序言

近年來，高密度聚乙烯（HDPE）消費后再回收使用的數(shù)量正穩(wěn)步增長。例如，消費后塑料再回收利用協(xié)會 一項報告指出，2011年大約有 974,000,000英鎊的HDPE被回收利用（1）。這樣，作為一種綠色的、低成本的、可變成未經(jīng)利用的HDPE替代物，在許多以HDPE為基本成分的產(chǎn)品中，可回收利用的HDPE已經(jīng)成為一種重要的原材料，比如薄板、管子、裝飾材料、電子護線管、瓶子等等。大多數(shù)回收利用的HDPE來源于瓶子，許多瓶子的蓋子和瓶口都是由聚丙烯（PP）制成的，PP和HDPE具有非常類似的物理特性。因此，在消費后再回收利用的HDPE樹脂中，PP是一種常見的污染物而且會不利地影響Z終產(chǎn)品的性能（例如，產(chǎn)品比較易碎且受到壓力容易開裂）。為了維護產(chǎn)品的高質(zhì)量，加工處理程序的監(jiān)控以及控制回收 利用樹脂中PP的含量是非常必要的。為了達到這個目的，一個可信賴的工具是傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR），PerkinElmer公司生產(chǎn)的Spectrum Two紅外光譜儀易于使用，為測量可回收利用HDPE樹脂中PP的含量提供了一種非常準確的方法。這篇應(yīng)用報告為使用PerkinElmer Spectrum Two這臺儀器的操作者提供了這種分析方法。

實驗部分 

標準樣品是由Advanced Blending Technologies公司提供 （見表1）。未經(jīng)使用的HDPE小球樣品首先與未經(jīng)使用的 均聚物PP小球按照表1所示的比例進行干混（比例覆蓋范圍，3-12%，典型地回收利用HDPE樹脂中PP的混入標準）， 然后通過一個3/4英寸的單螺旋實驗室擠壓機熱熔復合。為了確?；旌系木鶆蛐裕瑯悠芬匦赂苫烊缓箢~外被擠壓兩次保證混合樣品總數(shù)三次通過擠壓機。

表1. 四種不同混合比例的PE和PP的標準樣品

PerkinElmer公司的Spectrum Two配置金剛石單次反射ATR被用來收集標準樣品的譜圖，光譜分辨率4cm-1，累計次數(shù)4次。只需將PP/HDPE樹脂小球放置在金剛石晶體上，然后直接測試不需要任何進一步的樣品處理。使用不同的小球，每種標準樣品測試5-6次。使用PerkinElmer Spectrum Quant軟件，利用標準樣品的數(shù)據(jù)建立一個校準方法。（Spectrum Quant是一個非常強大的軟件包，包括基于比爾定量的線性回歸，允許使用峰面積、峰高、Z大峰高或者帶有基線的峰比例。這個軟件也可以進行二次和三次曲線擬合，但是不適合這個應(yīng)用的分析。） 對于這個分析應(yīng)用，將位于719cm^-1（歸于亞甲基的搖擺振動）的PE吸收峰（黑色）與位于1376cm^-1（歸于甲基的對稱彎曲振動）的PP吸收峰（綠色）進行比例計算。具有代表性的光譜（疊加地）如圖1所示，峰值比例用來建立校準曲線，如圖2所示。

圖1. 高密度基乙烯與聚丙烯的譜圖對比

實驗結(jié)果 

如圖2所示，根據(jù)峰值比例計算PP的含量獲得了很好的線性擬合曲線和指定值，回歸相關(guān)系數(shù)接近0.999。標準預 測偏差（SEP）非常低，大約只有0.19%，表明這個計算模型非常穩(wěn)健。對于任何一種定量分析，Z重要的一步就是模型的驗證。在Spectrum Quant軟件中可進行獨立模型驗證，表2給出了PP含量計算的驗證結(jié)果。與校準曲線具有很好的線性擬合一樣，驗證結(jié)果中的殘差值普遍比較低。

表2. PP含量計算的驗證結(jié)果

圖2. PP含量計算的校準模型

結(jié)論

PerkinElmer公司的Spectrum Two配備單次反射ATR附件 能夠在數(shù)秒內(nèi)收集到高質(zhì)量的譜圖，而且歸功于先進的 設(shè)計和內(nèi)置的算法，不需要進行樣品前處理，非常方便操作使用。這些結(jié)果在數(shù)分鐘內(nèi)便可以快速的獲得；整個分析過程中，Z耗時的部分是帶有污染物的樹脂標準樣品的制備?？傊?，校準曲線表現(xiàn)出良好的線性和穩(wěn)健性表明，對于可回收利用HDPE中PP含量的測試，Spectrum Two是 一個極好的快速篩選分析工具。值得注意的是，對于可回 收利用HPDE樹脂中高濃度的PP含量測試，可能會需要二次校準。

參考文獻 

1.American Chemistry Council, “2012 United States National Post-Consumer Plastics Bottle Recycling Report”, 2013, 14 P.

