酚醛樹(shù)脂又稱(chēng)電木，是一種合成塑料，具有良好的耐酸性能、力學(xué)性能、耐熱性能，廣泛應(yīng)用于防腐蝕工程、膠粘劑、涂料等行業(yè)。酚醛樹(shù)脂一般由醛類(lèi)和酚類(lèi)在催化劑的作用下縮聚而成，在縮聚過(guò)程中需要持續(xù)檢測(cè)甲醛和苯酚的含量以判斷反應(yīng)是否達(dá)到終點(diǎn)，合理判斷反應(yīng)終點(diǎn)可以有效幫助企業(yè)降本增效，提高經(jīng)濟(jì)效益。

01 傳統(tǒng)理化方法存在嚴(yán)重滯后性

本案中，用戶(hù)原先會(huì)在臨近縮聚反應(yīng)終點(diǎn)時(shí)頻繁取樣送至檢測(cè)室進(jìn)行用手工滴定和氣相色譜分別檢測(cè)游離甲醛和苯酚含量，每一釜生產(chǎn)期間往往需要取樣4-6次，且從取樣到結(jié)果檢出需要耗費(fèi)近1小時(shí)，檢測(cè)工作量大，檢測(cè)結(jié)果嚴(yán)重滯后于實(shí)際生產(chǎn)。

因此用戶(hù)尋求一種在線檢測(cè)方法，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控縮聚反應(yīng)過(guò)程中游離甲醛和苯酚的含量，減少人工取樣的頻次，提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的時(shí)效性。

近紅外技術(shù)作為一種成熟的在線分析技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石化、精細(xì)化工、糧食加工、發(fā)酵等過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。我們?yōu)榭蛻?hù)量身定制的近紅外在線檢測(cè)甲醛和苯酚方案可以精準(zhǔn)滿足客戶(hù)需求，為客戶(hù)達(dá)成合理判斷反應(yīng)終點(diǎn)的目標(biāo)。

02 近紅外儀器及具體檢測(cè)方法

2.1 樣品信息

建模樣品信息詳見(jiàn)表1：

表1 建模集樣品信息

2.2 設(shè)備信息

檢測(cè)設(shè)備為IAS-PAT L1在線近紅外光譜分析儀，該設(shè)備專(zhuān)業(yè)針對(duì)工業(yè)化過(guò)程分析設(shè)計(jì)而成，可用于連續(xù)及批量制造環(huán)節(jié)中樣品成分的定性及定量分析。設(shè)備照片如圖1所示。

圖1 IAS-PAT L1設(shè)備圖片

（前：防爆箱門(mén)關(guān)閉狀態(tài)；后：防爆箱門(mén)開(kāi)啟后呈現(xiàn)儀器）

2.3 光譜采集方法

平均次數(shù)90次，混樣次數(shù)5次，積分時(shí)間20 ms。

2.4 理化檢測(cè)方法

甲醛：GB/T 32684-2016 《塑料 酚醛樹(shù)脂 游離甲醛含量的測(cè)定》

苯酚： GB/T 30773-2014 《氣相色譜法測(cè)定 酚醛樹(shù)脂中游離苯酚含量》

2.5 在線檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

本套系統(tǒng)由PAT L1主機(jī)、流通池、光纖、控制電腦、隔膜泵等組件組成，儀器內(nèi)置光源發(fā)出的光經(jīng)積分球均化后通過(guò)光纖照射到樣品上。光照與樣品中的分子發(fā)生相互作用，樣品的透射光中含有樣品的特征信息。透射光經(jīng)過(guò)光纖傳輸進(jìn)入光譜檢測(cè)單元轉(zhuǎn)換成光譜數(shù)據(jù)。樣品的光譜數(shù)據(jù)被代入儀器的內(nèi)置模型進(jìn)行計(jì)算，得到的樣品分析結(jié)果連續(xù)輸出顯示在配套的軟件界面上并接入各種工業(yè)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 酚醛樹(shù)脂在線檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

03 建模及分析

3.1 樣本光譜圖

圖3 樣本光譜圖

3.2 建模指標(biāo)

表2 模型參數(shù)

3.3 建模結(jié)果分布圖

圖4 模型預(yù)測(cè)值/參考值對(duì)比圖（上：甲醛；中：苯酚；下：折光度）

3.4 模型驗(yàn)證：

將上述模型導(dǎo)入設(shè)備交由客戶(hù)在線檢測(cè)酚醛樹(shù)脂的縮聚過(guò)程，并多次取樣與傳統(tǒng)檢測(cè)方法結(jié)果對(duì)比，如圖5所示。

圖5 模型預(yù)測(cè)值與取樣實(shí)測(cè)值對(duì)比圖（上：甲醛；中：苯酚；下：折光度）

從驗(yàn)證結(jié)果可看出，模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值基本吻合，清晰地體現(xiàn)了縮聚過(guò)程中主要指標(biāo)的變化趨勢(shì)；且誤差分布范圍小，無(wú)系統(tǒng)性偏差，可以滿足客戶(hù)對(duì)酚醛樹(shù)脂縮聚反應(yīng)過(guò)程快速檢測(cè)的需求。

04 結(jié)論及展望

4.1 應(yīng)用總結(jié)

從模型參數(shù)以及試運(yùn)行驗(yàn)證結(jié)果可知，利用近紅外技術(shù)監(jiān)測(cè)酚醛樹(shù)脂縮聚過(guò)程中甲醛、苯酚含量和折光度是可行的。目前該客戶(hù)已經(jīng)用在線近紅外分析儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果取代大部分傳統(tǒng)檢測(cè)方法工作，檢測(cè)量和檢測(cè)效率大大提升，檢測(cè)結(jié)果可以及時(shí)反饋給生產(chǎn)部門(mén)用于指導(dǎo)生產(chǎn)。

4.2 優(yōu)勢(shì)總結(jié)

相比于傳統(tǒng)檢測(cè)方法，近紅外技術(shù)快速、便捷、高效、無(wú)損、綠色的特質(zhì)使其在工業(yè)生產(chǎn)中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。

更重要的是，近紅外技術(shù)非常適合于在線過(guò)程分析，可以幫助廠家根據(jù)需要及時(shí)調(diào)節(jié)生產(chǎn)工藝，在確保安全生產(chǎn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)提升。

未來(lái)，我們會(huì)將這項(xiàng)新技術(shù)應(yīng)用在更多行業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)流程中，用最新近紅外技術(shù)幫助各行各業(yè)降本增效，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)。