Lean manufacturing of polyurethane, assisted by near-infrared (NIR) and Raman spectroscopy
Technické články | 2018 | MetrohmInstrumentace
Polyurethany představují klíčový segment polymerů s širokým využitím (pěnové matrice, izolace, těsnění apod.). Jejich výroba je finančně náročná a energeticky intenzivní s výrazným ekologickým dopadem. Využití vibrační spektroskopie (NIR, Raman) umožňuje sledovat klíčové parametry v reálném čase přímo v provozu, což napomáhá minimalizovat náklady i emise a zavést principy štíhlé výroby.
White Paper demonstruje nasazení NIR a Raman spektroskopie v jednotlivých krocích produkce polyuretanů: od identifikace a kontroly surovin přes monitorování meziproduktů až po finální kontrolu vlastností polyuretanových materiálů. Zaměřuje se na úsporu nákladů, zvýšení kvality a snížení ekologické stopy.
Analytické techniky:
Spektroskopická měření prokázala:
Implementace spektroskopie přináší:
Očekávané směry rozvoje:
Spektroskopie v blízké infračervené oblasti a Ramanova technika představují účinné nástroje pro zavedení principů štíhlé výroby v průmyslu polyuretanů. Umožňují zrychlenou a ekologickou kontrolu surovin, průběhu reakcí a kvality finálních produktů, přinášejí významnou úsporu nákladů, snížení ekologické stopy a zvyšují provozní efektivitu.
RAMAN Spektrometrie, NIR Spektroskopie
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceMetrohm
Souhrn
Význam tématu
Polyurethany představují klíčový segment polymerů s širokým využitím (pěnové matrice, izolace, těsnění apod.). Jejich výroba je finančně náročná a energeticky intenzivní s výrazným ekologickým dopadem. Využití vibrační spektroskopie (NIR, Raman) umožňuje sledovat klíčové parametry v reálném čase přímo v provozu, což napomáhá minimalizovat náklady i emise a zavést principy štíhlé výroby.
Cíle a přehled studie
White Paper demonstruje nasazení NIR a Raman spektroskopie v jednotlivých krocích produkce polyuretanů: od identifikace a kontroly surovin přes monitorování meziproduktů až po finální kontrolu vlastností polyuretanových materiálů. Zaměřuje se na úsporu nákladů, zvýšení kvality a snížení ekologické stopy.
Použitá metodika a instrumentace
Analytické techniky:
- ATEX certifikované online NIR spektrometry (dispersivní, s nízkým šumem)
- Benchtop NIR systémy s průmyslovými sondami a samplingovými rozhraními
- Přenosné Raman spektrometry pro identifikaci surovin skrze obaly
- Softwarové nástroje pro chemometrickou kalibraci a víceparametrovou analýzu
Hlavní výsledky a diskuse
Spektroskopická měření prokázala:
- Online NIR detekuje vlhkost v epoxidu až na úrovni ~10 ppm a umožňuje optimalizovat alkoxylaci polyolů
- NIR monitoring kyselých směsí v nitraci a hydrataci aromátů eliminuje mokré chemické metody a urychluje proces
- Přenosné Raman přístroje zrychlují verifikaci dodávek surovin (TDI, MDI) přímo v areálu bez odběru vzorku
- Víceparametrová QC surovin (hydroxylové číslo, NCO hodnota, kolorimetrie, viskozita) v jednom kroku u benchtop NIR
- Reakční monitoring a end‐point detekce v reálném čase zkracuje dobu cyklu a minimalizuje odpad
Přínosy a praktické využití metody
Implementace spektroskopie přináší:
- Snížení provozních nákladů díky eliminaci chemikálií a odečtů z více přístrojů
- Rychlou a intuitivní obsluhu s minimálním zaškolením (<5 minut)
- Okamžitý přístup k datům v reálném čase, snížení plýtvání (muda) ve výrobě
- Zkrácení času analýzy ze desítek minut na jednotky minut
- Zelenou analytiku bez odpadu vedle vzorku
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekávané směry rozvoje:
- Integrace NIR/Raman s procesním řízením a IIoT (smart factory)
- Pokročilé chemometrické modely a strojové učení pro prediktivní údržbu
- Kombinace více technik a multidisciplinární senzory pro komplexní analýzu
- Miniaturizace a přenosné systémy pro on‐site monitoring
Závěr
Spektroskopie v blízké infračervené oblasti a Ramanova technika představují účinné nástroje pro zavedení principů štíhlé výroby v průmyslu polyuretanů. Umožňují zrychlenou a ekologickou kontrolu surovin, průběhu reakcí a kvality finálních produktů, přinášejí významnou úsporu nákladů, snížení ekologické stopy a zvyšují provozní efektivitu.
