淺析塑料二次料的鑒定方法

1、淺析塑料二次料的鑒定方法7淺析塑料二次料的鑒定方法【摘要】本論文介紹了塑料二次料鑒定常用的物理、化學(xué)和儀器分析鑒定方法。 利用丙烯睛 -丁二烯-苯乙烯聚合物（ABS ）和耐沖擊性苯乙烯（HIPS ）為例子詳細(xì)介紹 DSC分析在塑料二次料回收中的應(yīng)用?！娟P(guān)鍵字】塑料二次料 鑒定隨著石油化工和塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，各種塑料制品已大量用于工業(yè)領(lǐng)域和日常生活。 然而，隨之也產(chǎn)生了大量的廢棄塑料，嚴(yán)重污染地球環(huán)境，如大量一次性包裝廢棄塑料、農(nóng) 用廢棄塑料產(chǎn)生的“白色污染”和對(duì)環(huán)境的潛在污染。因此， 廢塑料的處理和回收引起了廣大人們的關(guān)注，國際上也紛紛立法加強(qiáng)廢棄塑料的回收和鼓勵(lì)廢棄塑料回收技術(shù)的開發(fā)。1目

2、前，廢棄塑料回收再生技術(shù)的開發(fā)得到了較大的發(fā)展與應(yīng)用。常見的塑料回收再生方2法有熔融再生、熱裂解能量回收、回收化工原料等。是指對(duì)廢舊塑料回收后制造的再生塑料生產(chǎn)成市場暢銷的再生顆粒。與其他塑料二次料又稱塑料回收料， 也稱塑料再生料， 顆粒。通常過程為破碎-清洗-加熱塑化-擠壓成型，材料回收利用相比，塑料二次料可以作為工業(yè)原料投入再利用，因此，這種回收方法實(shí)現(xiàn)了真正意義上的資源循環(huán)再利用，是國際國內(nèi)塑料回收重點(diǎn)開發(fā)的技術(shù)之一。3隨著塑料回收行業(yè)的發(fā)展，二次料的使用也越來越廣，廢舊塑料資源被現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)家稱 之為“人類的第二礦藏”，廢舊塑料的回收利用一直是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。但在 廢舊塑料回

3、收和二次料使用過程中，由于有許多不同種類的塑料，而且大多不相容，將其混合后再生產(chǎn)品容易出現(xiàn)分層，導(dǎo)致產(chǎn)品性能質(zhì)量低劣。目前塑料制品進(jìn)入市場前，不經(jīng)鑒定分類，導(dǎo)致二次料產(chǎn)品與非二次料產(chǎn)品混亂的局面，這不但降低了回收的效率，且易產(chǎn)生二次污染。因此，對(duì)二次料產(chǎn)品的鑒定是塑料回收的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，有利于塑料二次料回收行業(yè)的規(guī)范化，對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要的作用。4目前，廢舊塑料和二次料產(chǎn)品的鑒定方法為三種，分別是物理方法、 化學(xué)方法和儀器分析法。物理方法是根據(jù)塑料的物理性質(zhì)來鑒別，包括外觀、密度、熔融、強(qiáng)度性質(zhì)、溶解性 質(zhì)等。化學(xué)方法是根據(jù)塑料的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行鑒定，包括燃燒實(shí)驗(yàn)、熱裂解實(shí)驗(yàn)、顯色反應(yīng)等。物理和

4、化學(xué)鑒定方法，雖然鑒定的成本較低，但是程序復(fù)雜，鑒別的準(zhǔn)確度較低， 可用于塑料二次回收料的初步鑒定， 不適用于塑料二次料的表征。儀器分析法是指利用各種材料分析檢測儀器對(duì)塑料進(jìn)行分析檢測，包括紅外光譜、紫外光譜、等離子發(fā)射光譜、X射線照射、差示掃描量熱法（DSC）、機(jī)械熱分析（TMA ）、熱失重（TGA）等，具有鑒定快，準(zhǔn)確度 高等優(yōu)點(diǎn)，但是鑒定成本高。因此，對(duì)于廢舊塑料的鑒定，物理、化學(xué)、儀器分析三種鑒定 方法應(yīng)該結(jié)合使用能達(dá)到效率高、結(jié)果更準(zhǔn)確的效果5。本論文簡單介紹常見的塑料二次料鑒定的物理方法、化學(xué)方法和儀器分析法。1 .物理鑒定法常用的物理鑒定法有外觀法、物理性能檢驗(yàn)法和溶解法等。1.

