Los poliuretanos son una clase de polímeros sintéticos que se utilizan para crear estructuras sólidas o de espuma, flexibles o rígidas, como colchones, suelas de zapatos, cascos de seguridad, aislamiento, material de embalaje, tablas de surf, palas de turbinas eólicas y varias características de seguridad en automóviles, por nombrar algunas. La variedad de densidades, durezas y durabilidad que se encuentran en los productos de PU es enorme debido a la gran cantidad de recetas disponibles. Los poliuretanos se forman haciendo reaccionar di/poliisocianatos y polioles líquidos con un catalizador y varios aditivos. Las adiciones escalonadas de estos productos químicos se producen en un reactor antes de que la mezcla final se esparza sobre rodillos o se inyecte en moldes para seguir procesándola según las especificaciones del cliente.

La reacción entre poliisocianatos y polioles es rápida y exotérmica, comenzando con la adición de un catalizador al reactor. El proceso alcanza un equilibrio inicial, después del cual se realizan tres adiciones químicas por etapas en el reactor para modificar las propiedades del PU (Figura 1a). El reactivo final apaga los grupos funcionales de isocianato (NCO) de los isocianatos que no han reaccionado. Por lo tanto, aquí es crucial conocer la concentración precisa de NCO.

Determinar el % de NCO en el proceso de fabricación de PU es un parámetro crítico para ayudar a determinar la proporción de mezcla adecuada entre los diferentes reactivos para optimizar la producción de varias características de PU. Esto generalmente se realiza en el laboratorio mediante métodos de titulación después de tomar muestras puntuales del reactor en varios puntos del proceso de mezcla.

La titulación de laboratorio es lenta y utiliza productos químicos que requieren una eliminación adecuada. Otro problema es que durante el transporte al laboratorio, las propiedades de la muestra cambian a medida que se expone a condiciones ambientales que no son representativas del reactor. Una forma más segura de optimizar la producción de PU, disminuir el desperdicio y ahorrar tiempo y dinero es monitorear el %NCO en línea casi en tiempo real.

Los analizadores espectroscópicos de infrarrojo cercano sin reactivos permiten comparar los datos espectrales recopilados directamente del proceso con un método primario para crear un modelo simple pero indispensable para las necesidades del proceso de fabricación. El analizador NIR-Ex 2060 (Figura 2) de Metrohm Process Analytics tiene IMPACT como software integrado, que gestiona la transferencia de resultados utilizando protocolos de comunicación de la industria bien conocidos a cualquier sala de control de la planta.

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Con la tecnología NIRS, el proceso se puede monitorear rápidamente en línea para determinar la proporción de mezcla adecuada entre los diferentes reactivos para optimizar la producción de PU. La Figura 1 muestra un gráfico de tendencia del %NCO frente al tiempo determinado por NIRS. Se utiliza una sonda de inmersión diseñada específicamente para estas aplicaciones con un espacio ubicado en la punta de la sonda (Figura 1b). Además, es posible obtener más control sobre la producción de PU utilizando un analizador NIR-Ex 2060, ya que puede monitorear hasta cinco puntos de proceso con cada gabinete NIR.

Rango de longitud de onda utilizado: 1950–2080 nm.

El análisis en línea es posible utilizando las propiedades de transflectancia y la sonda de inmersión de microinteracción. La muestra fluye a través del espacio entre el cuerpo de la sonda y la punta del espejo de alta energía y al ajustar la punta del espejo se define la longitud del camino (igual a dos veces el espacio) para el análisis.

Aún debe existir un método primario (como la titulación) como método de referencia. Se debe analizar un rango apropiado de muestras que cubran la variabilidad del proceso mediante ambos métodos para construir un modelo NIR preciso. Las correlaciones se hacen con las especificaciones del proceso.

AB-414 Polymer analyses using near-infrared spectroscopy

­AN-PAN-1051 Inline process monitoring of the moisture content in propylene oxide

­AN-PAN-1053 Monitoring of DOTP production via esterification with inline analysis

­WP-036 Lean manufacturing of polyurethane, assisted by near-infrared (NIR) and Raman spectroscopy

• Optimice la calidad del producto y aumente las ganancias con tiempos de respuesta rápidos para las variaciones del proceso
• Mayor y más rápido retorno de la inversión
• No se necesita muestreo manual, por lo tanto, menos exposición del personal a productos químicos peligrosos.