簡介

       分析產(chǎn)品中混入的或附著的異物是判明混入途徑及故障原因的重要信息來源。X射線熒光分析儀(ED -XRF)對任何狀態(tài)的樣品不管是固體、液體或是粉末，都能提供快速、無損的元素分析，因而可以作為預篩選儀器使用。

ED-XRF

       根據(jù)ED-XRF元素分析的結(jié)果，能夠確認存在Sn和Cu。但不存在和FP法簡便定量分析結(jié)果一致的基底材料。為了具體分析該異物，下面利用SEM-EDS進行了EDS元素面分布。

SEM-EDS

       從SEM-EDS的背散射電子像中能夠確認存在兩種不同的顆粒。根據(jù)每種顆粒的EDS面分布圖，判明小顆粒是Cu，大顆粒是Sn。

       ED-XRF能簡便、快速地提供有關(guān)所含元素的信息，對判斷異物很有幫助。對類似這樣混合了兩種以上元素的合金，利用SEM-EDS元素面分布便是異物分析的有效分析方法。多利用X射線螢光分析能夠獲得有關(guān)異物的元素種類、附著狀態(tài)等信息，對判明異物附著的原因很有幫助。

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聚合物的回收利用是一個蓬勃發(fā)展的行業(yè)，許多曾經(jīng)被作為廢棄物填埋的瓶子和容器現(xiàn)在被回收利用 為新的產(chǎn)品。由于聚合物存在互不相容的趨勢，鑒別聚合物是聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚乙烯（PE）而不是聚碳酸酯（PC）或聚苯乙烯（PS），這樣的問題很重要。聚合物的化學鑒別可通過使用Spectrum Two傅里葉變換紅外光譜儀與通用全反射 （UATR）附件很容易實現(xiàn)，如圖1所示。

圖1. PE與PS紅外光譜疊圖，紅外光譜是一種探測聚合物化學差異的快速準確方法

在確定同一類聚合物樣品時，單純的光譜化學鑒 別通常是不足夠的。等級2和4是化學結(jié)構(gòu)相同的聚合物，聚乙烯，因此它們具有相似的紅外光譜。如圖2所示，等級2高密度聚乙烯（HDPE）和等級4 低密度聚乙烯（LDPE）的光譜是相似的。低密度與 高密度聚乙烯的差示掃描量熱（DSC）測試，圖3，清晰地表明了聚烯烴等級之間的差異。DSC不僅可以識別的聚合物的具體形式，而且可確定一個已成型產(chǎn)品所包含聚合物的物理混合物。這里提供一個多層薄膜的實例。采用DSC測試時，較易確定成分的組成，甚至某些情況下，確定它們的濃度（ 圖4）。該實例中，確定了在薄膜中高密度聚乙烯的重量百分比在12-14%之間。

圖2. 2號和4號樣品譜圖重疊，均為聚乙烯，顯示相同的紅外光譜。 為看到差異，需要其他方法。

圖 3. 牌號2與牌號4樣品在DSC曲線中表現(xiàn)出明顯的不同

圖 4. 采用DSC的薄膜分析，探查樣品中兩種聚合物的存在

圖 5. 探查尼龍中的填充物

除以上內(nèi)容外，材料中填料的數(shù)量，如玻璃纖維、碳酸鈣、滑石粉等，可使用熱重分析（TGA）檢測。在概要文件庫中，文件可提供如何使用TGA測定聚合物內(nèi)填料含量（圖5）。 聚合物回收利用資源套裝包含一個聚合物摘要，解決如何確認應(yīng)用在回收利用領(lǐng)域中不同等級或代碼的聚合物以及通常 遇到的問題，和三個數(shù)據(jù)文件庫。其中一個庫提供以上討論的技術(shù)：FT-IR、DSC和TGA。在匯編下工作，用戶能先進行材料的化學指認進而獲得材料性質(zhì)與狀態(tài)的更精確信息。此外，摘要還可解決回收利用工業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)解析中遇到的常見問題與難題。