5、1外觀法外觀鑒定主要是通過視覺、觸覺、嗅覺等來觀察塑料產(chǎn)品的外觀特征，如產(chǎn)品的形狀、 透明性、顏色、光澤、硬度等。塑料經(jīng)過回收再加工過程，顏色、光澤、強(qiáng)度等都會(huì)發(fā)生變化，無二次料的顏色一般都會(huì)帶透，混有二次料的產(chǎn)品會(huì)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(qiáng)度可用牙齒咬來初步確定，有添加二次料的比較脆。6外觀法一般作為塑料二次料的初步鑒定。 1.2密度、沖擊強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等物理性能檢驗(yàn)法不同種類的塑料，其密度通常相差比較大，同一種塑料經(jīng)再回收前后密度相差也會(huì)有較 大的差別。密度法可用于塑料二次料的大致鑒別，但不能用來表征塑料二次料，因?yàn)樗芰匣厥赵偕^程中

6、會(huì)產(chǎn)生許多空洞或其他缺陷。例如ABS/PC的再生過程會(huì)產(chǎn)生很多微小的孔洞，并且孔洞的數(shù)量隨著再生次數(shù)的增多而增加。7對(duì)于沖擊強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等強(qiáng)度性質(zhì)，隨著塑料二次回收料含 量的增加會(huì)發(fā)生變化。HP-126NC001、GAR-011C(KS 2511BK)、GAR-011(L65) KS2511BK、GAR-011(L85) KS2511BK是由某公司提供的 ABS塑料產(chǎn)品，四種產(chǎn)品 ABS二次料添加量 是依次增大的。依次對(duì)四種產(chǎn)品分別做抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度測試，這 些強(qiáng)度性質(zhì)隨著二次料含量的增大關(guān)系，如圖14所示。從圖中，可以看出塑料的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、

7、壓縮強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度都有隨著二次料添加量的增加而降低的趨勢，特別是抗拉強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度出現(xiàn)了明顯的下降。這些強(qiáng)度性質(zhì)的降低是與二次料在回收利用過程中形成空洞與缺陷、分子量的減小是密切相關(guān)的。因此，對(duì)于塑料回收料的鑒定，可以通過測試塑料的這些強(qiáng)度性質(zhì)，通過對(duì)比可以初步確定產(chǎn)品中是否含有二次回收料。HP-126MC001GAR-011 C( KS 2511BK)GAR-011( L65) KS2511BK GAR-011( L&5) KS2511BK二次料含量圖1.沖擊強(qiáng)度與二次料添加量的關(guān)系圖HP-126NC001GAR-OliO(KS 2511EK) SAR-OilfL&S) KS

8、2511BK &AR-O11L05) KS2511EK.潮含量圖2.彎曲強(qiáng)度與二次料添加量的關(guān)系圖7040HP-126NC001GAR-011C(KS25116K)GAR-011(155) KS25HBKGAR-011(L05) KS25116K二潴牛含量圖3.壓縮強(qiáng)度與二次料添加量的關(guān)系圖151413-12-1!111.HP-136NC0O1GAR-011C(KS2511BK)GAR-011(L65) KS2511BK GAR-011(L65) KS2511BK二洲含量圖4.沖擊強(qiáng)度與二次料添加量的關(guān)系圖1.3溶解法利用塑料在不同有機(jī)溶劑的溶解性可以鑒別不同的塑料，也可以鑒別塑料二次

