Materii prime din plastic de calitate alimentară-: materiale virgine, reciclate și reciclate

Identificarea materiilor prime din plastic de calitate alimentară-: cele 3 metode de diferențiere de bază pentru materiale virgine, reciclate și reciclate. În controlul calității alalimentar{0}Materiile prime din plastic PP, diferențierea cu acuratețe între materialele virgine, reciclate și recuperate este un pas crucial în asigurarea siguranței produsului și a stabilității calității. Deși aceste trei tipuri de materiale sunt similare ca aspect, ele au diferențe semnificative în structura moleculară, compoziția chimică și proprietățile fizice. Pe baza celor mai recente standarde naționale și practici din industrie, următoarele vor detalia trei metode de identificare de bază și procedurile lor de operare.

1.1 Definiții și diferențe ale materialelor virgine, reciclate și recuperate

Materialul virgin se referă la materialul PP polimerizat direct din materii prime petrochimice, caracterizat printr-o structură moleculară regulată și puritate ridicată. Acest tip de material nu a fost niciodată folosit, are un lanț molecular complet, o singură compoziție chimică și toți indicatorii de performanță îndeplinescalimentar{0}standardele. Virgin PP are o structură izotactică foarte ordonată, cu toate grupele laterale de metil situate pe aceeași parte a lanțului principal, formând o formă elicoidală, cu o cristalinitate de 50%-80% și un interval de punct de topire de 160-176 de grade.

Materialul reciclat se referă la deșeurile PP care au fost pur și simplu zdrobite și curățate după utilizare, în principal din resturi, produse defecte sau produse din plastic post-consum din procesul de producție. Deși acest tip de material păstrează structura de bază a PP, poate conține aditivi reziduali, pigmenți, impurități și produse de degradare generate în timpul utilizării. Lanțurile moleculare ale materialelor reciclate pot fi parțial rupte, iar distribuția greutății moleculare este mai largă, ceea ce duce la modificări ale parametrilor de performanță.

1.2 Analiza comparativă a parametrilor de performanță

În ceea ce privește proprietățile fizice, există diferențe semnificative între cele trei tipuri de materiale. Densitatea este cel mai intuitiv indicator distinctiv. Densitatea PP virgin este de obicei în intervalul 0,90-0,915 g/cm³, în timp ce densitatea PP reciclat este în general în intervalul 0,9-0,91 g/cm³. Diferența dintre cele două este mică, dar poate fi încă distinsă folosind instrumente de precizie. Rezistența la tracțiune este un alt parametru important. Rezistența la tracțiune a PP virgin poate ajunge la 30-40 MPa, în timp ce rezistența la tracțiune a materialului reciclat este de numai 20-30 MPa, cu 20-30% mai mică decât cea a materialului virgin.

În ceea ce privește proprietățile termice, PP virgin prezintă un singur vârf de topire, curat și neted în curba sa de topire, cu o temperatură de vârf între 165-169 de grade. Curba de topire a materialului reciclat prezintă de obicei mai multe vârfuri de topire, în jur de 132 de grade și 165 de grade, datorită punctelor de topire diferite ale PP din diferite surse. În plus, datorită mai multor etape de procesare, viteza de curgere a topiturii (MFR) a materialului reciclat crește semnificativ, ceea ce este rezultatul ruperii lanțului molecular care duce la o scădere a greutății moleculare.

Diferențele de compoziție chimică sunt mai complexe. Compoziția chimică a PP virgin este relativ simplă, conținând în principal polimer PP și o cantitate mică de aditivi, cum ar fi antioxidanți. Materialele reciclate și recuperate pot conține diferiți poluanți, inclusiv metale grele (al căror conținut poate fi cu peste două ordine de mărime mai mare decât cel al materialului virgin), reziduuri de pesticide, agenți de întărire, adezivi, bacterii, viruși și alte substanțe nocive. Prezența acestor poluanți nu numai că afectează performanța materialului, dar, mai important, poate reprezenta o potențială amenințare la adresa siguranței alimentelor.

