什么是聚合？
聚合是一种化学反应，其中许多小分子单元（称为单体）共价键合形成称为聚合物的大分子。 聚合反应被广泛研究，并产生了高价值、高性能的工程材料，这些材料存在于我们的家庭、汽车甚至我们的身体中。对于这些聚合物，对聚合反应的透彻了解和对所有反应变量的控制对于生产满足最终用途要求和规范的材料至关重要。
聚合物是由较小的重复单体子段组成的大分子，这些子链连接在一起形成链。自然界中存在的聚合物，如多肽和多糖，是生物体的关键成分。尼龙和聚氨酯等合成聚合物改变了我们制造和使用商业产品的方式。后一种聚合物通常是通过自由基加成过程将单体片段添加在一起，或者通过缩合反应将片段与水或其他小分子一起产生聚合物而形成的。
原位拉曼确认已实现目标链长
对于广泛的行业，有机硅的多样化特性使公司能够设计出具有特定、适合用途特性的产品。这些产品利用了硅橡胶的强度、热阻率和稳定性等多种特性。通常，有机硅是通过氯硅烷水解然后添加末端官能团，或通过环硅氧烷缩聚生产的。这些方法中的每一种都是平衡反应，可产生具有广泛分子量分布范围的低分子量产物。
陶氏研究人员开发了一种基于精确控制聚合的有机硅生产替代方法，以生产具有目标、均匀链长的产品。在这种合成中，锂基反应物用于打开环状三硅氧烷环，然后加入另一种环状硅氧烷试剂，以产生单分散的有机硅聚合物。
这种新型有机硅聚合产生具有精确控制链长的单分散产物，由 ReactRaman 跟踪 ，消除了与离线 GC 分析相关的延迟和反应不确定性。反应的起始、进展和动力学都可以通过 拉曼方法轻松测量，从而提供连续、实时的验证，证明反应是否按预期进行。
加成反应和缩合反应
聚合的两大类是加成反应和缩合反应。此外，反应，也称为链生长聚合，完整的单体连接在一起形成线性或支链。
此外，聚合（A.），整个单体分子成为聚合物的一部分。加成聚合物通过几种不同的机制形成，包括自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合等。通过加成聚合形成的常见聚合物包括聚烯烃、聚苯乙烯和聚氯乙烯。 另一种类型的加成反应是开环聚合，用于制备聚合物，例如聚己内酰胺，以及高度定制的硅氧烷聚合物。
在缩合反应 （B.） 中 ，当单体连接时，会形成聚合物和副产物分子，例如水或 HCl。如果单体具有两个或多个反应性官能团，则会形成更多的支链聚合物。缩合反应通常被描述为阶梯生长聚合，因为最初形成二聚体，然后形成三聚体，最终形成更长链的低聚物。通过缩合反应形成的常见聚合物包括聚酰胺、聚酯和聚碳酸酯。
加成反应和缩合反应的动力学和能量学是完全不同的。加成反应需要引发剂，例如紫外线或高温/压力。构成加成聚合的单体快速而高能地反应形成高分子量链。在缩合反应中，聚合物的逐步生长比加成反应发生得更慢，但最终形成更长链的聚合物。
无论是加成反应还是缩合反应，仔细控制聚合反应都可以根据特定的产品规格定制物理和化学性能。由于后一个原因， 原位 FTIR 光谱、 粒度分析仪 和化学反应器 实现 的高度受控反应条件对于开发和控制聚合反应非常有价值。
聚合反应采用多种技术。所有技术都有相同的目标，即实现聚合物的特定结构和物理性能。
加成反应的技术包括：
缩合反应技术包括：
无论聚合是通过添加作为链式反应还是在阶梯反应中缩合进行，为了推进研究和/或快速将新聚合物推向市场，必须充分了解化学成分。
这种理解涉及以下因素：
在更复杂的聚合中，例如共聚物或多聚物，测量不同单体的单个聚合反应速率使研究人员能够调整并确保最终产品的物理性能。了解关键的聚合物反应参数可以精确控制多步聚合、实时残留单体测量，并最终改善最终用途聚合物性能。
实时、原位 FTIR 和 拉曼光谱 在聚合反应研究方面提供了增强的知识和改进的性能，使科学家能够：
新型高性能ABC三嵌段共聚物的开发
舒尔茨，AR，陈，M.，法斯，GB，摩尔，RB，和朗，TE （2016）。4-二苯基膦氨基苯乙烯的活性阴离子聚合用于ABC三嵌段共聚物。 聚合物国际， 66（1）， 52–58。https://doi.org/10.1002/pi.5253
阴离子聚合是一种广泛使用的用于生产热塑性弹性体的链式生长方法，每年使用该工艺生产数十万吨材料。
在本文中，科学家们报告了一类新型含磷苯乙烯 ABC 三嵌段共聚物的开发。
ABC 三嵌段共聚物由连接三种不同的单体形成，在这种情况下，这些单体是苯乙烯 （S）、异戊二烯 （I） 和 4-二苯基膦基苯乙烯 （DPPS）。科学家们报告说，通过阴离子聚合连续添加这些单体会产生一种高性能聚合物，可以在分子量和分子量均匀性方面进行微调。
通过跟踪单个传播单体（S，908 cm−1;I，912 厘米−1;DPPS，918 cm−1）与ReactIR一起 确认了聚（S-b-IB-DPPS）的活性合成，并能够深入了解每个传播步骤的动力学。了解动力学和调整微调反应变量对于生产具有目标性能的材料至关重要。
原位 FTIR 监测形成 ABC 三嵌段聚合物聚苯乙烯-b-异戊二烯基膦苯乙烯）[聚（S-b-IB-b-DPPS）]
为了了解聚合反应
原位 FTIR 和 拉曼光谱 可连续监测关键聚合物质（单体和聚合物），并提供有关聚合反应动力学的宝贵信息。通过实时原位 ReactIR 或 ReactRaman，可以实时跟踪共聚和三聚合反应中使用的单个单体，从而在整个实验过程中立即做出有关反应的决策。
原位 FTIR 和拉曼光谱在研究聚合反应方面的优势：
聚合反应反应器
工艺开发和放大工作站 提供实时热力学数据，能够研究不断变化的条件对传热和传质的影响，并支持与浓度、温度或动力学相关的研究。
反应量热仪 使研究人员能够测量聚合反应产生的热量，并根据热量输出控制反应。
相关参数（包括添加）的控制可以自动化和预编程，从而可以安全地进行实验，同时每天 24 小时记录所有聚合反应参数。聚合反应过程的各个步骤以及实验数据被连续记录和安全存储，以便于评估和解释。由于安全、准确和精确的测量和控制，减少了所需的实验次数，从而提高了放大效率。
用于改善聚合反应
在聚合反应中，工艺参数对液滴尺寸的影响是需要考虑的重要因素。传统上，这是使用离线方法进行估计的。然而，这种方法可能很困难且不安全。
使用粒度分析仪 进行 在线监测可以实时监测液滴，并使操作员能够在工厂环境中果断采取行动，以确保满足产品规格。 EasyViewer 采用实验图像分析 （Exp. IA） 算法，有助于快速开发和部署颗粒检测和表征模型。可以实时量化关键颗粒机制，例如聚结和断裂，使用户能够了解不断变化的工艺参数的影响并确保批次间的可重复性。
