Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Einsatz von Kernspinresonanz bei hohen Temperaturen zur verbesserten Kunststoffanalyse (HT-NMR)

Die Laboranalytik spielt bei der Herstellung, Verarbeitung und Schadensaufklärung von Kunststoffen eine wichtige Rolle. Da deren Materialeigenschaften temperaturabhängig sind, haben sich die dynamische Differenzkalorimetrie sowie rheologische und (dynamisch-)mechanische Untersuchungen bei bestimmten Temperaturen als Standardverfahren etabliert. Die Verfahren besitzen aber den Nachteil, dass die Proben für die jeweiligen Versuche teilweise aufwändig präpariert werden müssen.

Eine weitere Möglichkeit zur Charakterisierung von Kunststoffen bietet die magnetische Kernspinresonanz (NMR). Sie ist empfindlich auf die Beweglichkeit der Polymerketten und kann temperaturbedingte Veränderungen gut erfassen. Kompakte NMR-Tischgeräte erfreuen sich zuletzt zunehmender Beliebtheit. Bisher wird mit diesen aufgrund der empfindlichen Magnete meist bei Raumtemperatur gemessen. Der einzige kommerziell verfügbare Ansatz ermöglicht mit einer Probentemperatur bis 200 °C Messungen an Polyolefinen, welche allerdings nur geringe Gewinnmargen ermöglichen und oftmals nicht besonders geprüft werden.

Durch eine Erweiterung der Maximaltemperatur auf 300 °C wäre 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. Hier ist der Prüfbedarf entsprechend höher und auch eine Amortisation neuer Messtechnik schneller möglich.

Ziel ist es, die Machbarkeit von NMR-Messungen bis 300 °C zu demonstrieren und so der Industrie und insbesondere KMU eine verbesserte Qualitätskontrolle und damit einen Wettbewerbsvorteil zu ermöglichen. Dabei sollen neben technischen Thermoplasten auch Duroplaste eingehend untersucht und eine Materialdatenbank erarbeitet werden. Das Forschungsvorhaben kommt v. a. Herstellern und Anwendern verschiedener hochtemperaturbeständiger Kunststoffe sowie den Anbietern von NMR-Messsystemen zu Gute.