2.1 Metoda de testare a performanței fizice

Testarea performanței fizice este metoda de identificare cea mai de bază și utilizată în mod obișnuit, incluzând în principal măsurarea densității, testarea indicelui de curgere a topiturii și analiza termică.
Măsurarea densității este primul pas în identificarea materialelor PP. Conform standardelor naționale GB/T 1033.1-2008 și ISO 1183-1:2019, cerința de densitate pentru PP de calitate alimentară este de 0,90-0,91 g/cm³. Metodele specifice includ metoda imersiei, metoda picnometrului lichid și metoda coloanei cu gradient de densitate. Dintre aceste metode, metoda coloanei cu gradient de densitate este cea mai precisă. Aceasta implică plasarea probei într-o soluție de gradient n-heptan-etanol preparată cu precizie și determinarea valorii densității pe baza poziției sale de suspensie. Testul trebuie efectuat într-un mediu cu temperatură constantă de 23±0,5 grade pentru a elimina erorile de dilatare termică. Laboratoarele moderne folosesc pe scară largă densimetre automate, care combină principiul lui Arhimede cu tehnologia de măsurare a frecvenței vibrațiilor, îmbunătățind acuratețea testării la ±0,0001 g/cm³.

În practică, densitatea PP virgin este de obicei stabilă în intervalul 0,905-0,910 g/cm³, în timp ce materialele reciclate pot prezenta abateri mai mari din cauza posibilei includeri a altor materiale plastice sau impurități. Variația densității materialelor reciclate este mai complexă, în funcție de sursa lor și de tehnologia de prelucrare. Trebuie remarcat faptul că numai testarea densității nu poate distinge complet între cele trei tipuri de materiale; alte metode trebuie combinate pentru o judecată cuprinzătoare.

Testul debitului de topire (MFR) este un indicator de bază pentru evaluarea fluidității procesării materialelor. Conform standardului GB/T 3682, un indexator de curgere a topiturii este utilizat pentru a măsura cantitatea de material extrudat printr-o matriță standard în 10 minute la o anumită temperatură (de obicei 230 de grade) și sarcină (2,16 kg), unitatea fiind g/10min. Debitul de topire al PP de calitate alimentară este în general controlat în intervalul de 2-10 g/10 min, în timp ce intervalul pentru PP de uz general este de 0,5-30 g/10 min.

Testul debitului de topire este deosebit de eficient pentru a face distincția între materialele virgine și cele reciclate. Studiile au arătat că, după mai multe cicluri de prelucrare, PP suferă o scisare a lanțului din cauza forțelor de forfecare, ceea ce duce la o scădere a greutății moleculare și la o creștere semnificativă a valorii MFR. Valoarea MFR a PP virgin este relativ stabilă, în timp ce valoarea MFR a materialului reciclat poate fi de câteva ori mai mare decât cea a materialului virgin. De exemplu, un lot de PP virgin poate avea un MFR de 5 g/10min, în timp ce materialul reciclat procesat de 5 ori poate avea un MFR de 15-20 g/10min. Trebuie remarcat faptul că modelul de modificare a PE{10}}LD este opusul; MFR-ul său scade odată cu creșterea ciclurilor de procesare, deoarece PE-LD suferă în principal reacții de reticulare, mai degrabă decât reacții de scindare în lanț. Analiza termică, inclusiv calorimetria cu scanare diferențială (DSC) și analiza termogravimetrică (TGA), este una dintre cele mai eficiente metode de identificare a materialelor PP. DSC determină cu precizie punctul de topire, temperatura de cristalizare, cristalinitatea și timpul de inducție a oxidării (OIT) a unui material prin măsurarea diferenței de flux de căldură dintre probă și o referință. TGA analizează stabilitatea termică și comportamentul la descompunere a unui material prin măsurarea modificării masei probei cu temperatura sau timpul.

În testarea DSC, PP virgin prezintă de obicei un singur vârf de topire ascuțit, cu o temperatură de vârf între 165-169 de grade și cristalinitate ridicată. PP reciclat, din cauza scisării lanțului molecular și a unei distribuții mai largi a greutății moleculare, prezintă un vârf de topire mai larg în curba sa DSC și poate prezenta mai multe vârfuri de topire. De exemplu, PP reciclat poate prezenta un vârf mic de aproximativ 132 de grade (posibil din cauza componentelor cu greutate moleculară mică sau a altor materiale plastice) și un vârf principal de aproximativ 165 de grade. În plus, cristalinitatea PP reciclat este de obicei mai mică decât cea a PP virgin, din cauza deteriorării structurii lanțului molecular cauzate de mai multe cicluri de procesare.

