실시간 NIR 테스트는 QC 비용을 최대 90%까지 절감할 수 있습니다.

한때 수지 회사와 대형 컴파운더에 의해 주로 배포된 실시간 근적외선(NIR) 측정 장치는 프로세서 및 재활용 업체뿐만 아니라 소규모 컴파운더의 실험실에서 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이러한 장치는 더 휴대하기 쉽고 비용 효율적이며 사용하기 쉬워졌습니다.

현재 NIR 장치를 포함하여 수분 및 조성 분석을 위한 거의 200개의 장비를 제공하는 캘리포니아 빌라 파크에 있는 Kett US의 전무 이사인 John Bogart는 말합니다. NIR 수분 및/또는 조성 분석기를 사용하여 회사는 배합기 및 재활용기뿐만 아니라 성형기, 필름 및 시트 압출기, 열성형기를 대상으로 합니다.

Kett KJT130과 같은 휴대용 NIR 수분 분석기는 약 $16,000에 판매됩니다.

기존의 테스트는 단순한 수분 함량에서 완전한 화학 분석에 이르기까지 폴리머 특성을 결정하는 데 중요하지만 시간과 노동 집약적이며 시약 및 화학 물질과 같은 소모품의 구매 및 폐기에 상당한 비용이 듭니다. 일반적으로 샘플 준비가 필요하며 수분 테스트의 경우 5~15분, 더 복잡한 화학 테스트의 경우 24~48시간이 소요될 수 있습니다.

그러나 Bogart는 근적외선 분광법이 이제 기존 방법보다 훨씬 적은 비용으로 수분, 성분 분석 및 전체 스펙트럼 성분 판독값을 제공할 수 있는 비접촉 측정 방법을 통해 즉각적인 실시간 실험실 품질 판독값을 제공할 수 있다고 말합니다. “현재의 직접 방법에서 NIR 분석으로 변경하면 '인력 시간'과 화학 시약, 테스트 스크랩 및 테스트를 반복하십시오.”

추가적인 비용 절감은 에너지 최적화, 수율 최적화 및 품질 결함 감소와 관련이 있다고 Bogart는 말합니다. Bogart는 이것이 일반적으로 매우 중요하지만 사전에 예측하기는 어렵다고 말합니다. “예를 들어 인력 비용이 시간당 $20(매우 보수적)인 경우 1시간 예산의 총 비용은 약 $28입니다. 하루에 1~2번의 '수분만 테스트'를 한다고 하면 각 테스트에 30분을 투자하면 비용은 28달러입니다. NIR 테스트는 6초가 걸리며 온라인인 경우 계속됩니다. 6초 대 3600초는 0.16%로 98.84% 감소했습니다. 습기 전용 데스크탑 장치의 비용은 영업일 기준 약 $12입니다."

Bogart는 그의 사례에서 사용된 테스트 횟수와 시간당 급여에 대한 매우 보수적인 추정을 고려할 때 새 장비를 구입하는 비용에도 불구하고 고객이 매일 비용을 절감하고 테스트 비용을 최소 90%까지 절감할 수 있다고 주장합니다. "이것이 '소규모' 회사라도 이 기술로의 마이그레이션을 고려해야 하는 이유입니다."

그는 “실시간 NIR 측정을 통해 폴리머 공정을 지속적으로 모니터링하고 최적화할 수 있습니다. 기존의 테스트 방법을 사용하는 QA 팀보다 적시에 품질 보증 데이터를 제공하고 제품을 100% 검사할 수 있습니다.” 즉각적인 테스트를 통해 프로세스가 목표 범위를 벗어나기 시작하면 우수한 품질 관리와 즉각적인 조정이 가능하다고 그는 말합니다. 결과는 배치 일관성과 수율을 개선하는 동시에 배치 실패를 제거하고 재료 낭비를 줄이는 데 도움이 됩니다.

작동 방식

NIR 분광법은 고체, 슬러리 또는 액체에서 광선을 반사하고 특정 파장(약 700~2500나노미터)에서 흡수되는 빛의 양을 측정합니다. 이렇게 하면 샘플의 화학 성분에 대한 "광학 지문"이 생성되며, 실험실 또는 생산 표준에 맞게 초기 보정된 후 장치가 원하는 측정값을 계산합니다.

