聚合物的回收利用是一個(gè)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(shì)，鑒別聚合物是聚對(duì)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(wèn)題很重要。聚合物的化學(xué)鑒別可通過(guò)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(shí)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(cè)聚合物化學(xué)差異的快速準(zhǔn)確方法

在確定同一類(lèi)聚合物樣品時(shí)，單純的光譜化學(xué)鑒 別通常是不足夠的。等級(jí)2和4是化學(xué)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(jí)2高密度聚乙烯（HDPE）和等級(jí)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(cè)試，圖3，清晰地表明了聚烯烴等級(jí)之間的差異。DSC不僅可以識(shí)別的聚合物的具體形式，而且可確定一個(gè)已成型產(chǎn)品所包含聚合物的物理混合物。這里提供一個(gè)多層薄膜的實(shí)例。采用DSC測(cè)試時(shí)，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(shí)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(hào)和4號(hào)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(hào)2與牌號(hào)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(cè)。在概要文件庫(kù)中，文件可提供如何使用TGA測(cè)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(gè)聚合物摘要，解決如何確認(rèn)應(yīng)用在回收利用領(lǐng)域中不同等級(jí)或代碼的聚合物以及通常 遇到的問(wèn)題，和三個(gè)數(shù)據(jù)文件庫(kù)。其中一個(gè)庫(kù)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(jìn)行材料的化學(xué)指認(rèn)進(jìn)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(jiàn)問(wèn)題與難題。

序言

近年來(lái)，高密度聚乙烯（HDPE）消費(fèi)后再回收使用的數(shù)量正穩(wěn)步增長(zhǎng)。例如，消費(fèi)后塑料再回收利用協(xié)會(huì) 一項(xiàng)報(bào)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(hù)線管、瓶子等等。大多數(shù)回收利用的HDPE來(lái)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(lèi)似的物理特性。因此，在消費(fèi)后再回收利用的HDPE樹(shù)脂中，PP是一種常見(jiàn)的污染物而且會(huì)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(kāi)裂）。為了維護(hù)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(shù)脂中PP的含量是非常必要的。為了達(dá)到這個(gè)目的，一個(gè)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(cè)量可回收利用HDPE樹(shù)脂中PP的含量提供了一種非常準(zhǔn)確的方法。這篇應(yīng)用報(bào)告為使用PerkinElmer Spectrum Two這臺(tái)儀器的操作者提供了這種分析方法。

實(shí)驗(yàn)部分 

標(biāo)準(zhǔn)樣品是由Advanced Blending Technologies公司提供 （見(jiàn)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(jìn)行干混（比例覆蓋范圍，3-12%，典型地回收利用HDPE樹(shù)脂中PP的混入標(biāo)準(zhǔn)）， 然后通過(guò)一個(gè)3/4英寸的單螺旋實(shí)驗(yàn)室擠壓機(jī)熱熔復(fù)合。為了確?；旌系木鶆蛐?，樣品要重新干混然后額外被擠壓兩次保證混合樣品總數(shù)三次通過(guò)擠壓機(jī)。

表1. 四種不同混合比例的PE和PP的標(biāo)準(zhǔn)樣品

PerkinElmer公司的Spectrum Two配置金剛石單次反射ATR被用來(lái)收集標(biāo)準(zhǔn)樣品的譜圖，光譜分辨率4cm-1，累計(jì)次數(shù)4次。只需將PP/HDPE樹(shù)脂小球放置在金剛石晶體上，然后直接測(cè)試不需要任何進(jìn)一步的樣品處理。使用不同的小球，每種標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)試5-6次。使用PerkinElmer Spectrum Quant軟件，利用標(biāo)準(zhǔn)樣品的數(shù)據(jù)建立一個(gè)校準(zhǔn)方法。（Spectrum Quant是一個(gè)非常強(qiáng)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(gè)軟件也可以進(jìn)行二次和三次曲線擬合，但是不適合這個(gè)應(yīng)用的分析。） 對(duì)于這個(gè)分析應(yīng)用，將位于719cm^-1（歸于亞甲基的搖擺振動(dòng)）的PE吸收峰（黑色）與位于1376cm^-1（歸于甲基的對(duì)稱彎曲振動(dòng)）的PP吸收峰（綠色）進(jìn)行比例計(jì)算。具有代表性的光譜（疊加地）如圖1所示，峰值比例用來(lái)建立校準(zhǔn)曲線，如圖2所示。

圖1. 高密度基乙烯與聚丙烯的譜圖對(duì)比

實(shí)驗(yàn)結(jié)果 

如圖2所示，根據(jù)峰值比例計(jì)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(biāo)準(zhǔn)預(yù) 測(cè)偏差（SEP）非常低，大約只有0.19%，表明這個(gè)計(jì)算模型非常穩(wěn)健。對(duì)于任何一種定量分析，Z重要的一步就是模型的驗(yàn)證。在Spectrum Quant軟件中可進(jìn)行獨(dú)立模型驗(yàn)證，表2給出了PP含量計(jì)算的驗(yàn)證結(jié)果。與校準(zhǔn)曲線具有很好的線性擬合一樣，驗(yàn)證結(jié)果中的殘差值普遍比較低。

表2. PP含量計(jì)算的驗(yàn)證結(jié)果

圖2. PP含量計(jì)算的校準(zhǔn)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(jìn)的 設(shè)計(jì)和內(nèi)置的算法，不需要進(jìn)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(gè)分析過(guò)程中，Z耗時(shí)的部分是帶有污染物的樹(shù)脂標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備?？傊?，校準(zhǔn)曲線表現(xiàn)出良好的線性和穩(wěn)健性表明，對(duì)于可回收利用HDPE中PP含量的測(cè)試，Spectrum Two是 一個(gè)極好的快速篩選分析工具。值得注意的是，對(duì)于可回 收利用HPDE樹(shù)脂中高濃度的PP含量測(cè)試，可能會(huì)需要二次校準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn) 

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