Analiza TGA poate dezvălui diferențe în stabilitatea termică a materialelor. Virgin PP are de obicei o temperatură de descompunere termică de peste 300 de grade, iar procesul de descompunere este relativ simplu. PP reciclat, datorită prezenței diverșilor aditivi și impurități, prezintă un comportament de descompunere termică mai complex, putând să înceapă să se descompună la temperaturi mai scăzute și prezentând mai multe etape de pierdere în greutate în timpul descompunerii. Este de remarcat în special faptul că masa reziduală de PP reciclat variază foarte mult, variind de la 0,2% la 66%, în timp ce masa reziduală a PP virgin este de obicei între 0,2% și 0,5%.

2.2 Metode de analiză a compoziției chimice

Analiza compoziției chimice este cea mai precisă metodă de identificare a materialelor PP, incluzând în principal tehnici precum spectroscopia în infraroșu, analiza elementară și cromatografia.
Spectroscopia în infraroșu (FTIR) este cea mai utilizată metodă de analiză chimică. FTIR poate analiza cu precizie grupele funcționale și caracteristicile structurii moleculare ale unui material și poate identifica rapid tipul de material de bază PP (homopolimer/copolimer) și tipul de aditivi prin compararea vârfurilor caracteristice de absorbție. Spectrul infraroșu tipic al PP prezintă patru vârfuri ascuțite la 2960-2800 cm⁻¹, corespunzătoare vibrațiilor de întindere C-H ale CH, CH₂ și CH₃; vârfurile la 1460 cm⁻¹ și 1376 cm⁻¹ corespund vibrațiilor de încovoiere C-H; vârful la 1165 cm⁻¹ reprezintă vibrația de încovoiere de balansare în afara planului a grupului metil; iar banda de 998 cm⁻¹ este legată de 11-13 unități care se repetă și poate fi utilizată ca bandă cristalină pentru a calcula cristalinitatea.

Pentru a face distincția între materialele virgine și reciclate, cheia FTIR este observarea vârfului de absorbție a C=O în regiunea de 1600-1750 cm⁻¹. Studiile au arătat că toate probele de PP prezintă vârfuri slabe de absorbție a C=O în această regiune, care se pot datora oxidării materialelor reciclate sau prezenței aditivilor care conțin grupări funcționale carbonil. Intensitatea maximă C{=O a PP virgin este slabă și stabilă, în timp ce intensitatea maximă C{=O a materialului reciclat este semnificativ mai puternică datorită procesului de oxidare. În plus, ATR-FTIR poate detecta și PE-LD reciclat. Materialul reciclat procesat de 6 ori prezintă un nou vârf caracteristic metil (2950,7 cm⁻¹), dar vârful caracteristic metil nu este evident în materialul reciclat prelucrat o singură dată, indicând anumite limitări ale acestei metode.

Procedura de operare pentru analiza FTIR este relativ simplă. În primul rând, eșantionul este tăiat la o dimensiune adecvată și plasat pe accesoriul ATR (Attenuated Total Reflectance) al spectrometrului în infraroșu cu transformată Fourier. Intervalul de scanare este setat la 4000-400 cm⁻¹, rezoluția este de 4 cm⁻¹, iar numărul de scanări este de obicei 32. Prin compararea cu o bibliotecă spectrală standard, compoziția de bază a materialului poate fi determinată rapid. Pentru probe complexe, spectroscopia bidimensională în infraroșu poate fi utilizată și pentru a identifica diferite componente prin analizarea modificărilor spectrului.

Analiza elementară este utilizată în principal pentru a detecta metale grele și alte elemente dăunătoare din materiale. PP de calitate alimentară are cerințe stricte pentru conținutul de metale grele, cu conținut de cadmiu mai mic sau egal cu 0,005 mg/kg, conținut de mercur mai mic sau egal cu 0,01 mg/kg și conținut de plumb mai mic sau egal cu 0,01 mg/kg. Metodele de detectare folosesc de obicei spectrometria de masă cu plasmă cuplată inductiv (ICP-MS), cu o limită de detecție de 0,001 mg/kg, sau spectrometria de absorbție atomică (AAS).