9、料，由于二次料回收再利用過程中， 難以達(dá)到較高的純度， 都會(huì)存在些雜質(zhì)，導(dǎo)致二次料的溶解性 沒有原產(chǎn)料的好，塑料二次料在有機(jī)溶劑溶解過程中會(huì)有殘?jiān)某霈F(xiàn)。常用的塑料溶解有機(jī)溶劑有苯、二甲苯、四氫吠喃、乙酰、丙酮與甲酸等。但是溶解法有非常大的局限性，很多塑料產(chǎn)品在加工過程中都會(huì)加有各種填料，這就影響了二次料與原產(chǎn)料的對(duì)比。因此，溶解法做二次料鑒定有很大的誤差，但可以用來鑒定塑料二次料種類是比較快的方法。4以上為三種常用的物理鑒定法，也是比較簡單的鑒定方法，能初步判斷是否為二次回收 料產(chǎn)品。2. 化學(xué)鑒定法不同種塑料有不同的化學(xué)性質(zhì)，表現(xiàn)為比較明顯的是燃燒火焰顏色、顯色反應(yīng)等。因此，可以利用這些化

10、學(xué)性質(zhì)來鑒定塑料，對(duì)化學(xué)試劑的顯色反應(yīng)還可以用來鑒定塑料二次料，如聚碳酸酯對(duì)二甲基氨基苯甲醛的顏色反應(yīng)?；仉m然利用化學(xué)性質(zhì)鑒定塑料現(xiàn)象明顯，但是存在很大的局限，主要是塑料二次料當(dāng)中可能含有很多未知的雜質(zhì)填料，這對(duì)鑒定結(jié)果都有比較大的影響，因此，也很難得出準(zhǔn)確高的鑒定結(jié)果。因此，在塑料二次料鑒定中比較少用。3. 儀器分析鑒定法3.1紅外光譜吸收光譜分析法紅外光譜是記錄物質(zhì)對(duì)紅外光的吸收程度(或透過程度)與波長(或波數(shù))的關(guān)系圖。波長范圍從0.75 m到300 m的區(qū)域稱為紅外區(qū)。 可以根據(jù)紅外光譜吸收峰的位置和形狀 來推斷未知物結(jié)構(gòu)，依照特征吸收峰的強(qiáng)度來測定混合物各組分的含量，紅外光譜分析法具

11、有快速、高靈敏度、試樣用量少、能分析各種狀態(tài)的試樣等特點(diǎn)。8因此，利用紅外光譜可以分析鑒定塑料二次料。3個(gè)區(qū)域，分別為近紅外區(qū)、中紅外區(qū)按照紅外光波長的不同，可以將紅外光譜分為和遠(yuǎn)紅外區(qū)，相對(duì)應(yīng)的為近紅外分析技術(shù)（ NIR）、中紅外分析技術(shù)（MIR）和遠(yuǎn)紅外分析技術(shù) （FIR）。近紅外分析技術(shù)的波長范圍為0.75-2.5 m,適用于大多數(shù)通用塑料和工程塑料的鑒定。中紅外分析技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的定性與定量分析的技術(shù)之一，利用中紅外光分析技術(shù)可以確定塑料特定的化學(xué)鍵與官能團(tuán)，因此，也可以用來鑒別塑料。遠(yuǎn)紅外光譜只能引起骨架的振動(dòng)，不適用于鑒別分析。 在塑料二次料的鑒定當(dāng)中，紅外光譜也是可一個(gè)有

12、效結(jié)果準(zhǔn)確的方法之一，由于塑料在回收過程中分子量會(huì)減小和雜質(zhì)的存在，利用紅外光譜分別對(duì)塑料二次料與原產(chǎn)料分析，比較紅外吸收峰位移和強(qiáng)弱，可以鑒定二次料的存在。9103.2差示掃描量熱法（DSC）差示掃描量熱法是指在程序溫度控制下，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(shí)間）關(guān)系的技術(shù)。常用的 DSC有功率補(bǔ)償型與熱流補(bǔ)償型兩大類。功 率補(bǔ)償型 DSC,通過功率差與溫度（或時(shí)間）的關(guān)系曲線，能提供關(guān)于物質(zhì)的物理和化學(xué) 的變化，包括吸熱、放熱、熱容變化過程和物質(zhì)相轉(zhuǎn)變的定量或定性的信息。不同物質(zhì)在升溫或降溫過程中，體現(xiàn)出的關(guān)系曲線不相同，功率差與溫度的曲線變化對(duì)應(yīng)于物質(zhì)熱容的變化

