Control de calidad de los polioles mediante NIRS

Introducción

Los polioles son una amplia clase de compuestos orgánicos que se caracterizan por la presencia de dos o más grupos hidroxilo. Los polioles sintéticos, con propiedades químicas y físicas variables, se utilizan a menudo como materias primas en la producción de poliuretanos. El control de calidad de estas materias primas es fundamental antes de la polimerización para evitar la obtención de productos que no cumplan las especificaciones. En los polioles se pueden determinar varios parámetros de calidad, como el índice de hidroxilo, el índice de acidez (o número de acidez), el contenido de humedad y la viscosidad. Para el análisis se suele preferir la titulación (ASTM D4274 para el índice de hidroxilo, y ASTM D4662 y ASTM D7253 para el índice de acidez). Este método, que requiere mucho tiempo, exige una preparación reproducible de las muestras, el uso de productos químicos tóxicos y corrosivos adicionales y la eliminación de residuos, lo que se traduce en unos costes de funcionamiento elevados. La espectroscopia del infrarrojo cercano (NIRS) ofrece una alternativa más segura y rápida para el análisis multiparamétrico de polioles sin necesidad de preparación de muestras ni reactivos químicos. La NIRS está reconocida por los organismos reguladores como herramienta de control de calidad y puede utilizarse para la determinación de los índices de hidroxilo de los polioles (ASTM D6342).

Experimento

Figura 1. El analizador OMNIS NIR y una muestra introducida en un vial desechable.

Las muestras de polioles se analizaron en un analizador OMNIS NIR Liquid a 35 °C en modo de transmisión (1000–2250 nm). Por razones de comodidad, se utilizaron viales desechables con una longitud de recorrido de 8 mm. Toda la adquisición de datos y el desarrollo del modelo de predicción se llevaron a cabo con el software OMNIS.

**Tabla 1.** Resumen del equipamiento de hardware y software.
Equipamiento	Número de artículo
OMNIS NIR Analyzer Liquid	2.1070.0010
Holder OMNIS NIR, vial, 8 mm	6.07401.070
Disposable vial, 8 mm, transmission	6.7402.240
OMNIS Stand-Alone	6.06003.010
Software license Quant Development	6.06008.002

Configuración

OMNIS NIR Analyzer Liquid

2.1070.0010

Espectrómetro del infrarrojo cercano para muestras líquidas. El OMNIS NIR Analyzer es la solución de espectroscopía del infrarrojo cercano (NIRS) desarrollada y producida conforme a los estándares de calidad suizos para los análisis de rutina a lo largo de toda la cadena de producción. El empleo de las tecnologías más avanzadas y la integración en el moderno OMNIS Software se reflejan en la velocidad, la manejabilidad y el uso flexible de estos espectrómetros NIR.Información general sobre las ventajas del OMNIS NIR Analyzer Liquid:Medidas de muestras líquidas en menos de 10 segundos; Control de temperatura de la muestra: 25 °C...80 °C; Detección automática de la colocación y la retirada del recipiente de muestras; Fácil integración en un sistema de automatización o vinculación con otras tecnologías de análisis (titulación); Compatible con numerosos recipientes de muestras con distintas longitudes de recorrido;

Soporte OMNIS NIR, vial, 8 mm

6.07401.070

Soporte de viales para el OMNIS NIR Analyzer para viales desechables de 8 mm (6.7402.240).

Vial desechable, 8 mm, para transmisión, 100 unidades

6.7402.240

100 viales desechables de vidrio (borosilicato) con una longitud de recorrido óptico de 8 mm para el análisis de líquidos en transmisión. Los viales desechables se suministran con los correspondientes tapones de cierre (100 unidades).Compatibles con:Soporte OMNIS NIR para vial de 8 mm (6.07401.070); Soporte DS2500 para viales desechables de 8 mm (6.7492.020) ;

Licencia "Stand-Alone" de OMNIS

6.06003.010

Habilita el modo "Stand-Alone" del software OMNIS en un ordenador con Windows™.Características:Se incluye una licencia de los aparatos OMNIS.; Debe activarse en el portal de licencias de Metrohm.;

Licencia de software de Quant Development

6.06008.002

Licencia de software para la creación y edición de modelos de cuantificación en una instalación de OMNIS Software "Stand-Alone".

