Polymere durchschaut – UV/VIS-Spektroskopie an modernen Kunststoffen

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Filmhalter ermöglicht Drehung der Probe

Immer mehr Polymere mit speziellen Eigenschaften finden in LC-Displays oder bei Sonnenbrillen Verwendung. Während die Sonne unpolarisiertes Licht aussendet, lassen diese Polymere nur Licht einer Polarisationsebene transmittieren. Damit wird die durchscheinende Lichtmenge deutlich reduziert. Um diesen Effekt näher zu untersuchen, hat Shimadzu zu den neuen UV/VIS-Systemen einen Filmhalter konzipiert, bei dem die Probe gedreht werden kann.

Für diese Untersuchungen werden zwei gleiche Filme in die Probenposition gesetzt. Zunächst werden sie mit gekreuzter und anschließend mit paralleler Polarisation untersucht, indem die Proben gegeneinander verdreht werden. Während bei paralleler Ausrichtung die Absorption im für das untersuchte Material typischen Bereich von 0,7 Abs liegt, zeigt sich bei um 90° gedrehtem Film maximale Absorption. Abbildung 3 zeigt eine solche Messung mit polarisierenden Filmen. Der Messbereich lag zwischen 650 und 400 nm, während als Datenaufnahmerate 0,1 nm ausgewählt wurde.

Dabei konnte selbst bei paralleler Ausrichtung der Polarisationsebenen und typischen Absorptionswerten um 5 Abs (0,001% Transmission) ein gutes Spektrum aufgenommen werden.

Mechanismen in Polymeren entdecken

Ein weiteres Zubehör für die neuen UV/VIS-Systeme ist die Integrationskugel ISR-2600 Plus für das UV-2600. Speziell die Photovoltaik hat stetig zunehmende Ansprüche an die verwendeten Materialien: Effizienz und Haltbarkeit werden in dem hart umkämpften Markt immer bedeutender. Um die empfindlichen Halbleiterelemente zu schützen, werden verschiedene Polymere verwendet. Darunter sind z.B. Polyethylenterephthalat (PET) und Ethylenvinylacetat (EVA). Nicht nur Wind und Wetter rufen Schäden an den Panels hervor. Auch das Sonnenlicht kann im Lauf der Jahre die Schutzfunktion der Polymere beeinträchtigen. Daher ist ein Verständnis der Mechanismen in den Polymeren entscheidend.

Zu diesem Zweck werden die entsprechenden Polymere in einer Bewitterungsanlage unterschiedlich lang mittels UV-Lampe künstlich gealtert und anschließend hinsichtlich ihrer Transmissionsfähigkeit oder Reflektivität untersucht. Mit längerer Belichtungsdauer nimmt der Transmissionsgrad im sichtbaren und UV-Bereich ab (s. Abb. 4). Somit würde auch die Effizienz der Photovoltaikanlage sinken. Diese Messungen werden üblicherweise mit UV/VIS-Systemen und Integrationskugeln durchgeführt, um die gesamte Transmission (diffus und gerichtet) zu erfassen. Dabei bietet die neue Integrationskugel zum UV-2600 einen weiteren Vorteil: Mit ihrem zweiten Detektor aus Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs) ermöglicht sie hochsensitive Messungen bis zu 1400 nm, sodass bei einer einzigen Messung auch die Transmission oder Reflexion bis in den NIR-Bereich möglich ist.

Als zusätzliche Information kann man bei diesen Analysen auch die Farbzahl der entsprechenden Messpositionen sehr einfach mittels einer optionalen Software bestimmen, die die Spektren im VIS-Bereich analysiert. Somit lässt sich solch eine Beschichtung sowohl hinsichtlich ihrer Transmission, Reflexion und Farbcharakteristik untersuchen, um in der Qualitätssicherung, aber auch in der Forschung und Entwicklung von Photovoltaikelementen, messbare Ergebnisse zu liefern.

Auch wenn die UV/VIS-Spektroskopie bei vielen Anwendern inzwischen wohletabliert ist, erschließen sich durch fortlaufende Weiterentwicklung der Mess-Systeme ständig neue Applikationsfelder wie die vorliegenden Beispiele zeigen.

* N. Garnebode: Shimadzu Deutschland GmbH, 47269 Duisburg

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