Sensoren für den nahen (NIR) und den mittleren Infrarotbereich (MIR)

Kunststoffartunterscheidung bei Rezyklaten mittels NIR

Durch den Einsatz von mehr und mehr Rezyklaten in der kunststoffverarbeitenden Industrie, nicht zuletzt befeuert durch die EU-Verpackungs- und Verpackungsabfallverordnung (Packaging and Packaging Waste Regulation, PPWR) bzgl. des Rezyklatanteils in Kunststoffen, steigt auch die Notwendigkeit, zusätzlich zur bereits im Labor stattfindenden Farbkontrolle nun auch eine Kontrolle nach der Kunststoffart des jeweiligen Rezyklats durchzuführen. Dabei mangelt es nicht an einer adäquaten Sensorik während des Sortier- und Separationsprozesses, bieten doch verschiedene Maschinenbauer Sortieranlagen, ausgestattet mit sogenannten Hyperspektralkameras passend für den NIR-Bereich, an. Diese eignen sich sowohl zur Sortierung ganzer Objekte als auch zur Trennung von Plastikfragmenten sowie Flakes. Allerdings sind diese NIR-Kameras aus wirtschaftlichen Gründen für eine mehr punktuelle Produktüberwachung weniger geeignet. Hierzu eignen sich vielmehr diskrete Sensoren sowie Sensorsysteme, die zum einen sehr kompakt in der Ausführung sind und zum anderen kostengünstig in der Anschaffung sind.
Neben den stationären Laborgeräten SPECTRO-T-3-0°/45°-LAB-LF und SPECTRO-3-DIF/0°-LAB-LF stehen bei Sensor Instruments auch mobile Laborsysteme SPECTRO-T-3-0°/45°-MOBILE-P sowie SPECTRO-T-3-DIF/0°-MOBILE-P zur Verfügung. Damit zur regelmäßigen Nachkalibrierung die Messsysteme nicht eingeschickt werden müssen, wurde in die Geräte eine vor-Ort-Kalibrierung integriert. (...)

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Unterscheidung von Carbon Black Rezyklatmaterial mittels MIR

Rußgeschwärzter Kunststoff, quasi wie ein
alles Licht verschlingendes schwarzes Loch?
Nicht ganz! Zwar wird ein großer Teil des auf das schwarze Kunststoffmaterial auftreffenden Lichtes aus dem sichtbaren sowie aus dem nahen Infrarotbereich (NIR) absorbiert, im mittleren Infrarotbereich (MIR) hingegen ist
das Absorptionsverhalten von Carbon Black Produkten im Vergleich zu hellen Materialien eher als gering zu bezeichnen. Im MIR-Bereich tut sich also ein Fenster auf, das einen Einblick auf die eingesetzte Kunststoffart gewährt. Unterschiedliche Carbon Black Kunststoffe haben nämlich ein charakteristisches spektrales Absorptionsverhalten im MIR-Bereich, wodurch in diesem Wellenlängenbereich eine Unterscheidung nach Kunststoffart ermöglicht wird.
Bislang dient schwarzer Kunststoff zumindest in offenen Kreisläufen eher zum Downcycling, das heißt, das Rezyklat ist nicht mehr für den originären Einsatz gedacht, sondern es wird vielmehr für mindere Einsatzzwecke verwendet. Angesichts der Tatsache, dass derzeit in etwa 1/6 des jährlich produzierten Kunststoffmaterials aus rußgeschwärztem Kunststoff besteht, gibt es zunehmenden Handlungsbedarf, das daraus recycelte Material wieder den ursprünglichen Einsatzgebiet zuzuführen. Insbesondere in der Automobilindustrie, aber auch in der Elektronikindustrie und in der Bauindustrie wird überwiegend rußgeschwärzter Kunststoff eingesetzt.
Derzeit hält sich das Angebot an Sortier- und Separationsanlagen zur Trennung von Carbon Black nach Kunststoffart allerdings noch in Grenzen. Der Grund hierfür dürfte in erster Linie an den doch noch recht teuren und zudem serviceintensiven, für den MIR-Bereich geeigneten Hyperspektralkameras liegen. Sensor Instruments schlägt hierbei zusammen mit Partnerunternehmen einen Alternativweg ein: das aus dem sichtbaren Wellenlängenbereich bekannte Dreibereichsverfahren wurde auf den MIR-Bereich übertragen. Aus L*a*b* wurde M*i*r* und gemessen wird anstatt im sichtbaren Bereich (400nm bis 700nm) im mittleren Infrarotbereich zwischen 2.5µm und 5.0µm. (...)

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Wie kann eigentlich die Dicke einer Lackschicht zwischen zwei PET-Folien bestimmt werden?
Hierzu wurden vier PET-Folienpaare mit unterschiedlichen Lackschichtdicken zwischen den beiden PET-Folien (10µm, 20µm, 50µm und 80µm) mit dem MIR-Durchlichtverfahren untersucht. Auf der Empfängerseite standen zwei Wellenlängenbereiche mit Zentralwellenlängen von 2.95µm und 3.90µm (SPECTRO-M-2-2.95/3.90) zur Verfügung. Der Abstand der PET-Folie zum MIR-Sender betrug dabei in etwa 20mm.
Auch das Vorhandensein einer Silikonschicht auf einer transparenten Kunststofffolie wurde mit dieser Messmethode untersucht, mit dem Ergebnis, dass auch diese Schicht sehr gut nachgewiesen werden kann.

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