Применение ИК-Фурье спектрометрии в производстве ЛКМ

Инфракрасная (ИК) Фурье-спектрометр может существенно сократить издержки в производстве лакокрасочных материалов (ЛКМ), обеспечивая контроль качества, анализ состава и оптимизацию технологических процессов. В этой статье описаны основные области применения и примеры использования этого метода в производстве ЛКМ:

1. Анализ функциональных групп и состава ЛКМ

ИК-Фурье спектрометры, такие как FOLI 10 (Рисунок 1), позволяют идентифицировать функциональные группы в компонентах ЛКМ, таких как стирол-акриловые дисперсии, полиуретаны или нитратцеллюлозные связующие.

Рисунок 1. ИК-Фурье спектрометр FOLI 10 с модулем НПВО

Например, в исследовании стирол-акриловых сополимеров спектрометр используется для определения соотношения стирольных и акриловых фрагментов, что критично для достижения требуемых свойств покрытий. 

Пример: Анализ ИК-спектров помогает подтвердить наличие ключевых групп (например, C=O в акрилатах или -NCO в полиуретанах), что необходимо для контроля рецептур (рисунок 2).

Рисунок 2. Идентификация неизвестных субстанций путём соотнесения положений пиков функциональных групп

2. Контроль качества сырья и готовой продукции

Приборы применяются для решения следующих задач:

• Идентификации сырья и контроля качества готовой продукции.
• Проверки однородности покрытий, включая анализ дефектов или включений в полимерных матрицах.
• Анализ конкурентных образцов: при сравнении образцов красок можно обнаружить отличия в составе (Рисунок 3). Например, наличие специальных добавок.

Рисунок 3. Увеличенная область «отпечатков пальцев» в спектрах сравнения образцов красок (Зеленым цветом выделены общие пики в спектрах двух образцов)

Для определения состава образцов можно произвести поиск по библиотеке спектров.

В результате поиска было обнаружено, что основа обоих образцов – эпоксидная смола. Зелеными областями показаны общие пики обоих образцов и эпоксидной смолы (рисунок 4).

Рисунок 4. Поиск по библиотеке спектров

Однако на выделенном фрагменте рисунка 5 спектры существенно отличаются. Для определения природы различий образцов, был произведен поиск по библиотеке в диапазоне 810 — 650 см^-1.

Рисунок 5. Различия в спектрах образцов в диапазоне 810 — 650 см-1

В результате поиска по библиотеке (рисунок 6) в выбранном диапазоне было обнаружено, что в состав образца №1 входит субстанция с товарным знаком Cardolite NC-556X80 (эпоксидный отвердитель на основе феналкаминов).

Рисунок 6. Поиск по библиотеке в диапазоне 810 — 650 см-1

3. Оптимизация технологических процессов

ИК-спектроскопия используется для мониторинга реакций полимеризации и отверждения.

Пример: Контроль степени отверждения эпоксидных смол по изменению интенсивности полос эпоксидных групп.

Заключение

ИК-Фурье спектрометры незаменимы для обеспечения качества и снижения затрат в производстве ЛКМ. От анализа сырья до контроля готовых покрытий они сочетают высокую точность с гибкостью применения, что особенно важно в условиях импортозамещения и ужесточения экологических норм.