Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines selbstlernenden Messsystems zur objektiven Geruchsbewertung von Kunststoffen

Ziel des FuE-Vorhaben ist, die wissenschaftlichen Grundlagen eines GC-IMS-basierten Messsystems mit einer integrierten selbstlernenden Software zur Geruchsbewertung von Kunststoffen zu erarbeiten, welches die spektralen Informationen einer Geruchsnote zuordnet, die mit der aus der sensorischen Prüfung ermittelten Geruchsnote korreliert und es damit ermöglicht, die sensorische Geruchsprüfung zu ergänzen.

Das Messsystem soll zunächst für PP-Rezyklate entwickelt werden, da sich diese zur Herstellung hochwertiger, geruchsrelevanter Produkte eignen.

Die folgenden Teilschritte sind zur Bearbeitung vorgesehen:

• Herstellen von Modellproben durch Aufreinigung der PP-Fraktion des dualen Systems

• humansensorische Geruchsprüfung mit Notenvergabe (VDA 270)

• Aufnahme der H-GC-IMS Spektren

• Extraktion typischer Merkmale (Datensätze) -> Erzeugen charakteristischer „Fingerprints“

• Auffinden geeigneter Klassifikatoren zur Informationsverarbeitung

• Zuordnen der Signalinformationen zu einer Geruchsnote (angelernte Referenznote)

• Abgleich/Korrelation mit der Note aus sensorischer Prüfung (Vorhersagegenauigkeit)

• Validierung mit realen Proben

Ergebnisse

Objektive Geruchsprüfung, die:

- Kosten und Zeit sparend ist

- hohen Probendurchsatz durch Automatisierung erlaubt

- Standardisierung mit internationaler Vergleichbarkeit der Prüfwerte ermöglicht

Nutzung branchenübergreifend und spezifisch in KMU,

• die Prüfdienstleistungen, wie die Geruchsprüfung, anbieten.

• aus dem Bereich Kunststoffrecycling, die sich mit kundenspezifischen Lösungen für die

Aufbereitung von Kunststoffabfällen zu geruchsarmen Regranulaten / Regeneratcompounds

befassen und ihre Verfahren und Produkte für Kunden qualifizieren müssen.

• die Kunststoffe und Regranulate mit gängigen Verfahren weiterverarbeiten.

• die instrumentellen Gerätebau im Bereich Messtechnik betreiben.

Ergebniszusammenfassung:

Die Geruchsprüfung von Kunststoffen erfolgt derzeit nahezu ausschließlich durch die humansensorische Prüfung mit einem trainierten Sensorikpanel. Im Projekt wurde ein neuer Lösungsansatz untersucht, der schnell zu einer maschinell erzeugten Geruchsnote führt und in einem Prüflabor oder direkt beim Kunststoffverarbeiter/Recycler eingesetzt werden kann. Dazu wird der Gasraum über der zu prüfenden Probe mit der H-GC-IMS analysiert, aus dem Spektrum charakteristische Merkmale extrahiert, die als Input-Daten für das überwachte Lernen geeigneter Vorhersagemodelle dienen. Die Zielgrößen bilden die Geruchsnoten aus der humansensorischen Prüfung. Nach dem Training des Algorithmus mit repräsentativen Datensätzen kann das Messsystem die Geruchsnote für unbekannte Proben vorhersagen. Als bevorzugtes Vorhersagemodell wurde der SVM-Klassifikator identifiziert. Das Messsystem wurde für PP-Neuware und für PP-Rezyklate aus Post Consumer und Post Industrial Abfallströmen validiert.

Das Messsystem ist einfach in der Bedienung, läuft mit laborüblicher Rechnertechnik und generiert innerhalb weniger Minuten eine Geruchsnote. Damit sind die wissenschaftlichen und analytischen Grundlagen für die Weiterentwicklung zu einem kommerziellen Laborgerät geschaffen.

Die Projektergebnisse besitzen eine hohe branchenübergreifende, ökonomische Relevanz für KMU:

• Hersteller von Analysentechnik und Geräten können ihr Portfolio erweitern und neue Kundenkreise erschließen.

• Kunststoffverarbeiter können das Messsystem nutzen, um Prozesse zu optimieren und zu überwachen, um darüber gleichbleibend hohe Produktqualitäten bezüglich des Geruchs zu sichern.

• Prüfdienstleister können die humansensorische Prüfung mit der messtechnischen Prüfmethode ergänzen, um das steigende Prüfaufkommen an Geruchsmessungen zu bewältigen. Gleichzeitig kann die objektive Geruchsnote aus dem Messsystem als Entscheidungshilfe bei Meinungsverschiedenheiten zwischen Kunde und Prüflabor bei der Bewertung der Proben genutzt werden.