使用FT-NIR作为实时质量控制聚合物制造的工具

近红外光谱技术已广泛应用于聚合物工业。相比传统的方法,如湿法化学和色谱方法,近红外光谱在过程和质量控制的应用程序中提供了相当大的优势等基本福利没有实例的耗材成本低溶剂、列、试剂;实时分析-通常不到10秒的时间测量;多个组件/分析;消除样品制备时间;许多的系统误差来源和消除。

本文将介绍三个FT-NIR聚合物应用程序:1)行聚醚多元醇的羟基值分析;2)实时异氰酸酯聚氨酯反应期间监测数量;和3)离线质量控制的比例在苯乙烯共聚物苯乙烯。

介绍

聚氨酯聚合物通常由di -或poly-isocyanate多元醇反应。异氰酸酯和多元醇用于制造聚氨酯通常包含两个或两个以上的每个分子官能团。不同类型的多元醇与异氰酸酯可以形成不同的聚氨酯产品具有不同的属性和最终用途。多元醇的羟基值和异氰酸酯的异氰酸酯不仅是非常重要的质量控制参数传入的原材料也非常重要的反应控制参数。传统的分析方法对羟值和异氰酸酯滴定方法,非常耗费时间。因此他们不能用于实时过程监控和调整。他们还涉及到对环境有害的溶剂和试剂。相比之下,近红外(NIR)光谱法快速、非破坏性,没有样品制备,和可以应用于离线,行或在线测量。

苯乙烯丁二烯共聚物(SBC)及其混合已经广泛应用于我们的日常生活中,如明确的一次性杯子,包装电影,和玩具。苯乙烯/丁二烯和苯乙烯浓度之比在南方浸信会影响它的属性和最终使用。共聚物中苯乙烯浓度可以衡量一个核磁共振方法或色谱测定方法。虽然这些方法提供有价值的信息,他们是耗费时间和高成本。与这些方法相比,近红外光谱法快速和容易执行。光谱学的技术员没有知识可以执行分析。

在本文中,重点是傅里叶变换近红外(FT-NIR)分析聚醚多元醇羟值的异氰酸酯在聚氨酯反应和苯乙烯在SBC颗粒浓度

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聚醚多元醇样品从工厂获得QC实验室使用滴定法和分析。

聚氨酯样本的反应罐定期和几个批次的样本收集和使用传统的滴定分析方法。

丸的苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物(SBC)与不同浓度从客户获得和参考价值的苯乙烯浓度使用核磁共振方法得到。

样品测量

FT-NIR光谱聚醚多元醇样品收集使用QuasIR™4500(美国星系科学、纳舒厄、NH)(图1)配备温度控制样品室。样本以8毫米可支配玻璃小瓶在70°C使用分辨率8厘米¹和32扫描。

FT-NIR聚氨酯的光谱样本收集在线使用QuasIR™2000(美国NH星系科学、Nashua)(图2)加上一个过程传输探测路径长(5毫米)/ 4000 - 10000厘米的范围¹在一个8厘米的分辨率¹和20扫描。定期的光谱记录和记录时间命名的。

FT-NIR光谱SBC颗粒收集使用QuasIR™3000(美国NH星系科学、Nashua)配备一个示例微调器配件。较低的样本放入一杯98 mm哦石英窗口,然后装上样本转轮,偏心安装在2毫米样本积分球的窗口。这增加样本的数量测量并适用于非均匀样本。每个样品测量三次8厘米¹64分辨率和扫描。样本之间的重新加载测量。

数据处理

光谱圣人™软件用于收集数据和光谱圣人™请包是用于标定开发。

图1所示。星系科学QuasIR™4000傅里叶变换红外光谱仪与温度控制(可选)样品室和积分球通道。

图2。星系科学QuasIR™2000傅里叶变换红外光谱仪与标准SMA连接器。

图3。星系科学QuasIR™3000傅里叶变换红外光谱仪与积分球和可选的样品转轮。

结果与讨论

聚醚多元醇

聚醚多元醇树脂样本聚集在一个客户的QC实验室。羟基值分布在两个水平,低约38毫克KOH / g和高56毫克KOH / g。避免任何温度影响哦乐队所有样本光谱测量在70°C。图4显示了向量归一化光谱聚醚多元醇。可以观察到一个明显的差别为高和低哦,值样本,7000厘米¹,第一个o - h键发出的泛音。

图4。规范化FT-NIR聚醚多元醇样品的光谱。

总共55样本用于开发偏最小二乘法(PLS)哦,使用光谱值校准圣人™请包。使用一阶导数光谱的预处理和校准是使用两个光谱区域:4575 - 5060厘米¹和6100 - 9000厘米¹。但是请哦校准中使用了3因素和校准的准确性表示为均方根误差的估计(RMSEE)约为0.28毫克KOH / g(图5)。

分析交叉验证被用来评估校准和交叉验证的准确性表示为均方根误差(RMSECV)约为0.32毫克KOH / g(图6)。

图5。请哦值的校准曲线。R²= 99.91,RMSEE = 0.28毫克KOH / g。

图6。交叉验证的结果聚醚多元醇样品。R²= 99.88,RMSECV = 0.32毫克KOH / g。

聚氨酯

聚氨酯样本退出了由滴定反应池和分析方法。5光谱采集的采样时间是平均和用于开发校准。总共81个样本从10批次,剩余的异氰酸酯5.5% - 11.5%被用来开发偏最小二乘法(PLS)校准模型。

图7给出了5规范化与不同的异氰酸酯聚氨酯光谱数据(NCO)。光谱向量归一化去除基线变异。明显的光谱变化观察到约7000厘米¹与第一个o - h键发出的泛音。随着反应的进行更多的异氰酸酯和多元醇。

图7。规范化FT-NIR聚氨酯样本的光谱与各种剩余的NCO含量。

图8。验证样本3独立批次的结果。RMSEP = 0.14%。

图9。规范化FT-NIR光谱与各种苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物样品浓度。

图10。请SBC丸苯乙烯含量的校准曲线。R²= 99.62,RMSEE = 0.25%。

光谱向量归一化,但是请校准中使用了4800厘米的光谱范围¹到9000厘米¹。分析交叉验证被用来评估校准。近红外光谱与异氰酸酯高度相关(R²= 98.36)和交叉验证的准确性表示为均方根误差(RMSECV)约为0.19%。

12个样品从另一个3批次被当作一个独立的测试集验证校准,以及预测的均方根误差约为0.14%(图8),这是与RMSECV结果一致。

苯乙烯丁二烯共聚物

30袋SBC小球从客户获得了苯乙烯浓度从65%到82%不等。矢量归一化光谱如图6所示。肩带8700厘米左右¹根据苯乙烯浓度变化。因为只有30粒样本可用,它们被用作校准样品。校准开发使用的光谱范围6090 - 9000厘米¹,一阶导数和乘法散射校正被用作数据预处理方法。由此产生的FT-NIR光谱显示与苯乙烯的内容高度相关(R²= 99.62)和估计的准确性表示为均方根误差(RMSEE)约为0.25%(图10)。

分析交叉验证被用来评估校准,交叉验证的准确性表示为均方根误差(RMSECV)约为0.29%(图11)。

图11。SBC小球的交叉验证结果。RMSECV = 0.29%。

结论

这项研究表明FT-NIR可以使用作为一个行,在线或离线聚合物产品的质量控制工具。获得的结果可以在几秒钟内,不需要一个有经验的操作人员。

这些信息已经采购,审核并改编自银河提供的材料科学公司。欧洲杯足球竞彩

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