リアルタイムNIRテストにより、QCコストを最大90％削減できます

かつては主に樹脂会社や大規模なコンパウンダーによって展開されていましたが、リアルタイムの近赤外線（NIR）測定デバイスは、プロセッサーやリサイクル業者だけでなく、小規模なコンパウンダーのラボでもますます多くの場所を見つけています。これらのデバイスは、よりポータブルで費用効果が高く、使いやすくなっています。

つまり、カリフォルニア州ビラパークにあるKettUSのマネージングディレクターであるJohnBogartは、現在NIRデバイスを含む水分および組成分析用の約200の機器を提供していると言います。 NIR水分分析装置および/または組成分析装置を使用して、同社は配合機とリサイクル業者、成形機、フィルムおよびシート押出機、サーモフォーマーを対象としています。

KettKJT130などのポータブルNIR水分計は約16,000ドルで販売されています。

従来のテストは、単純な含水率から完全な化学分析までのポリマー特性を決定する上で重要ですが、時間と労力がかかり、試薬や化学物質などの消耗品の購入と廃棄にかなりのコストがかかります。通常、サンプルの準備が必要であり、水分テストには5〜15分、より複雑な化学テストには24〜48時間かかる場合があります。

しかし、ボガート氏によると、NIR分光法は、水分、組成分析、さらにはフルスペクトルの組成測定値を従来の方法の数分の1のコストで提供できる非接触測定法により、即時のリアルタイムの実験室品質測定値を提供できるようになりました。 「現在の直接的な方法からNIR分析に変更すると、「人の時間」と化学試薬の排除、テストからのスクラップ、および「人のエラー」の両方が大幅に削減されるため、テストコストを最大90％削減できます。テストを繰り返します。」

追加のコスト削減は、エネルギーの最適化、歩留まりの最適化、品質欠陥の削減に関連しているとボガート氏は言います。ボガート氏は、これらは一般的に非常に重要ですが、事前に予測することは困難です。 「例として、人件費が1時間あたり20ドル（非常に控えめ）である場合、1時間の予算の合計コストは約28ドルになります。 1日に1つか2つの「湿気のみのテスト」を実施すると言うと、各テストに30分の予算を組むと、費用は28ドルになります。 NIRテストには6秒かかります。オンラインの場合は、継続的に行われます。 6秒対3600秒は0.16％で、98.84％の削減です。湿気のみのデスクトップユニットのコストは、1営業日あたり約12ドルです。」

Bogartは、新しい機器のコストがあっても、顧客は毎日お金を節約し、彼の例で使用された時間給とテスト数の非常に控えめな見積もりを考えると、テストコストは少なくとも90％削減されると主張します。 「これが、「中小企業」でさえこのテクノロジーへの移行を検討する必要がある理由です。」

彼は次のように述べています。「リアルタイムのNIR測定により、ポリマープロセスの継続的な監視と最適化が可能になります。従来のテスト方法を使用するQA担当者のチームよりもタイムリーな品質保証データを提供し、製品の100％を検査できます。」インスタントテストにより、プロセスが目標範囲から外れ始めた場合に、優れた品質管理と即時調整が可能になると彼は述べています。その結果、バッチの一貫性と歩留まりを向上させると同時に、バッチの失敗を排除し、材料の無駄を減らすことができます。

仕組み

NIR分光法は、光のビームを固体、スラリー、または液体に反射させ、特定の波長（約700〜2500ナノメートル）で吸収される光の量を測定します。これにより、サンプルの化学組成の「光学指紋」が生成され、ラボまたは製造標準に合わせて最初にキャリブレーションされた後、デバイスが目的の測定値を計算します。

機器は、ハンドヘルド、デスクトップ、オンライン、またはインラインで使用でき、ミキサー、ブレンダー、押出機、空気圧および真空移送ラインの内部、および光ファイバーアクセサリを利用する場合のパイプフローアプリケーションで機能するのに十分な汎用性があります。

ボガート氏は、すべてのプロセッサがすべてのアプリケーションに最も洗練された高価なNIRテストデバイスを必要としているわけではないと述べています。 「フォードが必要な場合はランボルギーニに、ランボルギーニが必要な場合はフォードにお金を払わないでください」と彼はアドバイスします。 「多くのポリマー用途では、必要なのは水分計だけです。組成アナライザーはステップアップです。さらに包括的なテストや専門的なテストが必要な場合は、フルスペクトルのマシンがそれを超えます。」

ポリマーメーカーは従来の方法に精通していますが、品質だけでなく収益性にも関心がある場合は、アプリケーションに最適なNIRアプローチを選択すると、収益に大きな影響を与える可能性があります。

仕事に適したデバイス

NIRデバイスには、フィルターベースとフルスペクトルの2つの一般的なカテゴリがあります。ボガート氏によると、フィルターベースのデバイスは、ほとんどの種類の処理に特に適しています。

NIRフィルターベースの機器は、可視光を遮断し、特定の波長のIR光のみがデバイスに入るのを許可します。ボガート氏は、水分計や組成分析装置を含むフィルターベースの製品は、限られた波長範囲で動作するため、フルスペクトルデバイスよりも単純であると述べています。ただし、デバイスにはいくつかの利点があります。

「フィルターベースの製品は安価で、校正と保守が簡単です。また、デバイスはより堅牢で、通常、オペレーターが使用するのにより安定しています。欠点は、機器がテストできるものがより制限されていることです」とボガート氏は言います。

