Voedsel-Plastic grondstoffen van hoge kwaliteit: nieuwe, gerecyclede en teruggewonnen materialen

Identificatie van voedsel-plasticgrondstoffen van hoge kwaliteit: de drie belangrijkste differentiatiemethoden voor nieuwe, gerecyclede en teruggewonnen materialen. Bij de kwaliteitscontrole vanvoedsel-kwaliteitPP-kunststofgrondstoffen, waarbij nauwkeurig onderscheid wordt gemaakt tussen nieuwe, gerecyclede en teruggewonnen materialen, is een cruciale stap in het garanderen van productveiligheid en kwaliteitsstabiliteit. Hoewel deze drie soorten materialen qua uiterlijk vergelijkbaar zijn, hebben ze aanzienlijke verschillen in moleculaire structuur, chemische samenstelling en fysische eigenschappen. Gebaseerd op de nieuwste nationale normen en industriële praktijken, worden hieronder drie kernidentificatiemethoden en hun operationele procedures beschreven.

1.1 Definities en verschillen tussen nieuwe, gerecyclede en teruggewonnen materialen

Virgin materiaal verwijst naar PP-materiaal dat rechtstreeks is gepolymeriseerd uit petrochemische grondstoffen, gekenmerkt door een regelmatige moleculaire structuur en hoge zuiverheid. Dit type materiaal is nog nooit gebruikt, heeft een volledige moleculaire keten, één enkele chemische samenstelling en voldoet aan alle prestatie-indicatorenvoedsel-kwaliteitnormen. Virgin PP heeft een sterk geordende isotactische structuur, waarbij alle methylzijgroepen zich aan dezelfde kant van de hoofdketen bevinden, een spiraalvorm vormen, met een kristalliniteit van 50% -80% en een smeltpuntbereik van 160-176 graden.

Gerecycled materiaal verwijst naar PP-afval dat na gebruik eenvoudigweg is vermalen en gereinigd, voornamelijk uit restjes, defecte producten of post-plastic producten uit het productieproces. Hoewel dit type materiaal de basisstructuur van PP behoudt, kan het resterende additieven, pigmenten, onzuiverheden en afbraakproducten bevatten die tijdens het gebruik ontstaan. De moleculaire ketens van gerecyclede materialen kunnen gedeeltelijk worden verbroken en de molecuulgewichtsverdeling is breder, wat leidt tot veranderingen in de prestatieparameters.

1.2 Vergelijkende analyse van prestatieparameters

Wat de fysieke eigenschappen betreft, zijn er aanzienlijke verschillen tussen de drie soorten materialen. Dichtheid is de meest intuïtieve onderscheidende indicator. De dichtheid van nieuw PP ligt doorgaans tussen 0,90 en 0,915 g/cm³, terwijl de dichtheid van gerecycled PP doorgaans tussen 0,9 en 0,91 g/cm³ ligt. Het verschil tussen de twee is klein, maar kan nog steeds worden onderscheiden met behulp van precisie-instrumenten. Treksterkte is een andere belangrijke parameter. De treksterkte van nieuw PP kan 30-40 MPa bereiken, terwijl de treksterkte van gerecycled materiaal slechts 20-30 MPa is, 20-30% lager dan die van nieuw materiaal.

In termen van thermische eigenschappen vertoont nieuw PP een enkele, schone en vloeiende smeltpiek in zijn smeltcurve, met een piektemperatuur tussen 165-169 graden. De smeltcurve van gerecycled materiaal vertoont gewoonlijk meerdere smeltpieken, rond de 132 graden en 165 graden, vanwege de verschillende smeltpunten van PP uit verschillende bronnen. Bovendien neemt, als gevolg van meerdere verwerkingsstappen, de smeltstroomsnelheid (MFR) van gerecycled materiaal aanzienlijk toe, wat een gevolg is van het breken van de moleculaire keten, wat leidt tot een afname van het molecuulgewicht.

De verschillen in chemische samenstelling zijn complexer. De chemische samenstelling van nieuw PP is relatief eenvoudig en bevat voornamelijk PP-polymeer en een kleine hoeveelheid additieven zoals antioxidanten. Gerecycleerde en teruggewonnen materialen kunnen verschillende verontreinigende stoffen bevatten, waaronder zware metalen (waarvan het gehalte meer dan twee ordes van grootte hoger kan zijn dan dat van nieuw materiaal), residuen van bestrijdingsmiddelen, hardingsmiddelen, lijmen, bacteriën, virussen en andere schadelijke stoffen. De aanwezigheid van deze verontreinigende stoffen heeft niet alleen invloed op de prestaties van het materiaal, maar kan, nog belangrijker, een potentiële bedreiging vormen voor de voedselveiligheid.

