如何通過檢測的手段,鑑定塑料回料

2021-03-22 15:27:52 字數 4116 閱讀 3823

前言隨著石油化工和塑料工業的迅速發展,各種塑料製品已大量用於工業領域和日常生活。然而,隨之也產生了大量的廢棄塑料,嚴重汙染地球環境,如大量一次性包裝廢棄塑料、農用廢棄塑料產生的「白色汙染」和對環境的潛在汙染。因此,廢塑料的處理和**引起了社會各界的關注,國際上也紛紛立法加強廢棄塑料的**和鼓勵廢棄塑料**技術的開發。

[1]目前,廢棄塑料**再生技術的開發得到了較大的發展與應用。常見的塑料**再生方法有熔融再生、熱裂解能量**、**化工原料等。[2]

塑料二次料又稱塑料**料,也稱塑料再生料,是指對廢舊塑料**後製造的再生塑料顆粒。通常經過破碎-清洗-加熱塑化-擠壓成型等處理,可將廢舊塑料生產成市場暢銷的再生顆粒。與其他材料**利用相比,塑料二次料可以作為工業原料投入再利用,因此,這種**方法實現了真正意義上的資源迴圈再利用,是國際國內塑料**重點開發的技術之一。

[3]隨著塑料**行業的發展,二次料的使用也越來越廣,廢舊塑料資源被現代經濟學家稱之為「人類的第二礦藏」,廢舊塑料的**利用一直是發展迴圈經濟的一項重要內容。但是,在廢舊塑料**和二次料使用過程中,由於存在多種不同的塑料,而且大多不相容,將其混合後的再生產品容易出現分層,導致產品效能質量低劣。目前塑料製品進入市場前,不經鑑定分類,導致二次料產品與非二次料產品混亂的局面,這不但降低了**的效率,且易產生二次汙染。

因此,對二次料產品的鑑定是塑料**的乙個重要環節,有利於塑料二次料**行業的規範化,對迴圈經濟發展有重要的作用。[4]

目前,廢舊塑料和二次料產品的鑑定方法為三種,分別是物理方法、化學方法和儀器分析法。物理方法是根據塑料的物理性質來鑑別,包括外觀、密度、熔融、強度性質、溶解性質等。化學方法是根據塑料的化學性質進行鑑定,包括燃燒實驗、熱裂解實驗、顯色反應等。

物理和化學鑑定方法,雖然鑑定的成本較低,但是程式複雜,鑑別的準確度較低,可用於塑料二次**料的初步鑑定,不適用於塑料二次料的表徵。儀器分析法是指利用各種材料分析檢測儀器對塑料進行分析檢測,包括紅外光譜、紫外光譜、等離子發射光譜、x射線照射、差示掃瞄量熱法(dsc)、機械熱分析(tma)、熱失重(tga)等,該方法具有鑑定快、準確度高等優點,但是鑑定成本高。因此,對於廢舊塑料的鑑定,物理、化學、儀器分析三種鑑定方法應該結合使用,使其達到效率高、結果更準確的效果[5]。

本**簡單介紹常見的塑料二次料鑑定的物理方法、化學方法和儀器分析法。

1. 物理鑑定法常用的物理鑑定法有外觀法、物理效能檢驗法和溶解法等。

1.1 外觀法外觀鑑定主要是通過視覺、觸覺、嗅覺等來觀察塑料產品的外觀特徵,如產品的形狀、透明性、顏色、光澤、硬度等。塑料經過**再加工過程,顏色、光澤、強度等都會發生變化,無二次料的顏色一般都會較透明,混有二次料的產品會降低透明性,透明性比無二次料的低;二次料的光澤比較差;塑料的強度可用牙齒咬來初步確定,有新增二次料的比較脆。

[6]外觀法一般作為塑料二次料的初步鑑定。

1.2 密度、衝擊強度、抗拉強度、壓縮強度、彎曲強度等物理效能檢驗法不同種類的塑料,其密度通常相差比較大,同一種塑料經再**前後密度相差也會有較大的差別。密度法可用於塑料二次料的大致鑑別,但不能用來表徵塑料二次料,因為塑料**再生過程中會產生許多空洞或其他缺陷。

[5]例如,abs/pc的再生過程就會產生很多微小的孔洞,並且孔洞的數量隨著再生次數的增多而增加。[7]

對於衝擊強度、抗拉強度、壓縮強度、彎曲強度等強度性質,隨著塑料二次**料含量的增加會發生變化。例如,hp-126nc001、gar-011c(ks 2511bk)、gar-011(l65) ks2511bk、gar-011(l85) ks2511bk這四種abs塑料產品,四種產品abs二次料新增量是依次增大的。依次對四種產品做抗拉強度、彎曲強度、壓縮強度、衝擊強度測試,這些強度性質隨著二次料含量的增大關係,如圖1~4所示。

從圖中,可以看出塑料的抗拉強度、彎曲強度、壓縮強度、衝擊強度都有隨著二次料新增量的增加而降低的趨勢,特別是抗拉強度和彎曲強度出現了明顯的下降。這些強度性質的降低是與二次料在**利用過程中形成空洞與缺陷、分子量的減小是密切相關的。因此,對於塑料**料的鑑定,可以通過測試塑料的這些強度性質,通過對比可以初步確定產品中是否含有二次**料。