13、。1112廢舊塑料在回收再利用過程中，塑料的熱學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，因此，利用DSC得出的功率差與溫度的關(guān)系曲線和原產(chǎn)料相對(duì)應(yīng)的DSC曲線是有區(qū)別的，可以利用這點(diǎn)對(duì)塑料二次進(jìn)行鑒定。下面以丙烯睛-丁二烯-苯乙烯聚合物（ABS ）和耐沖擊性苯乙烯（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(jìn)行 DSC 測試，以國際標(biāo)準(zhǔn)ISO11357的條件進(jìn)行測試，取第二次升溫曲線分析，測試的結(jié)果如圖5和圖6。圖5中，我們可以看出 ABS中加入二次料對(duì)其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響較小，幾乎可以 忽略不計(jì)。通過觀察含 0%-100%二次料樣品的 D

14、SC曲線，可以看出在 120C至140C之間 的熱容變化臺(tái)階隨著二次料的含量增加而向左移動(dòng)，并且隨著二次料添加量的增加在165 C左右出現(xiàn)了新的熱容變化臺(tái)階，并且隨著二次料含量的增加熱容變化越來越強(qiáng)，這個(gè)臺(tái)階可以看成是二次料的特征熱容變化O160170180.1圖5. ABS的DSC測試曲線圖6. HIPS的DSC測試曲線圖6中，與ABS的類似，二次料的加入對(duì)塑料產(chǎn)品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度影響較小。觀察 HIPS中不同二次料含量的 DSC曲線，可以看出加入二次料的 DSC曲線在120 C至130C之 間也增加了一個(gè)熱容變化臺(tái)階，并隨著二次料的含量增加熱容變化臺(tái)階有增大的趨勢，二次回收料占100%時(shí)熱

15、容變化最大。因此，這個(gè)熱容變化臺(tái)階也可以作為HIPS的特征熱容變化臺(tái)階。分析圖5和圖6,可以看出二次料都會(huì)使產(chǎn)品的 DSC曲線新增加了一個(gè)熱容變化的臺(tái) 階，而且不同塑料新增熱容變化臺(tái)階的位置不同。利用這個(gè)相異性，可以鑒定塑料產(chǎn)品中是否含有二次料。目前還沒建立起 DSC曲線分析塑料的數(shù)據(jù)庫，在鑒定二次料時(shí)有較大的不確定性。如 果能將各種塑料原產(chǎn)料和二次料的DSC曲線中的特征熱容變化臺(tái)階積累成DSC曲線數(shù)據(jù)庫，那以后利用DSC鑒定二次料能達(dá)到方便準(zhǔn)確的效果，將產(chǎn)品的DSC曲線與數(shù)據(jù)庫里面的曲線對(duì)照就能得出該塑料產(chǎn)品是否含有二次料。因此，目前利用DSC法鑒定二次料只能利用與原產(chǎn)料的 DSC曲線對(duì)比，

16、找出曲線之間的特征熱容變化臺(tái)階也能鑒定產(chǎn)品中是否含 有二次料。以上為常用的兩種儀器分析法，當(dāng)然還有其他儀器分析法鑒定二次回收料，在這就不 一一列舉了。各個(gè)儀器分析法，可以根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合使用，得出準(zhǔn)確高效的結(jié)果。結(jié)語二次料的鑒定有物理、化學(xué)和儀器分析法，各種方法都有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，儀器分析法 中的DSC分析，在今后有較大的發(fā)展前景，將會(huì)是較快而準(zhǔn)的塑料二次料鑒定法。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以根據(jù)具體的需要選擇不同的方法相結(jié)合使用，得出準(zhǔn)確度高 的鑒定結(jié)果，從而提高經(jīng)濟(jì)效益，讓塑料回收行業(yè)更好地發(fā)展。參考文獻(xiàn):1 .鄒盛歐.廢塑料回收再生技術(shù) J.石油化工，1996, (25) : 59 592.2

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