Analiza elementară este o metodă importantă pentru a face distincția între materialele virgine și cele reciclate. Studiile au arătat că conținutul de metale grele din materialele PP virgine este foarte similar, cu o abatere relativă de cel mult 57%, în timp ce conținutul de metale grele din materialele reciclate este adesea cu mai mult de două ordine de mărime mai mare decât cel al materialelor virgine. Acest lucru se datorează faptului că materialele reciclate pot intra în contact cu diverse surse de poluare în timpul procesului de reciclare, inclusiv deșeurile industriale și deșeurile menajere, ceea ce duce la acumularea de metale grele. În testarea efectivă, dacă se constată că conținutul de metale grele al unei probe este anormal de mare, se poate determina în general că este material reciclat sau un amestec care conține material reciclat.

Analiza cromatografică include cromatografia în gaz-spectrometria de masă (GC-MS) și cromatografia lichidă de înaltă-performanță (HPLC), utilizate în principal pentru a detecta compuși organici volatili, monomeri reziduali și aditivi în materiale. GC-MS poate fi utilizată pentru a analiza compuși organici volatili și monomeri reziduali, în timp ce HPLC este utilizată pentru analiza migrației aditivilor ne{-volatili. În special, tehnologia cromatografiei gazoase-spectrometriei de masă (HS-GC{-MS) a fost inclusă în standardul național GB/T 46019.2-2025, în special pentru identificarea polipropilenei reciclate.

Metoda HS-GC{-MS implică următoarea procedură: Se cântăresc 1,5 g de probă (cu o precizie de 0,1 mg) și se plasează într-un flacon de 20 ml cu spațiu de cap. Adăugați 20 μL de soluție de lucru D8-naftalină (0,3 ug/mL) ca standard intern. După echilibrarea la 150 de grade timp de 30 de minute, efectuați analiza. Indicele de retenție al fiecărei componente volatile este calculat prin extragerea timpului de retenție al n-alcanilor, iar aria relativă a vârfului este calculată prin normalizarea standard internă a zonei vârfului. Cercetătorii au analizat 170 de mostre de PP virgin și 119 de eșantioane de PP reciclat, au analizat 25 de componente volatile caracteristice și au stabilit un model de identificare bazat pe algoritmul forestier aleatoriu, cu o acuratețe de peste 95%.

2.3 Metode de observare a microstructurii și morfologiei

Observarea microstructurii și morfologiei este o metodă de identificare a materialelor PP din perspectiva nivelului molecular și a morfologiei microscopice, incluzând în principal calorimetria diferențială cu scanare, microscopia cu lumină polarizată și microscopia electronică cu scanare.

Calorimetria cu scanare diferențială (DSC) poate măsura nu numai parametrii de performanță termică a materialului, ci și identificarea tipului de material prin analizarea comportamentului său la topire și cristalizare. DSC poate furniza parametrii caracteristici de performanță termică a materialului, cum ar fi temperatura de tranziție sticloasă, punctul de topire și cristalinitatea. Acești parametri sunt de mare importanță pentru a face distincția între materialele virgine și cele reciclate. În practică, 5-10 mg de probă sunt cântărite și plasate într-o tavă de probă de aluminiu, iar temperatura este crescută de la temperatura camerei la 20 de grade peste punctul de topire la o viteză de încălzire de 10 grade / min, iar curba DSC este înregistrată.

Curba DSC a PP virgin arată de obicei un vârf de topire unic, ascuțit, cu o formă simetrică, iar temperatura de topire este între 165-169 de grade. Curba DSC a materialului reciclat prezintă însă caracteristici semnificativ diferite: vârful de topire se lărgește, pot apărea mai multe vârfuri de topire (de exemplu, la 132 de grade și 165 de grade), forma vârfului este asimetrică și temperatura de topire scade. De exemplu, într-un studiu, punctele de topire ale probelor de la #4 la #1 au scăzut secvenţial, şi toate au fost sub 170 de grade, iar cristalinitatea a scăzut, de asemenea, secvenţial. Proba #5 a arătat, de asemenea, un vârf de cristalizare la rece în timpul procesului de încălzire, indicând faptul că mobilitatea lanțurilor moleculare a crescut odată cu creșterea temperaturii, iar segmentele de lanț s-au rearanjat pentru a forma cristale.