장비는 핸드헬드, 데스크탑, 온라인 또는 인라인이 될 수 있으며 혼합기, 블렌더, 압출기 또는 공압 및 진공 이송 라인 내부에서 작업할 수 있을 만큼 충분히 다목적이며 광섬유 액세서리를 사용할 때 파이프 흐름 응용 분야에서 작동합니다.

Bogart는 모든 프로세서가 모든 애플리케이션에 대해 가장 정교하고 값비싼 NIR 테스트 장치를 필요로 하는 것은 아니라고 말합니다. "포드가 필요하면 람보르기니를 사거나 람보르기니가 필요하면 포드에 돈을 지불하지 마십시오."라고 그는 조언합니다. “많은 폴리머 응용 분야에서 수분 측정기만 있으면 됩니다. 구성 분석기는 한 단계 업그레이드되었습니다. 그리고 전체 스펙트럼 기계는 훨씬 더 포괄적이거나 전문적인 테스트가 필요할 때 그 이상입니다."

폴리머 제조업체는 전통적인 방법에 더 익숙하지만 품질뿐만 아니라 수익성에도 관심이 있는 업체의 경우 애플리케이션에 가장 적합한 NIR 접근 방식을 선택하는 것이 수익에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

작업에 적합한 장치

NIR 장치에는 필터 기반 및 전체 스펙트럼의 두 가지 일반적인 범주가 있습니다. Bogart에 따르면 필터 기반 장치는 대부분의 처리 유형에 특히 적합합니다.

NIR 필터 기반 장비는 가시광선을 차단하고 특정 파장의 IR 광선만 장치에 들어오게 합니다. Bogart는 수분 측정기 및 성분 분석기를 포함하는 필터 기반 제품이 제한된 파장 범위에서 작동하기 때문에 전체 스펙트럼 장치보다 간단하다고 말합니다. 그러나 장치에는 몇 가지 장점이 있습니다.

“필터 기반 제품은 더 저렴하고 보정 및 유지 관리가 더 쉽습니다. 이 장치는 또한 더 견고하고 일반적으로 운영자가 사용할 수 있도록 더 안정적입니다. 단점은 장비가 테스트할 수 있는 범위가 더 제한적이라는 것입니다.”라고 Bogart는 말합니다.

건조 후 총 재료 중량 변화를 측정하는 건조 손실 테스트는 수분을 측정하는 전통적인 방법입니다. 그러나 이러한 중량 측정 테스트는 일반적으로 샘플을 준비하고 실험실로 가져와야 합니다. 테스트를 수행하는 데 최소 15분에서 몇 시간이 소요되며 더 즉각적인 측정이 필요한 경우 너무 느립니다. 또한 샘플을 변경하거나 파괴해야 합니다.

KB270F와 같은 데스크탑 수분 분석기는 $10,000 ~ $12,000 범위에서 판매됩니다.

즉각적인 실시간 대안으로 NIR 수분 측정기는 가장 간단하고 경제적인 유형의 필터 기반 장치입니다. 그것들은 즉각적이고 비파괴적이며 심지어 비접촉일 수도 있습니다. 종종 NIR 수분 측정기는 들어오는 원자재를 검사하는 데 사용됩니다. 그러나 미터는 특정 수분 함량을 달성하는 것이 중요한 생산 공정 어디에서나 사용할 수 있습니다. 이러한 장치는 일반적으로 수분 측정에 몇 가지 파장만 사용합니다.

Bogart는 NIR 수분 측정기를 사용하여 의료 기기 회사의 펠릿을 생산하는 폴리머 제조업체의 예에 관한 것입니다. 고객은 신체에 삽입되는 제품을 만듭니다. 이 응용 프로그램의 경우 폴리머 제조업체는 사출 성형 전에 펠릿의 수분이 극히 낮아야 합니다. 수분도가 일정량 이상 올라가면 성형공정이 제대로 이루어지지 않아 부품 불량의 위험이 높아진다.

Bogart는 다음과 같이 말합니다. 확인하는 동안 샘플을 파기할 수 없습니다. 따라서 제조업체는 NIR 수분 측정기를 사용하여 100% 폴리머 펠릿이 필요한 기준을 안전하게 충족하도록 비용 효율적으로 보장합니다.”

NIR 수분 분석기는 데스크탑 장치의 경우 $10,000~$12,000, 휴대용 장치의 경우 $16,000, 컨베이어 벨트에서 잘 작동하는 온라인 장치의 경우 $12,000~$25,000, 압출기, 믹서, 블렌더 내에서 사용할 수 있는 인라인 장치의 경우 약 $25,000에 판매됩니다. , 그라인더, 공압/진공 컨베이어 또는 호퍼. 이들은 일반적으로 보정이 간단하며 판독값을 얻기 위해 두 개의 샘플만 필요할 수 있습니다.

