーの結晶性に関するガイド