2.1 Testmethode voor fysieke prestaties

Fysieke prestatietests zijn de meest basale en meest gebruikte identificatiemethode, die voornamelijk dichtheidsmetingen, smeltindextests en thermische analyse omvat.
Dichtheidsmeting is de eerste stap bij het identificeren van PP-materialen. Volgens de nationale normen GB/T 1033.1-2008 en ISO 1183-1:2019 bedraagt ​​de dichtheidseis voor PP van voedingskwaliteit- 0,90-0,91 g/cm³. Specifieke methoden zijn onder meer de onderdompelingsmethode, de vloeistofpyknometermethode en de dichtheidsgradiëntkolommethode. Van deze methoden is de dichtheidsgradiëntkolommethode de meest nauwkeurige. Het omvat het plaatsen van het monster in een nauwkeurig voorbereide n-heptaan-ethanolgradiëntoplossing en het bepalen van de dichtheidswaarde op basis van de suspensiepositie. De test moet worden uitgevoerd in een omgeving met constante temperatuur van 23 ± 0,5 graden om thermische uitzettingsfouten te elimineren. Moderne laboratoria maken op grote schaal gebruik van automatische densimeters, die het principe van Archimedes combineren met technologie voor het meten van trillingsfrequenties, waardoor de testnauwkeurigheid wordt verbeterd tot ± 0,0001 g/cm³.

In de praktijk is de dichtheid van nieuw PP doorgaans stabiel binnen het bereik van 0,905-0,910 g/cm³, terwijl gerecyclede materialen grotere afwijkingen kunnen vertonen als gevolg van de mogelijke opname van andere kunststoffen of onzuiverheden. De dichtheidsvariatie van gerecyclede materialen is complexer, afhankelijk van hun bron en verwerkingstechnologie. Opgemerkt moet worden dat dichtheidstests alleen geen volledig onderscheid kunnen maken tussen de drie soorten materialen; andere methoden moeten worden gecombineerd voor een alomvattend oordeel.

De smeltstroomsnelheid (MFR)-test is een kernindicator voor het evalueren van de verwerkingsvloeibaarheid van materialen. Volgens de GB/T 3682-norm wordt een smeltstroomindexeerder gebruikt om de hoeveelheid materiaal te meten die in 10 minuten door een standaardmatrijs wordt geëxtrudeerd bij een specifieke temperatuur (meestal 230 graden) en belasting (2,16 kg), waarbij de eenheid g/10min is. De smeltsnelheid van PP van voedingskwaliteit- wordt over het algemeen geregeld binnen het bereik van 2-10 g/10min, terwijl het bereik voor PP voor algemeen gebruik 0,5-30 g/10min bedraagt.

De smeltstroomsnelheidstest is bijzonder effectief bij het onderscheiden van nieuwe en gerecyclede materialen. Studies hebben aangetoond dat PP na meerdere verwerkingscycli ketenbreuk ondergaat als gevolg van schuifkrachten, wat leidt tot een afname van het molecuulgewicht en een significante toename van de MFR-waarde. De MFR-waarde van nieuw PP is relatief stabiel, terwijl de MFR-waarde van gerecycled materiaal meerdere malen hoger kan zijn dan die van nieuw materiaal. Een partij nieuw PP kan bijvoorbeeld een MFR van 5 g/10min hebben, terwijl gerecycled materiaal dat vijf keer wordt verwerkt een MFR van 15-20 g/10min kan hebben. Opgemerkt moet worden dat het veranderingspatroon van PE-LD het tegenovergestelde is; de MFR neemt af naarmate de verwerkingscycli toenemen, omdat PE-LD voornamelijk verknopingsreacties ondergaat in plaats van kettingsplitsingsreacties. Thermische analyse, inclusief differentiële scanningcalorimetrie (DSC) en thermogravimetrische analyse (TGA), is een van de meest effectieve methoden voor het identificeren van PP-materialen. DSC bepaalt nauwkeurig het smeltpunt, de kristallisatietemperatuur, de kristalliniteit en de oxidatie-inductietijd (OIT) van een materiaal door het warmtestroomverschil tussen het monster en een referentie te meten. TGA analyseert de thermische stabiliteit en het ontledingsgedrag van een materiaal door de verandering in monstermassa met temperatuur of tijd te meten.

