Polymersynthese

Prozessentwicklung für Polymerdispersionen

Das Fraunhofer IAP und die PDW Analytics GmbH in Potsdam-Golm haben gemeinsam die Möglichkeiten für die Detektion von Partikeln und die Prozessentwicklung erweitert. Das Ergebnis ist eine weltweit einzigartige prozessanalytische Plattform, die es ermöglicht, Partikelgrößen zwischen
50 nm und 2 mm direkt inline und kontinuierlich auch in höchsten Konzentrationen zu erfassen.

 

Highlights:

  • kontinuierliche Inline-Prozessüberwachung
  • Detektion von Partikeln von 50 nm bis 2 mm
  • keine Probenahme
  • unverfälschte Partikelgrößenverteilung
  • kalibrierfreie Messmethoden


Potenzial:

  • Verfolgung und Verständnis des Polymerisationsverlaufs
  • Erhöhung der Prozessicherheit
  • effiziente Gestaltung von Verfahren
  • Erkennen und Verstehen von Koagulationsphänomenen
  • Entwicklung von Rückkopplungsstrategien

 

  • Die Herausforderung

    Polymerdispersionen stellen einen erheblichen Anteil des weltweiten Polymermarktes dar. Einerseits werden sie direkt genutzt, z. B. als Beschichtungen oder Klebstoffe. Andererseits kommen sie als Zwischenprodukt in der Kunststoffindustrie vor, etwa bei PVC oder ABS.

    Eine entscheidende Kenngröße von Polymerdispersionen mit Bezug auf ihre Anwendung ist die Partikelgrößenverteilung. Etablierte Techniken zur deren Messung können nur bei sehr starker Verdünnung zuverlässige Messergebnisse liefern. Es ist also stets notwendig, Proben zu nehmen. Partikel- und Tröpfchensysteme reagieren jedoch oft äußerst empfindlich auf Veränderungen im System – insbesondere während der Polymerisationsreaktion. Daher ist die Offline- Messung verdünnter Proben häufig nicht repräsentativ für den tatsächlichen Zustand der Reaktion. Zudem sind die Zeitverzögerungen bis zum Vorliegen eines Analysenresultats kontraproduktiv für die Entwicklung einer optimalen Prozessführung.

    Die industrielle Praxis ist daher auf langjährige Erfahrungen und Trial & Error-Ansätze bei der Prozessoptimierung angewiesen. Der resultierende Prozess erreicht häufig nicht sein Effizienzoptimum bezüglich der Produkteigenschaften und der Produktionskosten. Für Neuentwicklungen, die möglichst schnell in den Markt kommen sollen, ist das besonders kritisch.

  • Hardware trifft Know-how

    Das Potsdamer Unternehmen PDW Analytics GmbH hat mit der Photonendichtewellen-Spektroskopie eine Methode zur Inline-Messung von Partikelgrößen zwischen 50 nm und 500 μm entwickelt. Diese innovative Technologie wurde integriert in die Prozessentwicklungsstation des Fraunhofer IAP. Deren Basis bildet ein automatisiertes Reaktionskalorimeter RC1e, das die Reaktionsbedingungen reguliert und wesentliche Messgrößen wie Reaktor- und Manteltemperatur, Wärmefluss, Dosierströme, pH-Wert und Viskosität der Dispersion aufzeichnet.

    Neben dem PDW-Sensor sind weitere Inline-Sensoren installiert, die parallel chemische Veränderungen im System erfassen sowie zusätzliche Messwerte zur Größenverteilung und Form von größeren Partikeln ab 1 μm liefern. So können wesentliche Prozessschritte wie die Emulgierung der Monomere, die Partikelbildung oder die kolloidale Stabilität innerhalb des realen Prozessverlaufs verfolgt und damit ein grundlegendes Verständnis für die ablaufenden Vorgänge entwickelt werden.

    Alle aus der Inline-Analytik gewonnenen Daten können simultan zur Steuerung des Prozesses eingesetzt werden. Die weltweit einzigartige apparative Ausrüstung verbunden mit dem Know-how des Fraunhofer IAP zu Polymerisationsprozessen macht es möglich, Verfahren effizienter zu gestalten und Rückkopplungsstrategien zu konzipieren.

  • Anwendungen

    Farben und Beschichtungen

    Klebstoffe
    z. B. für Verpackungen, Holzverklebungen, Binder für Zement

    Papier und Pappe
    z. B. Laminierung, Feuchtigkeitsresistenz, Verklebung

    Textilien und Nonwovens
    z. B. für Beschichtungen: Schutzkleidung (Feuerwehr), Regenkleidung, Bezüge von Autositzen, Unterseite von Teppichen

    Veredelung von Leder

    Druckfarben
    z. B. Flexographische Drucktinten zum Bedrucken von Verpackungen

    Immunoassays

    Plattform auch verwendbar für Fragestellungen in Kosmetik, Lebensmittelindustrie und Biotechnologie
    z. B. Cremes, Lotionen, PIT-Emulgierungen, Säfte, Milch, Fermentationsprozesse, Algenkultivierung, Nassmahlung

  • Wir bieten Ihnen

    • sämtliche F&E-Leistungen rund um Polymerdispersionen
    • Untersuchung und Verbesserung von Syntheseprozessen hinsichtlich ihrer Eignung zur Erreichung von Produkteigenschaften, Robustheit und Effizienz
    • Verbesserung unsicher verlaufender Teilschritte innerhalb eines bestehenden Prozesses
    • Entwicklung von völlig neuen Heterophasenprozessen und von Verfahrensschritten
    • Bestimmung kritischer Prozessparameter und Parameterfenster / Sicherheitsbetrachtungen
    • kundenspezifische Entwicklung von Polymerisationsprozessen vom Labor- bis zum Miniplant-Maßstab
    • Inline-Messung im Zuge eines Upscalings / Vor-Ort-Implementierung der In-Situ-Messtechnik

     

    Mögliche Fragestellungen

    • Kontrolle der Partikelgrößenverteilung
    • Optimierung von Polymerzusammensetzung und -struktur
    • Realisierung bestimmter Partikelmorphologien
    • Auswahl geeigneter Tensidgemische
    • Synthese von Hybridmaterialien