FT-NIR-Spectroscopy for Process Monitoring of Polymers

Význam tématu

FT-NIR spektroskopie představuje rychlou, spolehlivou a neinvazivní metodu pro online monitorování polymerizačních procesů. Umožňuje vyhodnotit složení materiálu v reálném čase na molekulární úrovni, což podporuje koncepty Total Quality Management a Zero Defect Operation. Díky ní lze minimalizovat odpad, zvýšit efektivitu výroby a okamžitě reagovat na odchylky ve výrobním toku.

Cíle a přehled studie / článku

Application Note AN N230 demonstruje využití FT-NIR spektrometru MATRIX-F pro kontinuální sledování výroby polymerů. Cílem je ukázat možnosti měření klíčových chemických i fyzikálních parametrů přímo v procesu výroby, od polymerizačního reaktoru až po extrudér a finální kontrolu fólie.

Použitá metodika a instrumentace

Měřicí systém je založen na spektrometru MATRIX-F s multiplexní schopností a robustním provedením. Pro přenos světla a umístění měřicích míst se využívají:

• optická vlákna
• vysokotlaké a vysokoteplotní transmisní sondy z nerezové oceli či Hastelloy s safírovými okénky
• difúzní reflexní sondy pro disperzní či neprůhledné medium
• hlavy senzorů pro bezkontaktní měření

Software CMET zajišťuje akvizici a analýzu dat i komunikaci s procesním řídicím systémem prostřednictvím průmyslových rozhraní (4–20 mA, Modbus, Profibus DP, OPC DA).

Hlavní výsledky a diskuse

Studie ukazuje, že FT-NIR spektroskopie umožňuje sledovat parametry jako hustota, Melt Flow Index, obsah volných monomerů, OH-number, NCO-obsah či kyselost v reálném čase. Příklad produkce polyethylenové fólie odhalil okamžité změny v hustotě a MFI během polymerizace a extruze. Díky přímému měření ve výrobní lince lze vyloučit zpoždění spojená s off-line analýzou, čímž se snižuje podíl vadného materiálu.

Přínosy a praktické využití metody

• Okamžitá detekce odchylek od specifikací a automatická korekční opatření
• Snížení provozních nákladů díky minimalizaci odpadu
• Vylepšená kontrola fyzikálních vlastností polymeru (hustota, tokové vlastnosti)
• Možnost integrace do stávajících procesních systémů a rozšíření na různé fáze výroby

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj se zaměří na zlepšení citlivosti a robustnosti sond, rozšíření aplikací na složitější směsi a nanokompozity a implementaci umělé inteligence pro prediktivní údržbu a optimalizaci procesů. Integrace s IIoT a průmyslem 4.0 umožní plně autonomní řízení výroby polymerů.

Závěr

FT-NIR spektroskopie s využitím MATRIX-F systému představuje efektivní nástroj pro online kontrolu kvality polymerů. Poskytuje klíčová data v reálném čase, usnadňuje rychlé rozhodování a přispívá ke zlepšení produktivity i kvality výrobních procesů.

Reference

Bruker Optics GmbH & Co. KG, Application Note AN N230: FT-NIR Spectroscopy for Process Monitoring of Polymers, © 2021