The use of mass spectrometry and nuclear magnetic resonance spectroscopy in the study of polymer composites

Abstract

Polymer composites are widely used in the current world. The group of materials contains a wide variety of materials like fibre reinforced polymers, particle polymer composites, structural polymer composites, and wood-based materials. Both synthetic and natural materials are represented. With the variety of materials, the methods used to produce and recycle them varies, having many ways to affect their structures. Similarly, there is variations in the microstructures as well as macrostructures of the materials. For this purpose, powerful methods for the analysis of these materials are required.

Mass spectrometry and nuclear magnetic resonance spectroscopy are widely used analytical methods in the field of analytical chemistry used for analysing substances, and their intra- and intermolecular structures. The methods are capable of providing useful information about the microstructures of polymer composites and as such are worth taking a closer look at in practice.

While mass spectrometry and nuclear magnetic resonance spectroscopy are powerful methods even alone, they might not be enough. Using many different methods of study to gain data about the same and different properties provides more trustable data with the possibility to find correlations between phenomena. For this reason, mass spectrometry and nuclear magnetic resonance are often used together with each other and other methods.

To better understand the way the methods are used in the study of polymer composites, it is useful to review some examples relating to various materials of interest. With the variety in examples available and the possibilities of the methods, mass spectrometry and nuclear magnetic resonance spectroscopy prove highly valuable in the study of polymer composites.

Polymeerikomposiitit ovat laajalti käytössä oleva materiaaliryhmä. Ryhmään kuuluu paljon erilaisia materiaaleja, kuten kuituvahvisteisia polymeerikomposiitteja, polymeeripohjaisia partikkelikomposiitteja, rakenteellisia polymeerikomposiitteja ja puupohjaisia materiaaleja. Sekä synteettiset että luonnolliset materiaalit ovat osana tätä materiaaliryhmää. Suuren määrän vaihtoehtoja myötä tulee myös paljon keinoja valmistaa ja kierrättää näitä materiaaleja, johtaen moneen keinoon muokata näiden materiaalien rakennetta. Vastaavasti materiaalien mikro- ja makrorakenteissa on paljon vaihtelua. Tästä syystä on hyvä olla tehokkaita menetelmiä näiden materiaalien rakenteiden tutkimiseen.

Massaspektrometria ja ydinmagneettinen resonanssispektroskopia ovat laajalti käytettyjä analyyttisen kemian menetelmiä aineiden ja näiden aineiden molekyylien sisäisten sekä ulkoisten rakenteiden tutkimiseen. Nämä menetelmät pystyvät antamaan hyödyllistä informaatiota polymeerien ja polymeerikomposiittien rakenteista ja näin ovat sen arvoisia, että niiden käyttöä kannattaa vilkaista tarkemmin.

Vaikka massaspektrometria ja ydinmagneettinen resonanssispektroskopia ovat yksinäänkin tehokkaita tutkimusmenetelmiä, eivät ne välttämättä riitä yksinään. Monen eri tutkimuskeinon käyttäminen yhdessä samojen ja muiden asioiden tutkimiseen voi tuoda tutkimukseen varmuutta ja mahdollisuuksia löytää korrelaatiota ilmiöiden välillä. Tästä syystä massaspektrometriaa ja ydinmagneettista resonanssispektroskopiaa yleensä käytetään yhdessä toistensa ja muiden tutkimusmenetelmien kanssa.

Paremmin ymmärtääkseen näiden menetelmien käyttöä käytännössä, on hyödyllistä käydä läpi esimerkkejä niiden käytöstä valikoitujen materiaalien tutkimuksissa. Laajan esimerkkivalikoiman ja menetelmien mahdollisuuksien avulla voidaan massaspektrometrian ja ydinmagneettisen resonanssispektroskopian olevan hyvinkin arvokkaita polymeerikomposiittien tutkimuksessa.