Bij DSC-testen vertoont nieuw PP doorgaans een enkele, scherpe smeltpiek met een piektemperatuur tussen 165-169 graden en een hoge kristalliniteit. Gerecycled PP vertoont, als gevolg van de splitsing van de moleculaire keten en een bredere molecuulgewichtsverdeling, een bredere smeltpiek in zijn DSC-curve, en kan meerdere smeltpieken vertonen. Gerecycled PP kan bijvoorbeeld een kleine piek rond de 132 graden vertonen (mogelijk als gevolg van componenten met een laag molecuulgewicht of andere kunststoffen) en een hoofdpiek rond de 165 graden. Bovendien is de kristalliniteit van gerecycled PP doorgaans lager dan die van nieuw PP, als gevolg van schade aan de moleculaire ketenstructuur veroorzaakt door meerdere verwerkingscycli.

TGA-analyse kan verschillen in de thermische stabiliteit van de materialen aan het licht brengen. Virgin PP heeft doorgaans een thermische ontledingstemperatuur van meer dan 300 graden en het ontledingsproces is relatief eenvoudig. Gerecycled PP vertoont, vanwege de aanwezigheid van verschillende additieven en onzuiverheden, een complexer thermisch ontledingsgedrag, waarbij het mogelijk begint te ontbinden bij lagere temperaturen en tijdens de ontbinding meerdere stadia van gewichtsverlies vertoont. Opvallend is vooral dat de restmassa van gerecycled PP sterk varieert, variërend van 0,2% tot 66%, terwijl de restmassa van virgin PP doorgaans tussen de 0,2% en 0,5% ligt.

2.2 Analysemethoden voor chemische samenstelling

Analyse van de chemische samenstelling is de meest nauwkeurige methode voor het identificeren van PP-materialen, en omvat voornamelijk technieken zoals infraroodspectroscopie, elementanalyse en chromatografie.
Infraroodspectroscopie (FTIR) is de meest gebruikte chemische analysemethode. FTIR kan de functionele groepen en moleculaire structuurkenmerken van een materiaal nauwkeurig analyseren en snel het type PP-basismateriaal (homopolymeer/copolymeer) en het type additieven identificeren door karakteristieke absorptiepieken te vergelijken. Het typische infraroodspectrum van PP vertoont vier scherpe pieken bij 2960-2800 cm⁻¹, overeenkomend met de C-H-strektrillingen van CH, CH₂ en CH3; pieken bij 1460 cm⁻¹ en 1376 cm⁻¹ komen overeen met de C-H-buigtrillingen; de piek op 1165 cm⁻¹ vertegenwoordigt de schommelende buigtrilling buiten het vlak -van de methylgroep; en de 998 cm⁻¹-band houdt verband met 11-13 herhalende eenheden en kan worden gebruikt als een kristallijne band om de kristalliniteit te berekenen.

Bij het maken van onderscheid tussen nieuwe en gerecyclede materialen is de sleutel tot FTIR het observeren van de C=O-absorptiepiek in het gebied van 1600-1750 cm⁻¹. Studies hebben aangetoond dat PP-monsters allemaal zwakke C=O-absorptiepieken in dit gebied vertonen, wat te wijten kan zijn aan oxidatie van gerecycleerde materialen of de aanwezigheid van additieven die functionele carbonylgroepen bevatten. De C=O-piekintensiteit van nieuw PP is zwak en stabiel, terwijl de C=O-piekintensiteit van gerecycled materiaal aanzienlijk sterker is als gevolg van het oxidatieproces. Bovendien kan ATR-FTIR ook gerecycled PE-LD detecteren. Gerecycled materiaal dat zes keer is verwerkt, vertoont een nieuwe karakteristieke methylpiek (2950,7 cm⁻¹), maar de karakteristieke methylpiek is niet duidelijk zichtbaar in gerecycled materiaal dat slechts één keer is verwerkt, wat wijst op bepaalde beperkingen van deze methode.

