Kontrolle von Melamin bei der Synthese von MUF-Harzen – Dosierung und Reaktionsfortschritt in Echtzeit

In MUF-Harzen sorgt Melamin für die Wasser- und Temperaturbeständigkeit und bindet dabei freien Formaldehyd stärker als Harnstoff – ein Mangel an Melamin erhöht die Emission aus dem fertigen Produkt. Zugleich ist es ein um ein Vielfaches teurerer Rohstoff als Harnstoff, sodass sein Anteil an der Rezeptur gleichzeitig über die Chargenkosten und über die Produkteigenschaften entscheidet.

Melamin wird stufenweise dosiert. Nach der Zugabe geht es rasch in Methylolmelamine über und wird in das Kondensat eingebaut; im fertigen Harz verbleibt nur wenig davon in freier Form. Zudem ist es nur begrenzt wasserlöslich, sodass es bei höheren Anteilen im Reaktor auch als Suspension vorliegen kann. Die Größe, die den tatsächlichen Prozesszustand beschreibt, ist daher die Abnahme des freien Melamins – seine Auflösung und Umsetzung – und nicht die Einwaage allein.

• Über die Eigenschaften des Harzes entscheidet nicht nur der Gesamtanteil an Melamin, sondern auch die Stufe, in der es zugegeben wurde und abreagiert ist. In Untersuchungen an MUF-Harzen verringerte die Verlagerung derselben Melaminmenge zwischen den Synthesestufen die Formaldehydemission. Die Einwaage war identisch, es unterschied sich lediglich der Zeitpunkt, zu dem das Melamin der Reaktion zugegeben wurde (Luo J. et al. 2015).
• Das Risiko ist asymmetrisch. Eine Unterdosierung von Melamin erhöht die Emission und verringert die Wasserbeständigkeit beim Abnehmer und kommt daher als Chargenrückweisung oder als Reklamation nach dessen Produktprüfung zurück. Eine Überdosierung zeigt sich nirgends außer in der Kostenrechnung.
• Emissionsnormen gelten formal für das Endprodukt, nicht für das Harz, werden aber über die Abnahmekriterien auf das Harz übertragen. Der Abnehmer kann im Nachhinein nicht trennen, wie viel das Bindemittel und wie viel die Pressbedingungen zum Emissionsergebnis beigetragen haben, und sichert sich daher durch eine verschärfte Harzspezifikation ab. Die Sicherheitsmarge besteht großenteils deshalb, weil die Konformität erst nach Abschluss der Charge bestätigt wird.
• Die Waage bestätigt, was den Vorratsbehälter verlassen hat, nicht, was in den Reaktor gelangt und dort abreagiert ist. Verluste, ein unvollständiger Transfer oder eine Rohstoffverwechslung werden nicht erfasst.
• Die Melaminbestimmung mittels HPLC erfolgt offline und dauert 60–90 Minuten. Das Ergebnis liegt erst nach Abschluss der Stufe vor, wenn eine Korrektur bereits kostspielig und nur eingeschränkt möglich ist.
• Das aus den Einwaagen berechnete Molverhältnis beschreibt die Rezeptur, nicht den tatsächlichen Reaktionszustand.

Spectrally™ X1 INLINE mit der Sonde X1 PROBE verfolgt die Abnahme des freien Melamins direkt im Reaktor, in Echtzeit und ohne Probenahme. So lässt sich bestätigen, dass die dosierte Portion tatsächlich in die Reaktion eingegangen ist, und der Zeitpunkt ihres Verbrauchs vor dem Übergang zur nächsten Stufe erfassen – also genau das, was weder die Waage noch eine nachträglich durchgeführte Bestimmung erkennt.

Melamin und Harnstoff liefern ein unterschiedliches optisches Signal, sodass sie sich im Reaktionsgemisch voneinander trennen lassen.

Die Arbeit im dichten, belagbildenden Reaktormedium wird durch das selbstreinigende, rückziehbare Sondenmodul (Retractex) ermöglicht: Die Sonde zieht sich zyklisch aus dem Medium zurück, das optische Fenster wird gespült und kehrt anschließend in die Messposition zurück. Das Fenster setzt sich nicht mit Ablagerungen zu, und der Analysator arbeitet im Dauerbetrieb ohne Bedienereingriff.

Wir nennen hier keine Genauigkeiten aus anderen Implementierungen. Bei MUF-Harzen hängt sie vom Melaminanteil, von der Stufe seiner Dosierung und vom Zustand des Mediums zum jeweiligen Zeitpunkt der Synthese ab. Eine Zahl aus einer fremden Rezeptur lässt sich nicht auf Ihren Reaktor übertragen. Die Zahl, die für Sie zählt, entsteht in der Machbarkeitsstudie an Ihren Proben.

Die Studie führen wir wie folgt durch:

• Bezugspunkt ist Ihre Anforderung – der zulässige Bestimmungsfehler und der Unterschied im Melaminanteil, den wir auflösen müssen, damit das Ergebnis für die Steuerung nutzbar ist.
• Gemeinsam mit Ihnen stellen wir einen geeigneten Probensatz zusammen, der den in Ihrem Prozess auftretenden Bereich an Melaminanteilen und Synthesestufen abdeckt, oder wir führen die Messungen direkt bei Ihnen im laufenden Prozess durch.
• Der Bericht nennt die erreichten Genauigkeiten gegenüber Ihrer Referenz, den abgedeckten Bereich an Anteilen und Bedingungen sowie die Bereiche, die nicht abgedeckt werden konnten.

Der Bericht gibt das Ergebnis auch dann an, wenn es Ihre Anforderung nicht erfüllt – einschließlich der Größe der Abweichung. Die Entscheidung über die Implementierung liegt bei Ihnen und soll auf Basis von Zahlen getroffen werden, nicht auf Basis von Zusicherungen.

Wenn Sie MUF-Harze herstellen, ermöglicht die Inline-Messung, zu bestätigen, dass das dosierte Melamin tatsächlich in die Reaktion eingegangen ist, den Zeitpunkt seines Verbrauchs vor dem Übergang zur nächsten Stufe zu erfassen und eine Rohstoffverwechslung oder einen unvollständigen Transfer zu erkennen.

Auf der einen Seite verringert dies das Risiko von Rückweisungen und Reklamationen wegen der Emission oder der Wasserbeständigkeit, auf der anderen Seite ermöglicht es, den Sicherheitszuschlag auf einen Nachweis aus dem Prozess statt auf Vorsicht zu stützen. Es ist dieselbe Zahl, von zwei Seiten betrachtet: einmal als Qualitätsrisiko, einmal als Kosten des teuersten Rezepturbestandteils.