Présentation d’approches innovantes pour la caractérisation des matériaux

Scott Hanton est le directeur éditorial de Lab Manager. Il a passé 30 ans en tant que chercheur en chimie, directeur de laboratoire et chef d'entreprise chez Air Products et Intertek. Il a gagné...

Le Sommet 2023 sur les innovations en matière de caractérisation des matériaux s'est tenu à l'Université Carnegie Mellon à Pittsburgh, en Pennsylvanie, du 7 au 9 août 2023. Cet événement rassemble des experts scientifiques dans un large éventail d'approches de caractérisation des matériaux pour deux jours de présentations et de discussions autour des défis auxquels ils sont confrontés et les solutions qu'ils ont découvertes. Le sommet de cette année était parrainé par Waters Corporation (Milford, MA) et Bausch + Lomb (Bridgewater, NJ). Les présentations couvraient une grande variété de sujets, notamment la synthèse de nouveaux matériaux, l'analyse chromatographique, les progrès de la spectrométrie de masse (MS) et les approches analytiques intégrées. Les points saillants des présentations sont inclus ci-dessous.

MS est une méthode de caractérisation des matériaux très puissante en raison de sa combinaison de spécificité, de gamme d'applications et de facilité d'utilisation. Chrys Wesdemiotis de l'Université d'Akron, Thierry Fouquet de Bausch + Lomb, Mark Morris de Covestro, Chris Shaffer de 3M Company et Mark Bier de l'Université Carnegie Mellon ont abordé différentes approches d'application de la MS à un large éventail de matériaux polymères.

Les points saillants de leurs présentations comprenaient :

Un point important à retenir des discussions sur la MS a été l'approche de Fouquet consistant à transformer les données MS en de puissants tracés bidimensionnels qui fournissent des informations sur les polymères par inspection. La clé de cette approche est de tracer la masse excédentaire fractionnaire par rapport à la masse nominale pour charger la ration (m/z). Un raffinement supplémentaire redéfinit la masse de référence de 12C égale 12 000 D à quelque chose de pertinent pour l'analyse, comme définir la masse du méthacrylate de méthyle à 100 000 D. Cette approche s'avère très prometteuse pour accélérer l'analyse des matériaux polymères par MS haute résolution, même de matériaux inconnus.

La plupart des travaux de caractérisation de matériaux complexes impliquent une équipe de scientifiques et diverses techniques complémentaires. Bien qu’aucune approche unique ne puisse résoudre entièrement le problème, l’apprentissage de parties du matériau à travers différentes expériences conduit souvent à des résultats positifs. Cette approche nécessite un travail d’équipe, de la coopération et des compétences généralistes. Drew Hoteling de Bausch + Lomb, Kathryn Beers de l'Institut national des normes et technologies (NIST), Anthony Gies de Dow, Inc, Aaron Hedegaard de 3M Company et Rachel Behrens de l'Université de Californie à Santa Barbara ont tous utilisé une variété d'outils. et des approches pour résoudre des problèmes importants.

Les points saillants de leurs présentations comprenaient :

Deux points clés ont été retenus lors de cette séance. Le premier était le détail, la coopération et la puissance d’une approche analytique véritablement intégrée telle que décrite par Hoteling. L'approche multitechnique a répondu à des questions clés sur la nature du matériau complexe. Son discours a souligné la nécessité de techniques et d'expertises différentes, ainsi que la capacité de combiner les données pour résoudre des défis complexes. En décrivant le rôle de 14 méthodes différentes, Hoteling a montré comment les différentes données étayaient les conclusions tirées par l'équipe.

Le deuxième était l’importance d’améliorer le recyclage des polymères, comme l’a décrit Beers, qui a souligné les avantages de conserver les atomes et les molécules au sein de l’économie, plutôt que de les envoyer dans les flux de déchets. Elle a montré plusieurs exemples d’utilisation de meilleures données pour aider à comprendre et à améliorer les défis du recyclage des matériaux. L'une des principales avancées a été l'utilisation de la spectroscopie infrarouge, de la SEC à haute température, de la calorimétrie différentielle à balayage et des données de densité pour former un système proche infrarouge haute performance à l'aide d'un logiciel d'intelligence artificielle pour comprendre la cristallinité et la ramification des polyoléfines. Le NIST a créé un ensemble de données publiques utilisant ces données pour contribuer à promouvoir des approches de recyclage plus intelligentes des plastiques.

Les techniques de séparation chromatographique sont très utiles pour caractériser des matériaux et des formulations complexes. La séparation des composants permet de les analyser individuellement, simplifiant ainsi le processus de caractérisation. Miroslav Janic de Dow, Inc., Catherine Smith d'Arkema, Inc. et Judit Puskas de l'Ohio State University ont discuté de systèmes puissants et à trait d'union conçus pour obtenir plus d'informations à partir d'échantillons séparés par chromatographie.