De werkwijze voor FTIR-analyse is relatief eenvoudig. Eerst wordt het monster in de juiste maat gesneden en op het ATR-accessoire (Attenuated Total Reflectance) van de Fourier-transformatie-infraroodspectrometer geplaatst. Het scanbereik is ingesteld op 4000-400 cm⁻¹, de resolutie is 4 cm⁻¹ en het aantal scans is doorgaans 32. Door te vergelijken met een standaard spectrale bibliotheek kan de basissamenstelling van het materiaal snel worden bepaald. Voor complexe monsters kan tweedimensionale infraroodspectroscopie ook worden gebruikt om verschillende componenten te identificeren door veranderingen in het spectrum te analyseren.

Elementanalyse wordt vooral gebruikt om zware metalen en andere schadelijke elementen in materialen op te sporen. PP van voedingskwaliteit- stelt strenge eisen aan het gehalte aan zware metalen, met een cadmiumgehalte van minder dan of gelijk aan 0,005 mg/kg, een kwikgehalte van minder dan of gelijk aan 0,01 mg/kg en een loodgehalte van minder dan of gelijk aan 0,01 mg/kg. Detectiemethoden maken doorgaans gebruik van inductief gekoppelde plasmamassaspectrometrie (ICP-MS), met een detectielimiet van 0,001 mg/kg, of atomaire absorptiespectrometrie (AAS).

Elementanalyse is een belangrijke methode om onderscheid te maken tussen nieuwe en gerecyclede materialen. Uit onderzoek is gebleken dat het gehalte aan zware metalen in nieuwe PP-materialen zeer vergelijkbaar is, met een relatieve afwijking van niet meer dan 57%, terwijl het gehalte aan zware metalen in gerecyclede materialen vaak ruim twee ordes van grootte hoger is dan dat in nieuwe materialen. Dit komt omdat gerecyclede materialen tijdens het recyclingproces in contact kunnen komen met verschillende bronnen van vervuiling, waaronder industrieel afval en huishoudelijk afval, wat kan leiden tot ophoping van zware metalen. Als bij daadwerkelijke tests blijkt dat het gehalte aan zware metalen in een monster abnormaal hoog is, kan in het algemeen worden vastgesteld dat het om gerecycled materiaal gaat of om een ​​mengsel dat gerecycled materiaal bevat.

Chromatografische analyse omvat gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) en hoge-vloeistofchromatografie (HPLC), voornamelijk gebruikt om vluchtige organische stoffen, resterende monomeren en additieven in materialen te detecteren. GC-MS kan worden gebruikt om vluchtige organische stoffen en resterende monomeren te analyseren, terwijl HPLC wordt gebruikt voor de analyse van niet-vluchtige additieve migratie. In het bijzonder is de technologie voor gaschromatografie-massaspectrometrie (HS-GC-MS) opgenomen in de nationale norm GB/T 46019.2-2025, specifiek voor de identificatie van gerecycled polypropyleen.

De HS-GC-MS-methode omvat de volgende procedure: Weeg 1,5 g van het monster (nauwkeurig tot 0,1 mg) en plaats dit in een flacon van 20 ml. Voeg 20 μl D8-naftaleen-werkoplossing (0,3 ug/ml) toe als interne standaard. Voer de analyse uit na 30 minuten equilibreren bij 150 graden. De retentie-index van elke vluchtige component wordt berekend door de retentietijd van n-alkanen te extraheren, en het relatieve piekoppervlak wordt berekend door interne standaardnormalisatie van het piekoppervlak. Onderzoekers analyseerden 170 nieuwe PP-monsters en 119 gerecyclede PP-monsters, selecteerden 25 karakteristieke vluchtige componenten en stelden een identificatiemodel op gebaseerd op het willekeurige bosalgoritme, met een nauwkeurigheid van meer dan 95%.

2.3 Observatiemethoden voor microstructuur en morfologie

Microstructuur- en morfologieobservatie is een methode voor het identificeren van PP-materialen vanuit het perspectief van moleculair niveau en microscopisch morfologie, voornamelijk inclusief differentiële scanningcalorimetrie, gepolariseerd lichtmicroscopie en scanning-elektronenmicroscopie.

