聚合物的合成与加工过程影响着材料的聚合度、 结晶度、 取向度以及共混组分的均匀性, 最终影响聚合物产品的性能。 因此对聚合物合成与加工过程中材料的实时状态进行监控至关重要。 拉曼光谱在线测量技术凭借其无损检测、 采样简单、 可靠性高, 对试样的外形和物态没有任何特定要求, 且能在高温、 高压、 有毒的环境中直接进行在线测量等特点, 在高分子材料合成与加工领域有了越来越广泛的应用。 将此在线测量技术应用到高分子合成与加工过程中, 实时测量高分子材料的化学组成和物理性质, 并将测量数据用于控制合成与加工过程, 可以提高高分子材料的性能。 本文选择聚合反应转化率、 聚合产物粒径及其分布、 聚合物结晶度、 聚合物取向度、 多相共混聚合物组分含量等五个反映聚合物合成或加工过程状态的参量, 概述了拉曼光谱在线测量上述参量的相关研究进展, 并对拉曼光谱在线测量技术在聚合物合成及加工中的应用发展进行了展望。

分别利用中红外(mid-infrared,MIR)、近红外(near-infrared,NIR)和拉曼光谱(Raman)采集了31种不同比例的低密度聚乙烯/聚丙烯(LDPE/PP)共混物样本的光谱,利用偏最小二乘法(partial least-square,PLS)建立了光谱数据与LDPE含量的模型,研究了不同光谱范围和预处理方法对模型准确性的影响,并比较了三种光谱定量测量的准确性.结果表明,对于光谱差异小、存在噪音或基线干扰的谱图,预处理方法和光谱范围对模型的准确性均有较大的影响;经过三种预处理以及选择合适的光谱范围建立的模型决定系数(R2)分别从未处理前的0.887 6,0.849 3和0.875 7提升到0.990 6,0.997 3和0.997 2,校正均方根误差(root mean square error of calibration,RMSEC)则分别从10.15,11.75和10.67降低到2.941,1.561和1.598;三种光谱在经过预处理之后均能够较好地定量测量LDPE的含量,NIR和Raman模型准确性更高,由于两者的测量速度快,因此尤其适合于进行快速、准确的定量测量.

聚合物材料制品的性能与成型加工过程有着密切的联系, 因此在线监控加工过程中材料的状态至关重要。 根据在线监控实时反馈的数据, 能够实现加工工艺参数的及时调整, 确保生产过程的稳定性, 从而保证产品质量、 减少能源浪费、 提高生产效益。 近红外光谱在线测量技术是一种成本低、 实时性强, 可以准确定量分析的技术, 已在很多生产领域得到了应用, 然而在聚合物加工领域仍处于研究阶段。 本文从测量聚合物中的组分含量、 熔融指数、 熔体密度、 填充物的分散性四个方面概述了近红外光谱在线测量技术在聚合物加工中的应用研究进展, 指出了近红外光谱在线测量技术尚存在的问题, 给出了几点建议, 最后对近红外光谱在线测量技术未来的发展进行了展望。 指出在未来几十年里, 随着光纤光谱仪器科学、 计算机科学以及化学计量学方法的发展, 近红外光谱在线测量技术在原始数据稳定性、 预处理方法、 建模方法及模型的稳健性与准确性上将会有长足的进步, 将会在更多的领域推广应用, 产生巨大的经济与环保价值。