近红外光谱技术快速检测PET塑料的粘度


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      PET塑料是一种常用的工业原料,其主要用途之一是制造PET塑料瓶,用于包装碳酸饮料、饮用水、果汁、茶饮料等等,是当今使用量最大的饮料包装,此外也广泛应用于食品、化工、药品包装等众多领域。在PET生产中,粘度是最重要的指标,影响最终成品的硬度、韧性、耐温性等多项指标。因此提高粘度的稳定性,有重要的意义。

     由于PET熔体属于非牛顿流体,目前市面上检测PET粘度主要使用旋转粘度计,这种方法耗时长,成本较高。与之相比,近红外光谱分析技术具备快速无损、准确、无需样品预处理、方便实现在线检测等优势,是一种具有广阔发展前景的过程分析技术,能够满足产品质量在线实时监控的需求。


实验

     使用无锡迅杰光远科技有限公司生产的IAS-3100近红外光谱仪采集样品的光谱。室温控制在25℃。开机预热十五分钟。将PET样品转入样品杯中,每个样品重装样扫描5次,波长范围900-1700nm。

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1 两种设备采集的PET样品的近红外光谱图IAS3100(左)PE(右)


     另外使用PerkinElmer的傅里叶变换近红外光谱仪(PE-FTNIR),测得每个样品的光谱,波长范围为1000-2500nm。使用旋转粘度计测得每个样品的粘度值。使用化学计量学中的预处理方法和PLS算法进行建模。

IAS3100的建模结果如下:

     校正集标准预测偏差SEC=0.0057,决定系数R2cal=0.9763交叉验证标准预测偏差SECV=0.0130,决定系数R2cv=0.8720

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2 IAS3100模型结果PE-FTMIR的光谱采用截取1000-1700nm范围以及全波长分别建模,结果如下:

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3 PE-FTNIR模型1000-1700nm(左)全波长(右)

     截取光谱的校正集标准预测偏差SEC=0.0091,决定系数R2cal=0.9454交叉验证标准预测偏差SECV=0.0138,决定系数R2cv=0.8738

     全波长光谱的校正集标准预测偏差SEC=0.0053,决定系数R2cal=0.9814交叉验证标准预测偏差SECV=0.0074,决定系数R2cv=0.9639SEC=0.0053R2cal=0.9814

     对比两种设备的建模结果,在相同波长范围内,IAS3100与PE-FTNIR的模型预测能力很接近,都能够满足PET粘度的检测要求。而使用全光谱的建模效果更好,表明在近红外长波区域有更多的有用信息。

结论

     实验表明,近红外光谱法可以进行PET粘度的检测。目前,传统检测方法,由于检测速度较慢,无法满足在线检测的需求,而近红外光谱技术具有实时性强、重现性好的优点,适用于进行生产过程控制,有利于提高产品质量的稳定性。


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