乾燥後の総材料重量変化を測定する乾燥損失試験は、水分を測定する従来の方法です。ただし、このような重量分析では、通常、サンプルを準備してラボに持ち帰る必要があります。テストの実行には少なくとも15分から数時間かかりますが、より迅速な測定が必要な場合は遅すぎます。また、サンプルを変更または破棄する必要があります。

KB270Fのようなデスクトップ水分計は、10,000ドルから12,000ドルの範囲で販売されています。

即時のリアルタイムの代替手段として、NIR水分計は最も単純で最も経済的なタイプのフィルターベースのデバイスです。それらは瞬時に非破壊的であり、非接触でさえあるかもしれません。多くの場合、NIR水分計は入ってくる原材料を検査するために使用されます。ただし、メーターは、特定の含水率を達成することが重要な製造プロセスのどこでも使用できます。これらのデバイスは通常、水分測定に2、3の波長のみを使用します。

Bogartは、NIR水分計を使用して医療機器会社向けのペレットを製造しているポリマーメーカーの例を紹介しています。顧客は、身体に挿入される製品を作成します。この用途では、ポリマーメーカーは、ペレットを射出成形する前に、ペレットの水分を非常に低くする必要があります。水分レベルが一定量を超えると、成形プロセスがうまく機能せず、部品の故障のリスクが高まります。

ボガート氏は次のように述べています。「ポリマーペレットは正確に製造され、水分がほとんどない状態で適切に包装されている必要があります。また、検証中にサンプルを破棄することはできません。そのため、メーカーはNIR水分計を使用して、ポリマーペレットの100％が必要な基準を安全に満たすように費用効果の高い方法で保証しています。」

NIR水分計は、デスクトップユニットで10,000ドルから12,000ドル、ポータブルユニットで16,000ドル、コンベヤーベルト上でうまく機能するオンラインユニットで12,000ドルから25,000ドル、押出機、ミキサー、ブレンダー内で使用できるインラインユニットで約25,000ドルで販売されています。 、グラインダー、空気圧/真空コンベヤーまたはホッパー。これらは通常、キャリブレーションが簡単で、読み取り値を取得するために2つのサンプルしか必要としない場合があります。

NIR組成アナライザーは、測定機能のステップアップであり、通常、ポリマー内のいくつかの異なる化学成分を同時に測定できますが、IR光の波長は約6〜7に制限されます。水分に加えて、デバイスは残留油や溶剤の測定にも使用できます。これらは、検出および除去しないと汚染の問題を引き起こす可能性があります。これらは、従来の時間と労働集約的な乾燥損失およびカールフィッシャーの水分分析方法に代わるものです。油残留物のソックスレー抽出;溶媒抽出用のガスクロマトグラフィー。

Kett KJT270インラインユニットなどの組成アナライザーは、28,000ドルから29,000ドルで販売されています。

ボガートは、そのようなデバイスの別の一般的な使用法を指摘しています。 「業界では、生の投入物として再生プラスチックを使用することがよくありますが、それがどこから来たのかを常に把握しているわけではありません。したがって、残留汚染物質がプロセスを混乱させ、プラントの誤動作を引き起こす可能性があるため、製造業者は水分に加えて総油と溶媒を測定したいと思うかもしれません」と彼は言います。

このタイプのデバイスの3番目の標準的な使用法は、コーティングまたは膜厚を測定することです。多くの場合、デスクトップとリアルタイムの両方のオンラインプロセス測定が可能です。一般的に、NIR組成アナライザーの価格は代替技術よりも大幅に低くなっています。

ポリマーはさまざまな業界で非常に広く使用されているため、Bogart氏は、組成分析装置は、入荷する材料だけでなく、仕掛品、最終製品、さらには外部製品の故障や返品にも使用され、原因を特定するのに役立つと述べています。問題の。

NIR組成分析装置は水分と添加剤の残留物を検出するように設計されているため、それらのコストとキャリブレーション要件は、NIR水分のみのユニットよりも少し高く複雑です。価格は、デスクトップシステムで約18,000ドルから、インラインシステムまたはオンラインシステムで28,000〜29,000ドルです。このようなシステムは同様に動作しますが、顧客がテストしたい場所のみが異なります。これらは、水、総油脂、タンパク質、砂糖、繊維、溶媒/アルコールなどの複数の有機物を同時に測定できます。

複雑な分析のためのフルスペクトルテスト

フィルタベースのデバイスとは対照的に、NIRフルスペクトルデバイスは500を超える波長を測定して、特定の物質または材料が幅広い基準を満たしているかどうかを判断する場合があります。

Kett BSR1700などのオンライン組成分析ユニットは28,000ドルから29,000ドルの範囲で販売されており、たとえばベルトコンベア上で機能します。

フルスペクトルテストでは、デバイスが検出用に特別にキャリブレーションされると、最も多くのターゲットファクターをリアルタイムで測定できます。たとえば、水分に加えて、メーカーはポリマー密度、粘度、メルトフローレート（MFR）、および官能基の濃度を測定することがよくあります。

このような試験は、乳化重合中に一般的に利用され、塗料、コーティング、ゴム、バインダー、および接着剤用途のラテックスおよび合成ポリマーコロイドを製造するために使用されます。この方法は、ポリマービーズの製造によく使用される懸濁重合プロセスの実行にも役立ちます。

これらのユニットは40,000ドルから60,000ドルの範囲で販売されており、水分のみのメーターやフィルター/組成メーターよりも校正が複雑です。これらのユニットは、複数の有機成分や2つの溶媒などの特殊な成分を測定する場合に適したオプションです。と1つの添加剤と水分。