什麼是聚合？
聚合是一種化學反應，其中許多小分子單元（稱為單體）共價鍵合形成稱為聚合物的大分子。 聚合反應被廣泛研究，並導致了高價值、高性能的工程材料，這些材料存在於我們的家庭、汽車甚至我們的身體中。對於這些聚合物，對聚合反應的透徹了解和對所有反應變數的控制對於生產滿足最終用途要求和規格的材料至關重要。
聚合物是由較小的重複單體子段組成的大分子，這些子鏈連接在一起形成鏈。自然界中存在的聚合物，例如多肽和多醣，是生物體的關鍵成分。尼龍和聚氨酯等合成聚合物改變了我們製造和使用商業產品的方式。後一種聚合物通常是通過自由基加成過程將單體片段添加在一起，或者通過縮合反應將片段連接在一起而形成的，這些反應與水或其他小分子一起產生聚合物。
原位拉曼確認目標鏈長度已實現
對於廣泛的行業來說，有機矽的多樣化特性使公司能夠設計出具有特定、適合用途特性的產品。這些產品利用矽橡膠的各種特性，例如強度、熱阻率和穩定性。通常，有機矽是通過氯矽烷的水解，然後添加末端官能團，或通過環狀矽氧烷的縮聚來生產的。這些方法中的每一種都是平衡反應，可產生具有廣泛分子量分佈範圍的低分子量產物。
陶氏研究人員開發了一種基於精確控制聚合的有機矽生產替代方法，以生產具有目標、均勻鏈長的產品。在這種合成中，鋰基反應物用於打開環狀三矽氧烷環，然後添加另一種環狀矽氧烷試劑，以產生單分散的有機矽聚合物。
這種新型有機矽聚合產生具有精確控制鏈長的單分散產物，由 ReactRaman 進行追蹤 ，從而消除了與離線 GC 分析相關的延遲和反應不確定性。反應的起始、進展和動力學都可以通過 拉曼方法輕鬆測量，從而提供連續、實時的驗證，證明反應是否按預期進行。
加成反應和縮合反應
聚合的兩大類是加成反應和縮合反應。此外，反應也稱為鏈生長聚合，完整的單體連接在一起形成線性或支鏈。
此外，聚合 （A.），整個單體分子成為聚合物的一部分。加成聚合物通過幾種不同的機制形成，包括自由基聚合、陰離子聚合、陽離子聚合等。加成聚合形成的常見聚合物包括聚烯烴、聚苯乙烯和聚氯乙烯。 另一種類型的加成反應是開環聚合，用於製備聚合物，例如聚己內酰胺，以及高度定制的矽氧烷聚合物。
在縮合反應 （B.） 中 ，當單體結合時，會形成聚合物和副產物分子，例如水或 HCl。如果單體具有兩個或多個反應性官能團，則會形成更多的支鏈聚合物。縮合反應通常被描述為階梯生長聚合，因為最初形成二聚體，然後形成三聚體，最終形成更長鏈的低聚體。縮合反應形成的常見聚合物包括聚醯胺、聚酯和聚碳酸酯。
加成反應和縮合反應的動力學和能量學是完全不同的。加成反應需要引發劑，例如紫外線或升高的溫度/壓力。構成加成聚合的單體快速而高能地反應形成高分子量鏈。在縮合反應中，聚合物的逐步生長比加成反應發生得更慢，但最終會形成更長鏈的聚合物。
在加成反應或縮合反應中，仔細控制聚合反應可以根據特定的產品規格定制物理和化學特性。由於後一個原因， 原位 FTIR 光譜、 粒度分析儀 和化學反應器 實現 的高度受控反應條件對於開發和控制聚合反應非常有價值。
聚合反應採用多種技術。所有技術都有相同的目標，即實現聚合物的特定結構和物理性能。
加成反應技術包括：
縮合反應技術包括：
無論聚合是通過添加作為鏈式反應還是在階梯反應中縮合進行，都必須充分了解化學成分，以便推進研究和/或快速將新聚合物推向市場。