Differentiële scanningcalorimetrie (DSC) kan niet alleen de thermische prestatieparameters van het materiaal meten, maar ook het materiaaltype identificeren door het smelt- en kristallisatiegedrag ervan te analyseren. DSC kan karakteristieke thermische prestatieparameters van het materiaal verschaffen, zoals glasovergangstemperatuur, smeltpunt en kristalliniteit. Deze parameters zijn van groot belang voor het onderscheid tussen nieuwe en gerecyclede materialen. In de praktijk wordt 5-10 mg van het monster gewogen en in een aluminium monsterpan geplaatst, en wordt de temperatuur verhoogd van kamertemperatuur tot 20 graden boven het smeltpunt met een verwarmingssnelheid van 10 graden/min, en wordt de DSC-curve geregistreerd.

De DSC-curve van nieuw PP vertoont gewoonlijk een enkele, scherpe smeltpiek met een symmetrische vorm, en de smelttemperatuur ligt tussen 165-169 graden. De DSC-curve van gerecycled materiaal vertoont echter aanzienlijk verschillende kenmerken: de smeltpiek wordt breder, er kunnen meerdere smeltpieken verschijnen (bijvoorbeeld bij 132 graden en 165 graden), de vorm van de piek is asymmetrisch en de smelttemperatuur neemt af. In één onderzoek daalden bijvoorbeeld de smeltpunten van monsters van #4 tot #1 opeenvolgend, en waren ze allemaal onder de 170 graden, en nam de kristalliniteit ook opeenvolgend af. Monster nr. 5 vertoonde ook een koude kristallisatiepiek tijdens het verwarmingsproces, wat aangeeft dat de mobiliteit van de moleculaire ketens toenam bij toenemende temperatuur, en dat ketensegmenten zich herschikten om kristallen te vormen.

De berekening van de kristalliniteit is ook belangrijk voor identificatie. Volgens de formule Xc=ΔHm/ΔH0 × 100% (waarbij ΔHm de smeltenthalpie van het monster is, en ΔH0 de smeltenthalpie van 100% kristallijn PP, 240,5 J/g), kan de kristalliniteit van het materiaal worden berekend. De kristalliniteit van nieuw PP ligt gewoonlijk tussen 60-80%, terwijl de kristalliniteit van gerecycled materiaal kan afnemen tot 40-60% als gevolg van de vernietiging van de moleculaire ketenstructuur. Door de veranderingen in kristalliniteit te vergelijken, kan worden vastgesteld of het materiaal meerdere bewerkingsstappen heeft ondergaan. Polariserende microscopie maakt directe observatie van de sferulietmorfologie en grootte van PP mogelijk, waardoor de kristallisatie-eigenschappen van het materiaal worden bepaald. Virgin PP vormt vanwege de hoge regelmaat van de moleculaire keten uniforme sferulieten met volledige morfologie. Gerecycled PP heeft echter een bredere molecuulgewichtsverdeling, wat resulteert in sferulieten van verschillende groottes en onregelmatige vormen. Vooral bij het observeren van het dubbele brekingsverschijnsel van sferulieten vertoont nieuw PP een duidelijk Maltees kruis-extinctiepatroon, terwijl het uitstervingspatroon van gerecycled PP wazig of onvolledig kan zijn.

Met behulp van scanning-elektronenmicroscopie (SEM) kan de oppervlaktemorfologie en de dwarsdoorsnedestructuur van het materiaal worden waargenomen. De dwarsdoorsnede-van nieuw PP vertoont uniforme ductiele breukkenmerken, een glad oppervlak en geen duidelijke gebreken. De dwarsdoorsnede van gerecycled PP kan broze breukkenmerken, een ruw oppervlak en verschillende defecten vertonen, zoals holtes, scheuren en onzuiverheden. SEM kan ook worden gebruikt voor energiedispersieve spectroscopie (EDS)-analyse om de elementaire samenstelling van het materiaal te detecteren, wat bijzonder effectief is voor het identificeren van verontreinigingen.

Onderzoekers gebruikten een combinatie van veldemissie-scanning-elektronenmicroscopie (SEM) en energiedispersieve spectroscopie (EDS) om de morfologie en elementaire samenstelling van de monsters te analyseren, wat een nauwkeurige analyse van de microscopische samenstelling en morfologie van de monsters opleverde. Deze methode kan subtiele verschillen aan het licht brengen die onzichtbaar zijn voor het blote oog, zoals kleine onzuiverheidsdeeltjes, oxidelagen op het oppervlak en verwerkingssporen. Vooral bij monsters die een kleine hoeveelheid gerecycled materiaal bevatten, zijn macroscopische methoden mogelijk niet in staat deze te identificeren, maar SEM-EDS-analyse kan een abnormale elementverdeling aan het licht brengen.