Calculul cristalinității este, de asemenea, important pentru identificare. Conform formulei Xc=ΔHm/ΔH0 × 100% (unde ΔHm este entalpia de topire a probei, iar ΔH0 este entalpia de topire a 100% PP cristalin, 240,5 J/g), cristalinitatea materialului poate fi calculată. Cristalinitatea PP virgin este de obicei între 60-80%, în timp ce cristalinitatea materialului reciclat poate scădea la 40-60% din cauza distrugerii structurii lanțului molecular. Prin compararea modificărilor cristalinității, este posibil să se determine dacă materialul a suferit mai multe etape de prelucrare. Microscopia de polarizare permite observarea directă a morfologiei și mărimii sferulitei PP, determinând astfel caracteristicile de cristalizare ale materialului. Virgin PP, datorită regularității sale ridicate a lanțului molecular, formează sferulite uniforme cu morfologie completă. PP reciclat, totuși, are o distribuție mai largă a greutății moleculare, rezultând sferulite de diferite dimensiuni și forme neregulate. În special atunci când se observă fenomenul de birefringență al sferulitelor, PP virgin prezintă un model clar de extincție încrucișată malteză, în timp ce modelul de extincție al PP reciclat poate fi neclar sau incomplet.

Analiza prin microscopie electronică cu scanare (SEM) poate observa morfologia suprafeței și structura-secțională transversală a materialului. Secțiunea transversală-a PP virgin prezintă caracteristici uniforme de fractură ductilă, o suprafață netedă și fără defecte evidente. Secțiunea transversală-de PP reciclat poate prezenta caracteristici de fractură fragilă, o suprafață rugoasă și diverse defecte, cum ar fi goluri, fisuri și impurități. SEM poate fi, de asemenea, utilizat pentru analiza spectroscopiei cu dispersie energetică (EDS) pentru a detecta compoziția elementară a materialului, care este deosebit de eficientă pentru identificarea contaminanților.

Cercetătorii au folosit o combinație de microscopie electronică cu scanare cu emisie de câmp (SEM) și spectroscopie cu dispersie de energie (EDS) pentru a analiza morfologia și compoziția elementară a probelor, oferind o analiză precisă a compoziției și morfologiei microscopice a probelor. Această metodă poate dezvălui diferențe subtile invizibile cu ochiul liber, cum ar fi particule minuscule de impurități, straturi de oxid de suprafață și semne de procesare. În special pentru mostrele care conțin o cantitate mică de material reciclat, este posibil ca metodele macroscopice să nu le poată identifica, dar analiza SEM-EDS poate dezvălui o distribuție elementară anormală.

3.1 Proiectarea procesului de identificare sistematică

Pe baza celor trei metode de bază descrise mai sus, putem proiecta un proces sistematic de identificare pentru a asigura o diferențiere precisă între materialele virgine, reciclate și recuperate. Acest proces folosește un sistem de identificare cu trei-nivele: „evaluare preliminară - în-analiza aprofundată - determinare cuprinzătoare”.

Primul nivel: screening preliminar. Mai întâi, efectuați inspecția vizuală și testarea densității. Materialul virgin de înaltă calitate-ar trebui să aibă o textură mată uniformă, o culoare pură (în cea mai mare parte-alb sau translucid), fără impurități, pete negre sau senzație granulară și fără miros înțepător. Testarea densității folosește metoda coloanei cu gradient de densitate sau un densimetru automat pentru a compara densitatea probei cu valoarea standard (0,90-0,91 g/cm³). Dacă valoarea densității se abate de la intervalul standard cu mai mult de ±0,005 g/cm³, aceasta poate fi determinată în general ca material nevirgin.

Simultan, se efectuează un test de debit de topire (MFR). Valoarea MFR a PP virgin ar trebui să fie în intervalul standard și relativ stabilă. Dacă valoarea MFR este anormal de mare (mai mult de două ori valoarea standard), acesta poate fi material reciclat.