這種理解涉及以下因素：
在更複雜的聚合中，例如共聚物或多聚物，測量不同單體的單獨聚合反應速率使研究人員能夠調整並確保最終產品的物理性能。了解關鍵的聚合物反應參數可以精確控制多步驟聚合、實時殘留單體測量並最終改善最終用途聚合物性能。
即時、原位 FTIR 和 拉曼光譜 在聚合反應研究方面提供了增強的知識和改進的性能，使科學家能夠：
新型高性能ABC三嵌段共聚物的開發
舒爾茨，AR，陳，M.，法斯，GB，摩爾，RB，和朗，TE （2016）。4-二苯基膦苯乙烯的活性陰離子聚合用於 ABC 三嵌段共聚物。 聚合物國際， 66（1）， 52-58。https://doi.org/10.1002/pi.5253
陰離子聚合是一種廣泛使用的用於生產熱塑性彈性體的鏈式生長方法，每年使用該工藝生產數十萬噸材料。
在本文中，科學家們報告了一類新型含磷苯乙烯 ABC 三嵌段共聚物的開發。
ABC 三嵌段共聚物是通過連接三種不同的單體形成的，在這種情況下，這些單體是苯乙烯 （S）、異戊二烯 （I） 和 4-二苯基膦基苯乙烯 （DPPS）。科學家報告說，通過陰離子聚合連續添加這些單體會產生一種高性能聚合物，可以在分子量和分子量均勻性方面進行微調。
通過跟踪單個傳播單體的 IR 峰（S，908 cm−1;I，912 cm−1;DPPS，918 cm−1）與ReactIR一起 ，他們證實了聚（S-b-IB-DPPS）的活合成，並能夠深入了解每個傳播步驟的動力學。了解動力學和調整微調反應變數對於生產具有目標性能的材料至關重要。
原位 FTIR 監測形成 ABC 三嵌段聚合物聚苯乙烯-b-異戊二烯基膦苯乙烯）[聚（SBIB-IB-DPPS）]
為了了解聚合反應
原位 FTIR 和 拉曼光譜 可連續監測關鍵聚合物質（單體和聚合物），並提供有關聚合反應動力學的寶貴資訊。透過即時、原位 ReactIR 或 ReactRaman，可以即時追蹤共聚和三重聚合反應中使用的各個單體，從而在整個實驗過程中立即做出有關反應的決策。
原位 FTIR 和拉曼光譜在研究聚合反應方面的經證實的好處：
聚合反應反應器
製程開發和放大工作站 提供即時熱力學數據，能夠研究不斷變化的條件對傳熱和傳質的影響，並支援與濃度、溫度或動力學相關的研究。
反應量熱儀 使研究人員能夠測量聚合反應產生的熱量，並根據熱量輸出控制反應。
相關參數（包括添加）的控制可以自動化和預先編程，從而可以在每天24小時記錄所有聚合反應參數的同時安全地進行實驗。聚合反應過程的各個步驟以及實驗數據被連續記錄和安全存儲，以便於評估和解釋。由於安全、準確和精確的測量和控制，減少了所需的實驗數量，從而提高了放大效率。
用於改善聚合反應
在聚合反應中，製程參數對液滴尺寸的影響是需要考慮的重要因素。傳統上，這是使用離線方法估計的。然而，這種方法可能很困難且不安全。
使用粒徑分析儀 進行 線上監測可以即時監測液滴，並使操作員能夠在工廠環境中果斷採取行動，以確保滿足產品規格。 EasyViewer 採用實驗影像分析 （Exp. IA） 演算法，有助於快速開發和部署粒子偵測和表徵模型。可以即時量化關鍵顆粒機制，例如聚結和斷裂，使用戶能夠了解改變製程參數的影響並確保批次間的可重複性。