3.1 Systematisch identificatieprocesontwerp

Op basis van de drie hierboven beschreven kernmethoden kunnen we een systematisch identificatieproces ontwerpen om een ​​nauwkeurig onderscheid te maken tussen nieuwe, gerecyclede en teruggewonnen materialen. Dit proces maakt gebruik van een identificatiesysteem op drie- niveaus: "voorafgaande screening - in- diepgaande analyse - uitgebreide bepaling".

Eerste niveau: voorlopige screening. Voer eerst visuele inspectie en dichtheidstests uit. Nieuw- hoogwaardig materiaal moet een uniforme, matte textuur hebben, een zuivere kleur (meestal gebroken- wit of doorschijnend), geen onzuiverheden, zwarte vlekken of korrelig aanvoelen, en geen scherpe geur. Bij dichtheidstests wordt gebruik gemaakt van de dichtheidsgradiëntkolommethode of een automatische densimeter om de monsterdichtheid te vergelijken met de standaardwaarde (0,90-0,91 g/cm³). Als de dichtheidswaarde meer dan ±0,005 g/cm³ afwijkt van het standaardbereik, kan deze over het algemeen worden bepaald als niet-virgin materiaal.

Tegelijkertijd wordt een test van de smeltstroomsnelheid (MFR) uitgevoerd. De MFR-waarde van nieuw PP moet binnen het standaardbereik liggen en relatief stabiel zijn. Als de MFR-waarde abnormaal hoog is (meer dan tweemaal de standaardwaarde), kan het gerecycled materiaal zijn.

Tweede niveau: diepgaande-analyse. Na een voorafgaande screening wordt een meer gedetailleerde analyse op de monsters uitgevoerd. Eerst wordt een FTIR-analyse uitgevoerd, waarbij de nadruk ligt op de intensiteit van de C=O-absorptiepiek in het gebied van 1600-1750 cm⁻¹. Als de C=O-piek aanzienlijk wordt verhoogd, geeft dit aan dat het materiaal mogelijk oxidatie heeft ondergaan en waarschijnlijk gerecycled materiaal is. Vervolgens wordt DSC-analyse uitgevoerd om de vorm, het aantal en de temperatuur van de smeltpieken te observeren. Als er meerdere smeltpieken optreden of de smelttemperatuur aanzienlijk lager is, gecombineerd met veranderingen in de kristalliniteit, kan dit verder bevestigen of het gerecycled materiaal is.

Derde niveau: alomvattend oordeel. Voor monsters die nog steeds niet kunnen worden bepaald, wordt de HS-GC-MS-methode gebruikt voor de definitieve bevestiging. Volgens de nationale norm GB/T 46019.2-2025 wordt het oordeel geveld door het analyseren van 25 karakteristieke vluchtige componenten in combinatie met een willekeurig bosalgoritmemodel. Deze methode heeft een nauwkeurigheid van meer dan 95% en kan effectief onderscheid maken tussen virgin PP en gerecycled PP. Tegelijkertijd wordt elementanalyse uitgevoerd om het gehalte aan zware metalen te detecteren. Als het gehalte aan zware metalen meer dan twee ordes van grootte hoger is dan het normale bereik, kan het worden bepaald als gerecycled materiaal.
In de praktijk wordt aanbevolen om meerdere methoden voor wederzijdse verificatie te gebruiken. Gebruik bijvoorbeeld eerst de dichtheid en de smeltstroomindex voor een voorlopige screening, gebruik vervolgens FTIR en DSC ter bevestiging en gebruik ten slotte HS-GC-MS voor arbitrage. Deze combinatie van methoden kan de beperkingen van een enkele methode vermijden en de nauwkeurigheid van de identificatie verbeteren.

3.2 Resultaatbeoordeling Standaardsysteem

Het vaststellen van een wetenschappelijke norm voor het beoordelen van resultaten is van cruciaal belang om de nauwkeurigheid van de identificatie te garanderen. Op basis van nationale normen en industriële praktijken kunnen we het volgende beoordelingsstandaardsysteem opstellen.