1.3 溶解法利用塑料在不同有機溶劑的溶解性可以鑑別不同的塑料,也可以鑑別塑料二次料,由於二次料**再利用過程中,難以達到較高的純度,都會存在些雜質,導致二次料的溶解性沒有原產料的好,塑料二次料在有機溶劑溶解過程中會有殘渣的出現。常用的塑料溶解有機溶劑有苯、二甲苯、四氫呋喃、乙醚、丙酮與甲酸等。

但是溶解法有非常大的侷限性,很多塑料產品在加工過程中都會加有各種填料,這就影響了二次料與原產料的對比。因此,溶解法做二次料鑑定有很大的誤差,但作為鑑定塑料二次料種類是比較快的方法。[4]

以上為為三種常用的物理鑑定法,也是比較簡單的鑑定方法,能初步判斷是否為二次**料產品。

2. 化學鑑定法不同種塑料有不同的化學性質,表現為比較明顯的是燃燒火焰顏色、顯色反應等。因此,可以利用這些化學性質來鑑定塑料,對化學試劑的顯色反應還可以用來鑑定塑料二次料,如聚碳酸酯對二甲基氨基苯甲醛的顏色反應。[6]雖然利用化學性質鑑定塑料現象明顯,但是存在很大的侷限,主要是塑料二次料當中可能含有很多未知的雜質填料,這對鑑定結果都有比較大的影響,因此,也很難得出準確高的鑑定結果。

因此,在塑料二次料鑑定中比較少用。

3. 儀器分析鑑定法

3.1紅外光譜吸收光譜分析法紅外光譜是記錄物質對紅外光的吸收程度(或透過程度)與波長(或波數)的關係圖。波長範圍從0.

75μm到300μm的區域稱為紅外區。可以根據紅外光譜吸收峰的位置和形狀來推斷未知物結構,依照特徵吸收峰的強度來測定混合物各組分的含量,紅外光譜分析法具有快速、高靈敏度、試樣用量少、能分析各種狀態的試樣等特點。[8]因此,利用紅外光譜可以分析鑑定塑料二次料。

按照紅外光波長的不同,可以將紅外光譜分為3個區域,分別為近紅外區、中紅外區和遠紅外區,相對應的為近紅外分析技術(nir)、中紅外分析技術(mir)和遠紅外分析技術(fir)。近紅外分析技術的波長範圍為0.75-2.

5μm,適用於大多數通用塑料和工程塑料的鑑定。中紅外分析技術是目前應用較為廣泛的定性與定量分析的技術之一,利用中紅外光分析技術可以確定塑料特定的化學鍵與官能團,因此,也可以用來鑑別塑料。遠紅外光譜只能引起骨架的振動,不適用於鑑別分析。

在塑料二次料的鑑定當中,紅外光譜也是乙個能有效保證結果準確的方法之一,由於塑料在**過程中分子量會減小和雜質的存在,利用紅外光譜分別對塑料二次料與原產料分析,比較紅外吸收峰位移和強弱,可以鑑定二次料的存在。[9][10]

3.2 差示掃瞄量熱法(dsc)

差示掃瞄量熱法是指在程式溫度控制下,測量輸入到被測樣品與參比樣品的功率差或熱量差與溫度(或時間)關係的技術。常用的dsc有功率補償型與熱流補償型兩大類。功率補償型dsc,通過功率差與溫度(或時間)的關係曲線,能提供關於物質的物理和化學的變化,包括吸熱、放熱、熱容變化過程和物質相轉變的定量或定性的資訊。

不同物質在公升溫或降溫過程中,其關係曲線也不相同,功率差與溫度的曲線變化對應於物質熱容的變化。[11][12]廢舊塑料在**再利用過程中,塑料的熱學性質會發生改變,因此,利用dsc得

出的功率差與溫度的關係曲線和原產料相對應的dsc曲線是有區別的,可以利用這點對塑料二次料進行鑑定。下面以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(abs)和耐衝擊性苯乙烯(hips)為例子分析。

分別用含0%、10%、20%、40%、50%、70%、100%二次料的abs和hips進行dsc測試,以國際標準iso11357的條件進行測試,取第二次公升溫曲線分析,測試的結果如圖5和圖6。

圖5中,我們可以看出abs中加入二次料對其玻璃化轉變溫度的影響較小,幾乎可以忽略不計。通過觀察含0%-100%二次料樣品的dsc曲線,可以看出在120℃至140℃之間的熱容變化台階隨著二次料的含量增加而向左移動,並且隨著二次料新增量的增加在165℃左右出現了新的熱容變化台階,並且隨著二次料含量的增加熱容變化越來越強,這個台階可以看成是二次料的特徵熱容變化。

如果能將各種塑料原產料和二次料的dsc曲線中的特徵熱容變化台階積累成dsc曲線資料庫,即可利用dsc鑑定二次料能達到方便準確的效果,將產品的dsc曲線與資料庫裡面的曲線對照就能得出該塑料產品是否含有二次料。同時,利用dsc法鑑定二次料也可利用與原產料的dsc曲線對比,找出曲線之間的特徵熱容變化台階以鑑定產品中是否含有二次料。

以上為常用的兩種儀器分析法,同時還有其他儀器分析法鑑定二次**料,可以根據實際情況結合使用,得出準確高效的結果。

結語二次料的鑑定有物理、化學和儀器分析法,各種方法都有優缺點。其中,儀器分析法中的dsc分析,在今後有較大的發展前景,將會是較快而準的塑料二次料鑑定法。

在實際應用過程中,可以根據具體的需要選擇不同的方法相結合使用,得出準確度高的鑑定結果,從而提高經濟效益,讓塑料**行業更好地發展。

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