1. <table id="63b8h"><ruby id="63b8h"></ruby></table>
    2. <td id="63b8h"><ruby id="63b8h"></ruby></td>
    3. <td id="63b8h"><strike id="63b8h"></strike></td>
    4. <pre id="63b8h"><label id="63b8h"><menu id="63b8h"></menu></label></pre>

      售前熱線: 400-623-2690

      關注海洋光學:

      基于拉曼光譜的反應過程監測

      基于拉曼光譜的反應過程監測

      本文關鍵詞: 新材料Raman
      摘要

      環氧樹脂是指環氧樹脂的總稱,包括單個組分和固化結果。環氧樹脂是一類含有環氧基團的反應性聚合物前體和聚合物。這些樹脂因其耐用性、強附著力、耐化學性和其他特殊特性而被廣泛用于消費和工程應用。環氧樹脂用于制造膠水、塑料、油漆、涂料、底漆和密封劑、地板以及建筑和施工應用中使用的其他產品和材料。 大多數被稱為“結構”或“工程”粘合劑的材料都是環氧樹脂。 這些高性能粘合劑用于制造用于甲板、墻壁、屋頂和其他需要與各種基材(包括混凝土和木材)牢固粘合的產品的層壓木材。 環氧樹脂可以粘在金屬、玻璃、石頭、木材和一些塑料上,并且比大多數膠水更耐熱和耐化學腐蝕。

      實驗裝置

      本實驗中使用的兩部分環氧樹脂Devcon? 15 Minute Epoxy由雙酚 A 二縮水甘油醚樹脂和聚硫醇/聚胺混合物(2,4,6-三(二甲氨基甲基)-苯酚和硫醇胺混合物)。硫醇是一種有機硫化合物,可為固化過程提供硫醇基團。 硫醇很容易與環氧基團反應,通常用于不可能進行熱固化或需要快速固化的場合。

      為監測固化過程,使用海洋光學QE Pro-Raman+光譜儀、785nm激光器(300 mW,LASER-785-LAB-ADJ-FC)以及拉曼探頭 (RIP-RPB-785-FC-SMA) ,拉曼探頭固定在固化環氧樹脂上方的固定距離處。用黑布遮蓋以排除環境光干擾。 積分時間取3s,多次掃描平均取10?;旌虾罅⒓丛诃h氧樹脂樣品上采集信號,每隔 2-3 分鐘采集一次。在任何情況下,取得的信號都與混合后 40-45 分鐘收集的信號無明顯差異。

      測量

      兩種不同比例的樹脂和固化劑的樣品以1:1 比例和 2:1 比例混合(固化劑:樹脂)。 兩種組分混合后,固化過程用拉曼光譜監測。重點主要是環氧化物和硫醇特征光譜,它們在固化時會減弱。

      對應于環氧化物振動頻率的拉曼譜帶先前已經報道過,其中 1254 cm-1 被指定為環氧化物環的呼吸模式(圖 1)。 該峰的強度與樹脂混合物中環氧基團的濃度呈線性相關。 921 cm-1 處的峰可能是環氧化物環變形,強度要弱得多。1114 cm-1、1186 cm-1 和 1610 cm-1 處的拉曼峰被歸為樹脂骨架振動,并且在固化反應過程中強度沒有變化。

      圖 1. Devcon? 15 Minute Epoxy(樹脂與固化劑的比例為 1:1),作為固化時間的函數。

      1254 cm-1 特征處隨時間的變化可解釋為環氧樹脂化過程中自由環氧組的消耗。2575 cm-1 處拉曼特征強度的降低表明隨材料反應,固化劑中的硫醇被消耗。 S-H 特征的初始損失率似乎是固化劑初始濃度的函數。

      與硫醇的存在相關的 S-H 特征在 2575 cm-1 處很容易觀察到。 在測量 1:1 比例固化劑與樹脂的情況下,當固化過程停止時,S-H 特征峰仍存在。 請注意,該樣品在第二天觸摸時仍然略有粘性,遠遠超過包裝上保證的 15 分鐘固化時間。原因可能是由于兩種物質的比例不正確或兩者混合不充分。

      在 2:1比例混合的固化劑樹脂樣品中,硫醇特征峰略高于 1:1比例混合的樣品(圖 2)。 這并未針對定量行為進行評估,但考慮到在 2:1 比例混合的情況下,固化劑占總材料的 67%(三分之二),而在 1:1比例混合的情況下,峰高的比率似乎是合理的 50%(一半)。 在第二種情況下,沒有足夠的樹脂與可用樹脂進行化學計量反應,并且產物環氧樹脂中殘留有相當數量的硫醇。 在這種情況下環氧樹脂也不能很好地固化也就不足為奇了。

      圖 2. Devcon? 15 Minute Epoxy(樹脂與固化劑的比例為 1:2),作為固化時間的函數。

      2:1 混合情況下的 S-H 特征(使用 2487-2639 cm-1 的峰面積分析)比 1:1 混合包含的積分面積大 1.36 倍。 這與在 1:1 混合中含有 50% 固化劑的事實一致。 在 2:1比例的混合物中,有 67% 的固化劑(增加了 1.34 倍)。

      2:1 比例的混合物有相當數量的 S-H 殘留; 1:1比例的混合物在固化結束時剩余的 S-H 更少。

      動力學分析

      對使用海洋光學拉曼系統產生的數據很容易進行 S-H 損失的動力學分析。

      S-H 特征隨時間變化的行為如圖 3 所示。兩條數據軌跡(標記)的視覺比較表明,首先,在 2:1 固化劑的情況下,過程開始時有更多的 SH 樹脂混合比在 1:1 的情況下。

      圖 3. 兩種情況下 S-H 特征下的集成區域(指數擬合數據)。

      此外,數據顯示,當存在過量固化劑時,反應的開始會略微加速。 將 S-H 反應性最快的區域(不包括 1:1 情況下的前三個點)中的數據擬合為具有偏移量的簡單指數(方程 1),很明顯,反應主體的動力學在兩種混合物中都相同,τ(1/e 半衰期)為4.5 分鐘。 最后,從兩組數據的尾部還可清楚看出,在添加更多固化劑的情況下,更多未反應的 S-H 保留下來,這是合理的,因為固化劑是硫醇的來源。

      結論

      本應用詳細介紹了使用拉曼光譜實時監測環氧樹脂固化過程的細節。 這種效用可以很容易地擴展到其他類型的反應過程,即使是那些比這種相對較慢的環氧樹脂玻璃化速度更快的反應過程。海洋光學支持一系列非常適合執行此類分析的拉曼光譜儀和激光器,以及可幫助您解決類似問題的應用專業知識。

      參考文獻

      1. K?esálek, V. and H. Va?ková, “Raman spectroscopy of epoxy resin crosslinking,” Recent Researches in Automatic Control, Conference Paper, May 2011.

      ?

      ?

      光纖光譜儀 {首页主词标题}