NIR 조성 분석기는 측정 기능이 한 단계 업그레이드되었으며 일반적으로 약 6-7개의 IR 파장 파장으로 제한되는 동안 폴리머의 몇 가지 다른 화학 성분을 동시에 측정할 수 있습니다. 수분 외에도 이 장치는 잔류 오일이나 용제를 측정하는 데 사용할 수 있으며, 이는 감지 및 제거하지 않으면 오염 문제를 일으킬 수 있습니다. 시간이 많이 걸리고 노동 집약적인 전통적인 건조 손실 및 수분 분석의 칼 피셔 방법에 대한 대안입니다. 오일 잔류물에 대한 속슬렛 추출; 및 용매 추출을 위한 가스 크로마토그래피.

Kett KJT270 인라인 장치와 같은 성분 분석기는 $28,000에서 $29,000 사이에 판매됩니다.

Bogart는 그러한 장치의 또 다른 일반적인 사용을 지적합니다. “업계에서는 종종 재활용 플라스틱을 원료로 사용하지만 그것이 어디에서 왔는지 항상 알지는 못합니다. 따라서 제조업체는 수분 외에 총 오일과 용제를 측정하기를 원할 수 있습니다. 잔류 오염 물질이 공정을 방해하고 심지어 공장 오작동을 일으킬 수 있기 때문입니다.”라고 그는 말합니다.

이 유형의 장치의 세 번째 표준 용도는 코팅 또는 필름 두께를 측정하는 것입니다. 대부분의 경우 데스크탑 및 실시간 온라인 프로세스 측정이 모두 가능합니다. 일반적으로 NIR 성분 분석기의 가격대는 대체 기술보다 훨씬 낮습니다.

폴리머는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되기 때문에 Bogart는 성분 분석기가 들어오는 재료뿐만 아니라 공정 중 재료, 최종 제품, 심지어 외부 제품 고장 및 반품에도 종종 사용되어 원인을 파악하는 데 도움이 된다고 말합니다. 문제.

NIR 구성 분석기는 수분 및 첨가제 잔류물을 감지하도록 설계되었기 때문에 비용 및 교정 요구 사항은 NIR 수분 전용 장치보다 약간 더 높고 복잡합니다. 가격은 데스크탑 시스템의 경우 약 $18,000부터 인라인 또는 온라인 시스템의 경우 $28,000-29,000입니다. 이러한 시스템은 유사하게 작동하지만 고객이 테스트하려는 위치에서만 다릅니다. 이들은 물, 총 유지/지방, 단백질, 설탕, 섬유 및 용매/알코올과 같은 여러 유기물을 동시에 측정할 수 있습니다.

복잡한 분석을 위한 전체 스펙트럼 테스트

필터 기반 장치와 달리 NIR 전체 스펙트럼 장치는 500개 이상의 파장을 측정하여 특정 물질이나 재료가 광범위한 기준을 충족하는지 여부를 결정할 수 있습니다.

Kett BSR1700과 같은 온라인 구성 분석 장치는 $28,000 ~ $29,000 범위에서 판매되며 예를 들어 컨베이어 벨트 위에서 작동합니다.

전체 스펙트럼 테스트를 통해 장치가 탐지를 위해 특별히 보정되면 가장 광범위한 대상 요소를 실시간으로 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 수분 외에도 제조업체는 종종 폴리머 밀도, 점도, 용융 흐름 속도(MFR) 및 작용기 농도를 측정할 수 있습니다.

이러한 시험은 도료, 코팅, 고무, 결합제 및 접착제 적용을 위한 라텍스 및 합성 중합체 콜로이드를 생산하는 데 사용되는 유화 중합 중에 일반적으로 사용됩니다. 이 방법은 또한 폴리머 비드를 생산하는 데 자주 사용되는 현탁 중합 공정을 성공적으로 수행하는 데 도움이 됩니다.

이 단위는 $40,000 ~ $60,000 범위에서 판매되며 수분 전용 및 필터/조성 측정기보다 보정하기가 더 복잡합니다. 이러한 단위는 여러 유기 성분 또는 두 가지 용매와 같은 특수 성분을 측정하려는 사람들에게 좋은 옵션입니다. 그리고 하나의 첨가제와 수분.