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Resultados

Los espectros NIR (figura 2), junto con los valores de referencia correspondientes, se utilizaron para crear modelos de predicción destinados a la cuantificación de la viscosidad, el índice de hidroxilo, el índice de acidez y la humedad en muestras de polioles.

La calidad de los modelos de predicción se evaluó mediante diagramas de correlación (figuras 3-6). Estos diagramas muestran correlaciones muy elevadas entre las predicciones NIR y los valores medidos de los distintos parámetros mediante métodos químicos húmedos. Los respectivos índices de calidad (FOM) muestran la precisión esperada durante el análisis rutinario.

Stacked collection of NIR spectra from polyol samples analyzed with the OMNIS NIR Analyzer Liquid.

Figura 2. Conjunto de espectros NIR superpuestos de muestras de polioles analizadas con el analizador OMNIS NIR Liquid.

Número de hidroxilo resultante en los polioles

Correlation diagram and the respective figures of merit for the prediction of the hydroxyl number in polyols using an OMNIS NIR Analyzer Liquid.

Figura 3. Diagrama de correlación y los respectivos índices de calidad para la predicción del índice de hidroxilo en polioles mediante un analizador OMNIS NIR para líquidos. Los valores de laboratorio del índice de hidroxilo se determinaron mediante titulación.

R²	SEC (mg KOH/g)	SECV (mg KOH/g)
0.998	1.17	1.42

Índice de acidez en los polioles

Correlation diagram and the respective figures of merit for the prediction of polyol acid number using an OMNIS NIR Analyzer Liquid.

Figura 4. Diagrama de correlación y los respectivos índices de calidad para la predicción del índice de acidez de los polioles mediante un analizador OMNIS NIR para líquidos. Se utilizó la titulación para determinar los valores del índice de acidez en el laboratorio.

R²	SEC (mg KOH/g)	SECV (mg KOH/g)	SEP (mg KOH/g)
0.990	0.13	0.20	0.21

Contenido de humedad resultante en los polioles

Correlation diagram and the respective figures of merit for the prediction of polyol water content using an OMNIS NIR Analyzer Liquid.

Figura 5. Diagrama de correlación y los respectivos índices de rendimiento para la predicción del contenido de agua en los polioles mediante un analizador OMNIS NIR Liquid. Se utilizó la titulación de Karl Fischer para determinar los valores de laboratorio del contenido de humedad en los polioles.

R²	SEC (ppm)	SECV (ppm)
0.994	9	10

Viscosidad resultante en los polioles

Correlation diagram and the respective figures of merit for the prediction of viscosity in polyols using an OMNIS NIR Analyzer Liquid.

Figura 6. Diagrama de correlación y los respectivos índices de calidad para la predicción de la viscosidad en polioles utilizando un analizador OMNIS NIR para líquidos. Los valores de viscosidad obtenidos en el laboratorio se evaluaron con un viscosímetro.

R²	SEC (mPa·s)	SECV (mPa·s)
0.978	20.25	25.59

Conclusión

Esta nota de aplicación muestra la viabilidad del uso de la espectroscopia NIR para el análisis del índice de hidroxilo, la humedad, el índice de acidez y la viscosidad en los polioles.

En comparación con los métodos químicos en húmedo, los costes de funcionamiento son considerablemente menores cuando se utiliza la espectroscopia NIR (figura 7).

Comparison of running costs for the determination of the hydroxyl number with a standardized method (titration) and NIR spectroscopy.

Figura 7. Comparación de los costes de funcionamiento para la determinación del índice de hidroxilo mediante un método estandarizado (valoración) y espectroscopia NIR.

	Lab method	NIR method
Number of analyses (per day)	10	10
Cost of operator (per hour)	$25	$25
Costs of consumables and chemicals OH-number	$6	$1
Time spent per analysis	5 min	1 min
Total running costs (per year)	$18,188	$2,063

Contacto

Metrohm Hispania

Calle Aguacate 15
28044 Madrid

Control de calidad de los polioles mediante NIRS

Determinación del índice de hidroxilo según la norma ASTM D6342

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