作者：Yvette Mattley，博士

塑料樹(shù)脂是由多種聚合物構(gòu)成的。樹(shù)脂的大小和形狀非常相似，光靠肉眼難以區(qū)分。 在本應(yīng)用說(shuō)明中，近紅外（NIR）光譜被用于分選由不同聚合物構(gòu)成的彩色樹(shù)脂。在NIR波段內(nèi)測(cè)量漫反射，以采集由于獨(dú)特的聚合物組成方式，而產(chǎn)生的明顯的光譜差異，同時(shí)避免由于樹(shù)脂顏色造成的光譜差異。

背景

NIR光譜能以不破壞樣品的方式進(jìn)行快速分析，另外，只需很少或無(wú)需樣品制備，因此它的用途十分廣泛，比如測(cè)量血液中的氧氣，鑒定燃料真?zhèn)?，或農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量控制。  配合多參數(shù)校正技術(shù) ，一張NIR光譜圖就能提供多個(gè)樣品組分的定量組成信息。

塑料中使用的聚合物有獨(dú)特的NIR指紋光譜，可用于在材料使用壽命期限內(nèi)的分選和質(zhì)量保證。 在進(jìn)入擠出工序之前，NIR光譜能對(duì)共聚物樹(shù)脂進(jìn)行分選和鑒定，隨后可以迅速篩選出可以利用的樹(shù)脂。 在本應(yīng)用說(shuō)明中，我們描述了用NIR光譜來(lái)區(qū)別有色塑料樹(shù)脂。

方法

在900-1700 nm的波段內(nèi)用配備521-像元的InGaAs檢測(cè)器的NIR光譜儀進(jìn)行漫反射測(cè)量。 該系統(tǒng)還包括光源的鹵鎢燈、一個(gè)用反射探頭支架（RPH-1)固定為45°角、芯徑400 μm光纖反射探頭（QR400-7-VIS-NIR）和漫反射標(biāo)準(zhǔn)品（WS-1）。

測(cè)量了7種顏色和聚合物組成各不相同的樹(shù)脂。 包括4個(gè)丙烯酸樹(shù)脂（透明、橙色、紅色和半透明）、兩個(gè)聚丙烯樹(shù)脂（黑色和白色）和一個(gè)尼龍樹(shù)脂。 為獲得典型性光譜數(shù)據(jù)并消除樣品的不均勻性的影響，在每種樹(shù)脂的不同位置進(jìn)行6次測(cè)量，下圖顯示的是平均光譜。

如圖1所示，NIR漫反射光譜可用于區(qū)分丙烯酸、聚丙烯和尼龍這三種共聚物。 光亮-透明和啞光-半透明的丙烯酸樹(shù)脂的光譜也有差異。 此類光譜差異可用于分選入庫(kù)的原料或分選再生塑料。

圖1. 共聚物樹(shù)脂的NIR漫反射光譜顯示了由于化學(xué)組成和表面特征造成的差異性。

圖2顯示了不同顏色的光亮丙烯酸樹(shù)脂的光譜數(shù)據(jù)。 雖然反射強(qiáng)度略有不同，但NIR波段光譜的整體形狀沒(méi)有變化。 如光譜所示，在NIR波段，淺色塑料樹(shù)脂的光譜數(shù)據(jù)與顏色無(wú)關(guān)。 這些光譜說(shuō)明了使用NIR波段以聚合物類型分選塑料是有優(yōu)勢(shì)的，而這些判定與樹(shù)脂顏色無(wú)關(guān)。

雖然光亮、淺色的丙烯酸樹(shù)脂的光譜形狀類似，但啞光面半透明丙烯酸樹(shù)脂的漫反射ZG，表現(xiàn)出某些獨(dú)特的光譜特征。 啞光樹(shù)脂以45°角反射出的光線多于光亮樹(shù)脂，而光亮樹(shù)脂主要以90°角進(jìn)行鏡面反射。 啞光和光亮樹(shù)脂的數(shù)據(jù)說(shuō)明了NIR反射光譜是判定樹(shù)脂表面光澤或亮度的有效工具。

雖然較淺的顏色不會(huì)明顯影響NIR漫反射光譜的形狀，但在光亮、紅色丙烯酸樹(shù)脂中觀察到的ZD的漫反射是來(lái)自顏色Z深的丙烯酸樹(shù)脂。 您可以觀察到較深的顏色是如何降低漫反射強(qiáng)度并使光譜特征平坦化的。

圖2. NIR波段淺色塑料樹(shù)脂的光譜數(shù)據(jù)表現(xiàn)出一些差異，而這些差異與色彩特征無(wú)關(guān)。

圖3還顯示了深色對(duì)聚丙烯漫反射光譜的影響。 吸收NIR光的黑色或深色樣品導(dǎo)致反射強(qiáng)度變低，光譜特征丟失，從而表現(xiàn)漫反射強(qiáng)度的明顯差異。 因此，深色樹(shù)脂和塑料樣品對(duì)基于NIR的分選方法而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。

圖3：基于NIR的分選方法對(duì)深色樣品的效果稍差，因?yàn)樯钌盏腘IR更多。

結(jié)論

正如不同共聚物樹(shù)脂的光譜數(shù)據(jù)所示，在塑料的使用壽命內(nèi)，NIR光譜分析可用于在多種平臺(tái)上進(jìn)行分選、鑒定和質(zhì)量控制。NIR光譜可用來(lái)鑒定入庫(kù)樹(shù)脂的成分和質(zhì)量。這為分析樹(shù)脂和擠壓成型件以確定產(chǎn)品組分提供了有效數(shù)據(jù)，也可作為成品質(zhì)量控制的手段。 當(dāng)塑料被重復(fù)利用時(shí)，NIR光譜可按共聚物的類型進(jìn)行再生塑料分選，方便將再生塑料制成其他塑料產(chǎn)品。