垃圾的回收利用

聚合物的回收利用是一个蓬勃发展的行业，许多曾经被作为废弃物填埋的瓶子和容器现在被回收利用 为新的产品。由于聚合物存在互不相容的趋势，鉴别聚合物是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚乙烯（PE）而不是聚碳酸酯（PC）或聚苯乙烯（PS），这样的问题很重要。聚合物的化学鉴别可通过使用Spectrum Two傅里叶变换红外光谱仪与通用全反射 （UATR）附件很容易实现，如图1所示。

图1. PE与PS红外光谱叠图，红外光谱是一种探测聚合物化学差异的快速准确方法

在确定同一类聚合物样品时，单纯的光谱化学鉴 别通常是不足够的。等级2和4是化学结构相同的聚合物，聚乙烯，因此它们具有相似的红外光谱。如图2所示，等级2高密度聚乙烯（HDPE）和等级4 低密度聚乙烯（LDPE）的光谱是相似的。低密度与 高密度聚乙烯的差示扫描量热（DSC）测试，图3，清晰地表明了聚烯烃等级之间的差异。DSC不仅可以识别的聚合物的具体形式，而且可确定一个已成型产品所包含聚合物的物理混合物。这里提供一个多层薄膜的实例。采用DSC测试时，较易确定成分的组成，甚至某些情况下，确定它们的浓度（ 图4）。该实例中，确定了在薄膜中高密度聚乙烯的重量百分比在12-14%之间。

图2. 2号和4号样品谱图重叠，均为聚乙烯，显示相同的红外光谱。 为看到差异，需要其他方法。

图 3. 牌号2与牌号4样品在DSC曲线中表现出明显的不同

图 4. 采用DSC的薄膜分析，探查样品中两种聚合物的存在

图 5. 探查尼龙中的填充物

除以上内容外，材料中填料的数量，如玻璃纤维、碳酸钙、滑石粉等，可使用热重分析（TGA）检测。在概要文件库中，文件可提供如何使用TGA测定聚合物内填料含量（图5）。 聚合物回收利用资源套装包含一个聚合物摘要，解决如何确认应用在回收利用领域中不同等级或代码的聚合物以及通常 遇到的问题，和三个数据文件库。其中一个库提供以上讨论的技术：FT-IR、DSC和TGA。在汇编下工作，用户能先进行材料的化学指认进而获得材料性质与状态的更精确信息。此外，摘要还可解决回收利用工业相关数据解析中遇到的常见问题与难题。

序言

近年来，高密度聚乙烯（HDPE）消费后再回收使用的数量正稳步增长。例如，消费后塑料再回收利用协会 一项报告指出，2011年大约有 974,000,000英镑的HDPE被回收利用（1）。这样，作为一种绿色的、低成本的、可变成未经利用的HDPE替代物，在许多以HDPE为基本成分的产品中，可回收利用的HDPE已经成为一种重要的原材料，比如薄板、管子、装饰材料、电子护线管、瓶子等等。大多数回收利用的HDPE来源于瓶子，许多瓶子的盖子和瓶口都是由聚丙烯（PP）制成的，PP和HDPE具有非常类似的物理特性。因此，在消费后再回收利用的HDPE树脂中，PP是一种常见的污染物而且会不利地影响Z终产品的性能（例如，产品比较易碎且受到压力容易开裂）。为了维护产品的高质量，加工处理程序的监控以及控制回收 利用树脂中PP的含量是非常必要的。为了达到这个目的，一个可信赖的工具是傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR），PerkinElmer公司生产的Spectrum Two红外光谱仪易于使用，为测量可回收利用HDPE树脂中PP的含量提供了一种非常准确的方法。这篇应用报告为使用PerkinElmer Spectrum Two这台仪器的操作者提供了这种分析方法。

实验部分 

标准样品是由Advanced Blending Technologies公司提供 （见表1）。未经使用的HDPE小球样品首先与未经使用的 均聚物PP小球按照表1所示的比例进行干混（比例覆盖范围，3-12%，典型地回收利用HDPE树脂中PP的混入标准）， 然后通过一个3/4英寸的单螺旋实验室挤压机热熔复合。为了确保混合的均匀性，样品要重新干混然后额外被挤压两次保证混合样品总数三次通过挤压机。

表1. 四种不同混合比例的PE和PP的标准样品

PerkinElmer公司的Spectrum Two配置金刚石单次反射ATR被用来收集标准样品的谱图，光谱分辨率4cm-1，累计次数4次。只需将PP/HDPE树脂小球放置在金刚石晶体上，然后直接测试不需要任何进一步的样品处理。使用不同的小球，每种标准样品测试5-6次。使用PerkinElmer Spectrum Quant软件，利用标准样品的数据建立一个校准方法。（Spectrum Quant是一个非常强大的软件包，包括基于比尔定量的线性回归，允许使用峰面积、峰高、Z大峰高或者带有基线的峰比例。这个软件也可以进行二次和三次曲线拟合，但是不适合这个应用的分析。） 对于这个分析应用，将位于719cm^-1（归于亚甲基的摇摆振动）的PE吸收峰（黑色）与位于1376cm^-1（归于甲基的对称弯曲振动）的PP吸收峰（绿色）进行比例计算。具有代表性的光谱（叠加地）如图1所示，峰值比例用来建立校准曲线，如图2所示。

图1. 高密度基乙烯与聚丙烯的谱图对比

实验结果 

如图2所示，根据峰值比例计算PP的含量获得了很好的线性拟合曲线和指定值，回归相关系数接近0.999。标准预 测偏差（SEP）非常低，大约只有0.19%，表明这个计算模型非常稳健。对于任何一种定量分析，Z重要的一步就是模型的验证。在Spectrum Quant软件中可进行独立模型验证，表2给出了PP含量计算的验证结果。与校准曲线具有很好的线性拟合一样，验证结果中的残差值普遍比较低。

表2. PP含量计算的验证结果

图2. PP含量计算的校准模型

结论

PerkinElmer公司的Spectrum Two配备单次反射ATR附件 能够在数秒内收集到高质量的谱图，而且归功于先进的 设计和内置的算法，不需要进行样品前处理，非常方便操作使用。这些结果在数分钟内便可以快速的获得；整个分析过程中，Z耗时的部分是带有污染物的树脂标准样品的制备。总之，校准曲线表现出良好的线性和稳健性表明，对于可回收利用HDPE中PP含量的测试，Spectrum Two是 一个极好的快速筛选分析工具。值得注意的是，对于可回 收利用HPDE树脂中高浓度的PP含量测试，可能会需要二次校准。

参考文献 

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