Reference
- Ullmann's Polymers and Plastics: Products and Processes, Wiley VCH, 2016.
- Statista: Market size forecast of polyurethane worldwide, 2018.
- Grand View Research: Polyurethane Market Analysis, 2017.
- Metrohm Application Note NIR-007: Near-infrared analysis of polyols, 2018.
- Metrohm Application Note NIR-006, 2018.
- Metrohm Application Note NIR-035, 2018.
- ASTM D6342-12(2017): NIR hydroxyl number of polyols, 2017.
- ISO 15063:2011: NIR hydroxyl number, 2011.
- Randall & Lee: The Polyurethanes Book, Wiley VCH, 2003.
- Metrohm Application Note RS-001, RS-007, RS-008, 2018.
- Metrohm Application Bulletin AB-414, 2018.
- Metrohm Process Application Note AN-PAN-1041, 2018.
- Holweg, M.: The genealogy of lean production, J. Ops Mgmt, 2007.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Boost efficiency in the QC laboratory: How NIRS helps reduce costs up to 90%
2020|Metrohm|Technické články
Metrohm White Paper Boost efficiency in the QC laboratory: How NIRS helps reduce costs up to 90% Nicolas Rühl, Ph.D. and Alyson Lanciki, Ph.D. Underestimation of quality control (QC) processes is one of the major factors leading to internal and…
Klíčová slova
nirs, nirspaper, papercosts, costsmetrohm, metrohmwhite, whitespectroscopy, spectroscopyprecision, precisionpolyols, polyolsnir, nirwhich, whichinfrared, infraredterephthalate, terephthalateefficiency, efficiencyquality, qualityisophthalic
Utilizing online chemical analysis to optimize propylene oxide production
2019|Metrohm|Technické články
Metrohm White Paper Utilizing online chemical analysis to optimize propylene oxide production Alyson Lanciki, Ph.D. Propylene oxide (PO) is a major industrial product with a yearly global production of more than 7 million tons. PO is used in assorted industrial…
Klíčová slova
propylene, propylenecumene, cumeneprocess, processhydroperoxide, hydroperoxideproduction, productionpropene, propeneoxide, oxideepoxidation, epoxidationmetrohm, metrohmpaper, paperperoxide, peroxidewhite, whitetert, terttba, tbachlorohydrin
Near-Infrared Spectroscopy: Quantitative analysis according to ASTM E1655
2018|Metrohm|Technické články
Metrohm White Paper Near-Infrared Spectroscopy: Quantitative analysis according to ASTM E1655 Alexander Kadenkin Near-Infrared spectroscopy (NIRS) is a widely used analytical technique for quantitative analysis of various products in research and industrial applications. This white paper summarizes the workflow of…
Klíčová slova
paper, paperwhite, whitemetrohm, metrohmnirs, nirscoordinate, coordinatedevelopment, developmentnir, nirquantitative, quantitativemerit, meritmathematical, mathematicalvalidation, validationaccording, accordingcalibration, calibrationnumber, numbermultivariate
Polymer & Polyol Analysis
2022|Metrohm|Aplikace
INTERVIEW Polymer & Polyol Analysis Fast and reliable with NIR Spectroscopy The Metrohm near-infrared XDS RapidLiquid Analyzer is proven to be a valuable instrument for easy and reliable quality control of both the starting materials and intermediate products of polyols…
Klíčová slova
nirs, nirspolyol, polyolrapidliquid, rapidliquidwanhua, wanhuaxds, xdsanalyzer, analyzerinfrared, infrarednear, nearpolymer, polymerpolyols, polyolslaboratories, laboratoriesimplementation, implementationmetrohm, metrohmverification, verificationyou