SKZ: Neues magnetisches Messverfahren für technische Thermoplaste und Duroplaste als Alternative zur DSC

Schema des Messprinzips - (Bild: SKZ)

Experten des Kunststoff-Zentrums SKZ und der Abteilung Magnetresonanz- und Röntgen-Bildgebung (MRB) des Fraunhofer IIS untersuchen in einem gemeinsamen Projekt den Einsatz von Hochtemperatur-NMR bis 300 °C. Damit sollen insbesondere technische Thermoplaste und Duroplaste beschleunigt geprüft werden können.

Das aktuelle Projekt hat das Ziel, die Machbarkeit von NMR-Messungen bis 300 °C zu demonstrieren und so der Industrie, insbesondere KMU, eine verbesserte Qualitätskontrolle und damit einen Wettbewerbsvorteil zu ermöglichen. Dabei sollen in den nächsten zwei Jahren neben technischen Thermoplasten auch Duroplaste eingehend untersucht und eine Materialdatenbank erarbeitet werden. Durch eine Erhöhung der Probentemperatur auf 300 °C wird laut SKZ die Messung an technischen Thermoplasten, wie etwa PA, PC, PBT und PET möglich. Diese weisen bessere thermische und mechanische Eigenschaften als Polyolefine auf und ermöglichen eine deutlich größere Gewinnmarge aufgrund des höheren Preises. Entsprechend sei auch der Prüfbedarf höher und die Amortisation neuer Messtechnik schneller möglich.

Die neuartigen Mess- und Auswerteverfahren der Hochtemperatur-NMR sollen künftig mit den etablierten thermischen Analyseverfahren vergleichbare Ergebnisse erzielen. Als entscheidende Vorteile gegenüber den bisherigen Methoden biete die neue Hochtemperatur-NMR dabei neben deutlich kürzeren Messzeiten das Entfallen der aufwändigen Probenpräparation und zusätzlich die Möglichkeit zur Untersuchung größerer Probenmengen in jeder Einzelmessung. Eine kostenfreie Beteiligung am projektbegleitenden Ausschuss seitens der Industrie ist ausdrücklich erwünscht. Interessierte Firmen können sich hierzu gerne an die Forschungseinrichtungen wenden.

Vorteile gegenüber gängiger Laboranalytik
Die Laboranalytik spielt bei der Herstellung, Verarbeitung und Schadensaufklärung von Kunststoffen eine wichtige Rolle. Aufgrund ihrer temperaturabhängigen Materialeigenschaften haben sich die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) sowie rheologische und (dynamisch-)mechanische Untersuchungen bei bestimmten Temperaturen als Standardverfahren etabliert. Diese Prüfmethoden besitzen den Nachteil, dass die Proben für die jeweiligen Versuche aufwändig präpariert werden müssen oder nur sehr kleine Probenmengen (wenige mg) untersucht werden können.

Eine Alternative zur Charakterisierung von Kunststoffen bietet die magnetische Kernspinresonanz (NMR). Sie ist empfindlich auf die Beweglichkeit der Polymerketten und kann temperaturbedingte Veränderungen gut erfassen. Kostengünstige kompakte NMR-Tischgeräte erfreuen sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit. Sie ermöglichen die Untersuchung von Kunststoffgranulaten (einige g) oder Duroplastformmassen. Durch den aktuellen Einsatz temperaturempfindlicher Permanentmagnete ist eine Messung jedoch nur bei Raumtemperatur oder knapp darüber möglich.

Erste kommerziell verfügbare Ansätze für eine Messung bei höheren Temperaturen sollen Probentemperaturen bis 200 °C für Messungen an Polyolefinen ermöglichen. Da diese Materialtypen jedoch nur geringe Gewinnmargen ermöglichen werden sie oftmals nicht besonders geprüft.

Das Projekt 22869 N der Forschungsvereinigung "Fördergemeinschaft für das Süddeutsche Kunststoff-Zentrum e. V." wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e. V. (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Weitere Informationen: www.skz.de

SKZ - Das Kunststoff-Zentrum, Würzburg

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