Beoordelingscriteria voor fysieke eigenschappen:

• Dichtheid: Virgin PP is 0,905-0,910 g/cm³, gerecycled materiaal kan schommelen binnen het bereik van 0,900-0,915 g/cm³, en gerecycled materiaal heeft een grotere dichtheidsvariatie vanwege de complexe samenstelling.
• Smeltstroomsnelheid (MFR): De MFR-waarde van nieuw PP moet binnen de standaardspecificaties liggen (meestal 2-10 g/10min), de MFR-waarde van gerecycled materiaal mag iets hoger zijn en de MFR-waarde van gerecycled materiaal kan 2-5 keer hoger zijn dan die van nieuw materiaal.
• Smeltpunt: Het smeltpunt van nieuw PP is 165-169 graden, het smeltpunt van gerecycled materiaal blijft in principe onveranderd en het smeltpunt van gerecycled materiaal kan met 5-10 graden dalen en er kunnen meerdere smeltpieken optreden.
• Kristalliniteit: De kristalliniteit van nieuw PP is 60-80% en de kristalliniteit van gerecycled materiaal is 40-60%.

Beoordelingscriteria chemische samenstelling:

• FTIR-karakteristieke pieken: C=O piekintensiteit (1600-1750 cm⁻¹), zwakker in nieuw materiaal, aanzienlijk sterker in gerecycled materiaal; methylkarakteristieke piek (2950 cm⁻¹), verschijnt na meerdere verwerkingsstappen.
• Gehalte aan zware metalen: Het gehalte aan zware metalen in nieuw materiaal is extreem laag (relatieve afwijking < 57%), en het gehalte aan zware metalen in gerecycled materiaal kan meer dan twee ordes van grootte hoger zijn dan dat in nieuw materiaal.
• Vluchtige componenten: 25 karakteristieke componenten worden gedetecteerd door HS-GC-MS, en er zijn aanzienlijke verschillen in de typen en inhoud van componenten tussen nieuwe en gerecycleerde materialen.

Beoordelingscriteria voor microstructuren:

• DSC-smeltpiek: Nieuw materiaal vertoont een enkele scherpe piek, terwijl gerecycled materiaal een bredere piekvorm vertoont en meerdere pieken kan hebben.
• Sferulietmorfologie: Nieuw materiaal heeft een uniforme sferulietgrootte en volledige morfologie, terwijl gerecycled materiaal verschillende sferulietgroottes en onregelmatige morfologie heeft.
• Oppervlaktemorfologie: De dwarsdoorsnede- van nieuw materiaal is glad en uniform, terwijl de dwars- dwarsdoorsnede van gerecycled materiaal ruw is en mogelijk gebreken vertoont.

Bij een daadwerkelijk oordeel moeten meerdere indicatoren integraal in overweging worden genomen. Als een monster bijvoorbeeld tegelijkertijd aan de volgende voorwaarden voldoet: dichtheid binnen het standaardbereik, normale MFR-waarde, enkele smeltpiek in DSC, zwakke C=O-piek in FTIR en een laag gehalte aan zware metalen, dan wordt het beoordeeld als nieuw materiaal. Als het monster een significante toename van de MFR-waarde, meerdere pieken in DSC, verbeterde C=O-pieken in FTIR en een hoog gehalte aan zware metalen vertoont, wordt vastgesteld dat het gerecycled materiaal is. Voor monsters die tussen deze twee uitersten vallen, is HS-GC-MS-analyse vereist, gecombineerd met een willekeurig bosmodel voor de uiteindelijke bepaling.

3.3 Methodebeperkingen en kwaliteitscontrolepunten

Hoewel de bovenstaande methoden een hoge nauwkeurigheid hebben, heeft elke methode zijn beperkingen, waarmee bij praktische toepassingen rekening moet worden gehouden.

• Beperkingen van dichtheidstests:Hoewel het testen van de dichtheid eenvoudig en snel is, levert het slechts beperkte informatie op. De dichtheid van verschillende soorten PP (zoals homopolymeer en copolymeer) kan enigszins variëren, en sommige additieven (zoals vulstoffen) kunnen de dichtheidswaarde aanzienlijk beïnvloeden. Daarom kunnen dichtheidstests alleen worden gebruikt als voorlopige screeningmethode en niet als definitieve basis voor de bepaling.

