REX-Inspec

Inline-Kontrolle und Steuerung von Extrusionsprozessen mittels multimodaler Spektroskopie

Inline-Messtechniken zur Kontrolle und Steuerung von Extrusionsprozessen stehen derzeit nur in sehr begrenztem Umfang zur Verfügung und haben sich am Markt noch nicht etabliert. Ziel des Forschungsprojektes “REX-Inspec“ war es daher, neue und kombinierte Inline-Messmethoden zur Kontrolle und Steuerung von Extrusionsprozessen zu entwickeln. Diese basieren auf spektroskopischen Messverfahren sowohl auf der Extrusionsstrecke als auch am Extruderende (Düse).

Inline-Messungen haben den großen Vorteil, dass sie ohne große Zeitverzögerung Daten über den Prozess sowie die aktuelle Produktqualität liefern. Das ermöglicht zum einen eine Qualitätskontrolle in Echtzeit und ist zum andern die Basis für eine automatisierte Prozesssteuerung.

Bei den von der Hochschule Reutlingen entwickelten spektroskopischen Inline-Verfahren handelt es sich UV/VIS-, Nahinfrarot (NIR)-, und Raman-Spektroskopie. Darüber hinaus wurden THz-Sensoren (Universität Marburg) sowie GHz-Sensoren (Fa. hf-sensor, Leipzig) in den Extruder integriert. Um die verschiedenen Sensoren und Messköpfe in den Extruder zu integrieren, wurde dieser mit entsprechenden Bohrungen auf der Verfahrensstrecke sowie mit verschiedenen Adaptermodulen vor der Düse modifiziert. Die verschiedenen spektroskopischen Daten sowie die Prozessdaten des Extruders konnten auf einer von der Fa. GED entwickelten Software-Plattform zusammengeführt und visualisiert werden.

Die Leistungsfähigkeit, Nachweisempfindlichkeit sowie die Vor-und Nachteile der einzelnen spektroskopischen Inline-Messtechniken wurden am modifizierten Extruder am Beispiel von drei verschiedenen Compoundierungs-prozessen sowie der reaktiven Extrusion von Polyurethanen untersucht.

Besonders erfolgreich und vielversprechend ist die Kombination verschiedener spektroskopischer Techniken (multimodale Spektroskopie). Dadurch ist es möglich, komplementäre Informationen über die chemischen und morphologischen Eigenschaften des Systems zu erhalten. Multivariate Analysemethoden, z. B. die Hauptkomponentenanalyse oder multivariate Regressionsmodelle ermöglichen die Extraktion der relevanten Informationen aus den Spektren und führen damit zu einem detaillierten Prozessverständnis. Insgesamt waren viele verschiedene Fachdisziplinen in das Projekt eingebunden, von der Kunststoffverfahrenstechnik (Fa. Allod, Hochschule Reutlingen) über die Spektroskopie und Datenanalyse (Fa. hf-sensor, Hochschule Reutlingen, Universität Marburg) bis hin zur Elektronik- und Softwareentwicklung (GED Gesellschaft für Elektronik und Design mbH).

Der modifizierte und mit Sensoren ausgestattete Extruder der Hochschule Reutlingen steht interessierten Anwendern für Testextrusionen zur Verfügung. Es besteht Expertise sowohl im Kunststoffbereich (Compoundierung, reaktive Extrusion) als auch im Pharmabereich (Hot Melt Extrusion von pharmazeutischen Wirkstoffen in einem Trägerpolymer).

Die Macher

Projektleitung und die Mitarbeiter

Kooperationspartner und Förderer

Personen, Institutionen, Geldgeber