Echtzeit NIR Analytik optimiert Herstellungsverfahren biobasierter Polymere

Mit einem "gläsernen Extruder" werden chemische Änderungen eines Materials während einer gezielten Reaktion kontrollierbar. Die molekulare Beschaffenheit sowie das resultierende Produkt beispielsweise einer Polymerisation lassen sich dadurch besser steuern und damit die Qualität des Endproduktes verbessern. Mit der Anwendung von NIR Spektroskopie in der Prozesslänge eines Doppelschneckenextruders versuchen Forscher eine hoch präzise, metallfreie Polymerisation von Polymilchsäure (polylactic acid, PLA) mittels alternativer Energiequellen in der Reaktivextrusion zu verwirklichen.

"Es wird intensiv nach neuen Verfahren zur optimierten Herstellung von biobasierten Polymeren für Lebensmittelverpackungen gesucht", sagt Björn Bergmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer ICT. Damit der hohe Bedarf, zum Beispiel an PLA, wirtschaftlicher gedeckt werden kann, haben zwölf europäische Unternehmen, Universitäten, Forschungsinstitute und ein Verband im Dezember 2012 das InnoREX Projekt gestartet. Das Projekt mit einer Laufzeit bis Mai 2016 wird über das siebte Rahmenprogramm der Europäischen Kommission finanziert und vom Fraunhofer ICT koordiniert.

Das Reaktorkonzept: Kontinuierliche Produktion bei voller Qualitätskontrolle

Damit das neue Reaktorkonzept unkompliziert in der Praxis Anwendung finden kann, werden kommerziell verbreitete, gleichläufige Doppelschneckenextruder als Polymerisationsrektoren verwendet. Der Einsatz von Echtzeit-Analysemöglichkeiten wie Viskometrie und Nahinfrarotspektroskopie (near infrared spectroscopy, NIR) sorgt für ein tiefes Prozessverständnis bei gleichzeitig höchster Qualitätskontrolle.

Reaktionsverfolgung mittels NIR

Bereits in früheren Jahren hat das Fraunhofer ICT die Möglichkeit der NIR-Analytik am Extruder genutzt, zum Beispiel bei der Bestimmung von Additivgehalten. Im Rahmen des InnoREX Projektes wurde dieser Ansatz konsequent weiter verfolgt und mit Hilfe von NIR Analytik die molekulare Beschaffenheit eines Produktes im Extruder ermittelt. So konnte zum einen demonstriert werden, dass es möglich ist, chemische Änderungen eines Materials (zum Beispiel der Molmasse) mit einem NIR Signal zu korrelieren und damit zu bestimmen. Ebenfalls ist es möglich, hoch qualitative Spektren innerhalb der Verfahrenszone eines Extruder aufzunehmen.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie (ICT)