• Beperkingen bij het testen van de smeltstroomsnelheid:MFR-testen worden sterk beïnvloed door de temperatuur en de schuifgeschiedenis, en kleine veranderingen in de testomstandigheden kunnen leiden tot afwijkingen in de resultaten. Bovendien zullen sommige modificatoren (zoals weekmakers) ook de MFR-waarde beïnvloeden. Daarom moeten bij het uitvoeren van MFR-testen de testomstandigheden strikt worden gecontroleerd en moeten meerdere parallelle tests worden uitgevoerd.
• Beperkingen van FTIR-analyse:De ATR-FTIR-methode werkt goed voor het identificeren van gerecyclede PE-LD-materialen, maar heeft beperkingen bij het identificeren van gerecyclede PP-materialen, vooral gerecyclede materialen die één verwerkingscyclus hebben ondergaan, die mogelijk geen significante verschillen vertonen. Bovendien kan FTIR alleen functionele groepsinformatie verschaffen en kan het de specifieke chemische structuur niet bepalen.

Vereisten voor de HS-GC-MS-methode:Hoewel deze methode een hoge nauwkeurigheid heeft, vereist deze geavanceerde apparatuur en zeer bekwame operators. Het vereist een gaschromatograaf-massaspectrometer met een EI-bron, een headspace-sampler die werkt bij een temperatuur van minstens 150 graden, en professionele analytische software en goed-opgeleide operators.

 

Om de nauwkeurigheid van de identificatieresultaten te garanderen, moet een uitgebreid kwaliteitscontrolesysteem worden opgezet:

Controle van de representativiteit van de steekproef:Houd u strikt aan de bemonsteringsnormen (zoals ISO 2859) om ervoor te zorgen dat de genomen monsters nauwkeurig de kenmerken van de gehele partij materiaal weerspiegelen. Voor korrelige materialen moeten op meerdere punten op verschillende locaties monsters worden genomen, gelijkmatig worden gemengd en vervolgens worden getest.

Kalibratie en onderhoud van instrumenten:Alle testapparatuur moet regelmatig worden gekalibreerd. Elektronische balansen, universele testmachines en andere meetapparatuur vereisen jaarlijkse kalibratie door een wettelijk erkend metrologisch instituut. Smeltstroomsnelheidstesters en hittevervormingstemperatuurtesters moeten elke zes maanden in-huis of door een derde partij worden gekalibreerd. Kalibratie-items omvatten temperatuurnauwkeurigheid, krachtwaardenauwkeurigheid en snelheidsstabiliteit. Kalibratierapporten moeten worden gearchiveerd voor toekomstig gebruik om de traceerbaarheid van testgegevens te garanderen.

Controle van de omgevingsconditie:De testomgeving moet aan de standaardvereisten voldoen, omdat temperatuur, vochtigheid en reinheid allemaal de testresultaten kunnen beïnvloeden. Voor dichtheidstests is bijvoorbeeld een omgeving met constante temperatuur van 23 ± 0,5 graden vereist; FTIR-analyse moet worden uitgevoerd in een droge omgeving om interferentie van waterdamp te voorkomen; en microbiologische tests moeten worden uitgevoerd in een cleanroom.

Registratie en traceerbaarheid:Alle testprocessen en resultaten moeten in detail worden vastgelegd, inclusief monsterinformatie, testomstandigheden, ruwe gegevens, berekeningsproces en eindresultaten. Gegevens moeten duidelijk, nauwkeurig en traceerbaar zijn en gedurende een bepaalde periode worden bewaard.

Door een alomvattend kwaliteitscontrolesysteem op te zetten, kunnen de voordelen van verschillende identificatiemethoden worden gemaximaliseerd, waardoor een nauwkeurige differentiatie van nieuwe, gerecyclede en teruggewonnen PP-kunststofgrondstoffen van voedselkwaliteit- wordt gegarandeerd, waardoor betrouwbare technische ondersteuning wordt geboden voor de kwaliteitscontrole van producten. In praktische toepassingen moet een geschikte combinatie van methoden worden geselecteerd op basis van specifieke omstandigheden, waarbij zowel de nauwkeurigheid wordt gewaarborgd als de testkosten en efficiëntie in aanmerking worden genomen. Voor PP van voedingskwaliteit-, een materiaal met extreem hoge veiligheidseisen, wordt aanbevolen om meerdere methoden te gebruiken voor uitgebreide identificatie om de productkwaliteit en voedselveiligheid te garanderen.