Polymer-Extrusion : PAT Analytics

Polymer-Extrusion

Die Stecknadel im Heuhaufen finden

SKZ und LFZ PA&T der Hochschule Reutlingen starten gemeinsames Forschungsprojekt zur quantitativen inline Detektion von Additiven in hochgefüllten Kunststoffen.

Den allgegenwärtigen Einsatz von Kunststoffen im Alltag verdanken wir der Verwendung von Additiven und Füllstoffen. Teure Hochleistungsthermoplaste wie z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE) haben nur einen Marktanteil von 1 %, da günstige Standardthermoplaste wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) durch den Einsatz spezieller Additive und Füllstoffe für die meisten Anwendungen ausreichend sind. Für die Lebensdauer und Funktionstüchtigkeit eines Bauteils ist der Additivgehalt essentiell. Die quantitative Detektion des Additivgehalts, z. B. zur Qualitätssicherung, ist jedoch eine große Herausforderung. Insbesondere bei gleichzeitiger Verwendung von Füllstoffen in hohen Konzentrationen ist eine Inline-Detektion mit spektroskopischen Methoden bislang nicht möglich, da das Streuverhalten der Füllstoffe eine spektroskopische Detektion des Additivs verhindert. Eine Quantifizierung des Additivgehalts kann demnach nur offline mit aufwändigen Verfahren erfolgen.

Ziel des Forschungsprojekts ist die Weiterentwicklung der bestehenden Inline-Messsysteme um eine bessere Detektion der Additive zu ermöglichen. Dazu soll insbesondere der Messbereich auf 250 – 2100 nm erweitert werden und auf Grundlage von Simulationen die geeignete Messgeometrie ermittelt werden. Durch die Anpassung des Messsystems und mit Hilfe multivariater Datenanalyse soll die spektroskopische Quantifizierung von Additiven in gefüllten Kunststoffschmelzen ermöglicht werden.

Quantifizierung von Additiven

: Poster zum Projekt - Anklicken zum Vergrößern.

Weiterentwicklung inlinefähiger Messsysteme zur Quantifizierung der Inhaltsstoffe in hochgefüllten Medien

von Tim Bäuerle1,Julia Klein2, Kilian Dietl2, Norbert Halmen2, Alexander Stuhl1,Linda Mittelberg2, Marc Brecht11

Zur Verbesserung der Eigenschaften von Kunststoffcompounds werden bei der Compoundierung diverse Additive, z.B. optische Aufheller oder UV-Stabilisatoren, sowie Füllstoffe, z.B. Kreide, Talkum oder Glasfasern, zugesetzt. Die Bestimmung des Additivgehalts erfolgt dabei meist in zeitaufwändigen Offline-Messverfahren.Eine schnellere Möglichkeit bieten inline-bzw. onlinefähige Messsysteme, welche mittels NIR-Spektroskopie den Additivgehalt bestimmen.Bei gefüllten Kunststoffschmelzen stößt dieses Verfahren jedoch aufgrund der starken Lichtstreuung an den Füllstoffen an seine Grenzen.Optische Inline-Prozesssonden messen spektral aufgelöstdie Eigenschaften der Polymerschmelze.Füllstoffe lassen sich somit quantifizieren, Additive jedoch nur schwer bzw. gar nicht. Für die Qualitätssicherung und v.a.zur Realisierung einer kontinuierlichen Produktion ist die Quantifizierung des Additivs jedoch ein entscheidender Faktor.Daher stellt sich die Frage: Ist der NIR-Spektralbereich überhaupt für diese Fragestellung geeignet und sind die aktuell verfügbarenSonden-und Messgeometrien dabei einsetzbar? Hier wird ein neuerAnsatz für das Inline-Monitoring von Compoundierprozessenauf Basis optischer Spektroskopie vorgestellt, bei dem der Spektralbereich auf den UV/Vis-Bereich ausgeweitet wird. Die Erweiterung in Verbindung mit multivariater Datenanalyse bietet die Möglichkeit, Streuung an Füllstoffen vom Signal des Additivs zu trennen und somit quantitative Aussagen über den Additivgehalt zu treffen.Zusätzlich zeigen Simulationsergebnisse zur Sonden-und Messgeometrie, dass auch hier Verbesserungspotenzial vorhanden ist. Abschließend stellt die Auswertung mit Hilfe von multivariater Datenanalyse den Kern der Modelle dar, um somit eine Quantifizierung der Additive parallel zu den Füllstoffen zu ermöglichen.