NIR-Spektroskopie in der Polymerindustrie: Die ideale Methode für Qualitätskontrolle und Produktscreening – Teil 1

Zweifellos gibt es heutzutage einen Trend zu einer strengeren Qualitätssicherung und Qualitätskontrolle in Produktionsprozessen, beispielsweise in der Polymerindustrie. Gleichzeitig geht dieser Trend mit einer stärkeren Konzentration auf kostensparende und zeitsparende Methoden einher, so dass die Durchführung von mehr Prüfungen nicht automatisch zu höheren Kosten führt. 

Zu den wichtigsten Faktoren, die Unternehmen dazu bewegen, freiwillig mehr Prüf- und Qualitätspraktiken einzuführen, gehören: 

• Kostendruck: Durch Tests können Produkte aufgedeckt werden, die nicht den Spezifikationen entsprechen. Die Produktion kann dadurch rechtzeitig gestoppt und unnötige Herstellungskosten vermieden werden.
• Verstärkter Wettbewerb: Qualitätspraktiken verschaffen einen Wettbewerbsvorteil und können als Marketinginstrument zur Steigerung des Markenwerts eingesetzt werden.
• Ressourcenknappheit: Qualifiziertes Personal ist schwer zu finden, deshalb sind Kontrollen, die auch von Laien durchgeführt werden können, von unschätzbarem Wert.

Die Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR) ist eine Analysemethode, die den oben genannten Faktoren Rechnung trägt und besonders geeignet ist, die Qualitätskontrolle effizienter und kostengünstiger zu gestalten, wie in diesem Artikel gezeigt wird. Es wird ein kurzer Überblick über die NIRS gegeben, gefolgt von Applikationsbeispielen für die Qualitätskontrolle von Polymeren. Abschliessend werden Hinweise und Beispiele gegeben, wie polymerherstellende und -verarbeitende Unternehmen von der Nutzung der NIRS profitieren können.

Überblick zur NIR-Technologie

Das Verfahren zur Gewinnung von NIR-Spektren verdeutlicht bereits zwei grosse Vorteile der NIR-Spektroskopie: Einfachheit bei der Probenmessung und Schnelligkeit.

• Schnelle Technik mit Ergebnissen in weniger als einer Minute.
• Keine Probenvorbereitung erforderlich – messen Sie die Probe so, wie sie ist.
• Geringe Kosten pro Probe – keine Chemikalien oder Lösungsmittel erforderlich.
• Umweltfreundliche Technik – es entsteht kein Abfall.
• Zerstörungsfrei – wertvolle Proben können nach der Analyse wiederverwendet werden.
• Leichte Handhabung – auch für unerfahrene Anwender sind die ersten Erfolge schnell spürbar.

Read our previous blog posts to learn more about NIRS as a secondary technique.

Benefits of NIRS: Part 1

Benefits of NIRS: Part 2

Benefits of NIRS: Part 3

Benefits of NIRS: Part 4

Welche Arten von Polymerherstellern in der Produktionskette könnten vom Einsatz der NIR-Spektroskopie profitieren?

Abbildung 4 veranschaulicht die einzelnen Produktionsschritte vom Kunststoffhersteller über den Kunststoffcompounder und den Kunststoffverarbeiter bis hin zum Kunststoffteilehersteller. Der erste Schritt, bei dem Nahinfrarot-Laborgeräte eingesetzt werden können, ist die Herstellung reiner Polymere, deren Reinheit bestätigt werden muss. NIRS ist auch eine sehr nützliche Technik für den nächsten Schritt, wenn Polymere zu Produkten zusammengesetzt werden, die für die weitere Verarbeitung bestimmt sind. 

Welche Applikationen und Parameter von Polymeren sind mit NIRS im Allgemeinen möglich?

Grundsätzlich ist die NIRS-Analyse eher für die Messung von Massenmaterialien und nicht für die Spurenanalyse geeignet. Ausserdem sollten die Polymerproben nicht mehr als 3 % Russ enthalten und eine Referenzmethode sollte vorhanden sein. Wenn diese Voraussetzungen erfüllt sind, kann die NIR-Spektroskopie als schnelle und kostengünstige alternative Messtechnik eingesetzt werden.

Das untenstehende kostenlose Metrohm-Applikationsbulletin beschreibt einige Applikationen für die Polymerindustrie, die mit Hilfe von NIRS-Geräten durchgeführt werden können. Dieses Dokument enthält Analysen einer Vielzahl von Parametern in einer sehr grossen Anzahl von Proben.

Polymeranalysen mittels Nahinfrarotspektroskopie

Beispiele für den Einsatz der NIR-Spektroskopie bei ausgewählten Polymeren finden sich in Tabelle 1.

Sparen Sie bis zu 90 % der Betriebskosten mit NIRS

Die Unterschätzung von Qualitätskontrollprozessen ist einer der Hauptfaktoren, die zu internen und externen Produktfehlern führen, die Berichten zufolge Umsatzeinbußen von 10-30 % verursachen. Infolgedessen werden viele verschiedene Normen eingeführt, um die Hersteller bei ihren Qualitätskontrollverfahren zu unterstützen. Die Zeit bis zum Ergebnis und die damit verbundenen Kosten für Chemikalien können jedoch sehr hoch sein, was viele Unternehmen dazu veranlasst, die Nahinfrarotspektroskopie in ihren Qualitätskontrollprozess zu integrieren.

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Weitere Teile dieser Serie

Dieser Artikel ist nur ein allgemeiner Überblick über den Einsatz der NIR-Spektroskopie als ideale QC-Methode für die Polymerindustrie. Weitere Ausgaben sind den am häufigsten hergestellten und kommerziell wichtigen Polymeren gewidmet und enthalten viel detailliertere Informationen. Diese Polymere sind:

Polyethylen und Polypropylen (PE & PP)

Polyethylenterephthalat (PET)

Polyamid (PA)

Polyole und Isocyanate zur Herstellung von Polyurethan (PU)

Ihr Wissen zum Mitnehmen

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On-demand Webinar: Die Qualitätskontrolle von Polymeren neu überdenken: Die Vorteile der Nahinfrarot- und Ramanspektroskopie erklärt

Flyer: Polymeranalyse durch NIR- und Raman-Spektroskopie