Al doilea nivel: analiză-aprofundată. O analiză mai detaliată a probelor este efectuată după screeningul preliminar. În primul rând, se efectuează analiza FTIR, concentrându-se pe intensitatea vârfului de absorbție a C=O în regiunea 1600-1750 cm⁻¹. Dacă vârful C=O este îmbunătățit semnificativ, acesta indică faptul că materialul poate fi supus oxidarii și este probabil material reciclat. Apoi, analiza DSC este efectuată pentru a observa forma, numărul și temperatura vârfurilor de topire. Dacă apar mai multe vârfuri de topire sau temperatura de topire este semnificativ mai scăzută, combinată cu modificări ale cristalinității, se poate confirma în continuare dacă este material reciclat.

Al treilea nivel: judecată cuprinzătoare. Pentru mostrele care încă nu pot fi determinate, pentru confirmarea finală este utilizată metoda HS-GC-MS. Conform standardului național GB/T 46019.2-2025, judecata se face prin analiza a 25 de componente volatile caracteristice combinate cu un model de algoritm forestier aleatoriu. Această metodă are o precizie de peste 95% și poate face distincția eficientă între PP virgin și PP reciclat. Simultan, se efectuează analiza elementară pentru a detecta conținutul de metale grele. Dacă conținutul de metale grele este cu mai mult de două ordine de mărime mai mare decât intervalul normal, acesta poate fi determinat ca material reciclat.
În funcționarea practică, se recomandă utilizarea mai multor metode pentru verificarea reciprocă. De exemplu, mai întâi utilizați densitatea și indicele de curgere a topiturii pentru verificarea preliminară, apoi utilizați FTIR și DSC pentru confirmare și, în final, utilizați HS-GC-MS pentru arbitraj. Această combinație de metode poate evita limitările unei singure metode și poate îmbunătăți acuratețea identificării.

3.2 Sistemul standard de judecată a rezultatelor

Stabilirea unui standard de evaluare a rezultatelor științifice este cheia pentru asigurarea acurateței identificării. Pe baza standardelor naționale și a practicilor din industrie, putem stabili următorul sistem standard de judecată.

Criterii de judecată a proprietăților fizice:

• Densitatea: Virgin PP este de 0,905-0,910 g/cm³, materialul reciclat poate fluctua în intervalul 0,900-0,915 g/cm³, iar materialul reciclat are o variație mai mare de densitate datorită compoziției sale complexe.
• Debitul de topire (MFR): Valoarea MFR a PP virgin ar trebui să se încadreze în specificațiile standard (de obicei 2-10 g/10 min), valoarea MFR a materialului reciclat poate fi puțin mai mare, iar valoarea MFR a materialului reciclat poate fi de 2-5 ori mai mare decât cea a materialului virgin.
• Punct de topire: punctul de topire al PP virgin este de 165-169 grade, punctul de topire al materialului reciclat rămâne practic neschimbat, iar punctul de topire al materialului reciclat poate scădea cu 5-10 grade și pot apărea mai multe vârfuri de topire.
• Cristalinitate: cristalinitatea PP virgin este de 60-80%, iar cristalinitatea materialului reciclat este de 40-60%.

Criterii de evaluare a compoziției chimice:

• Vârfurile caracteristice FTIR: intensitatea maximă C=O (1600-1750cm⁻¹), mai slabă în materialul virgin, semnificativ mai puternic în materialul reciclat; Vârful caracteristic al metilului (2950cm⁻¹), apare după mai multe etape de procesare.
• Conținut de metale grele: conținutul de metale grele al materialului virgin este extrem de scăzut (abatere relativă < 57%), iar conținutul de metale grele al materialului reciclat poate fi cu mai mult de două ordine de mărime mai mare decât cel al materialului virgin.
• Componente volatile: 25 de componente caracteristice sunt detectate de HS-GC-MS și există diferențe semnificative în ceea ce privește tipurile și conținutul componentelor între materialele virgine și cele reciclate.

Criterii de judecată a microstructurii:

• Vârful de topire DSC: materialul virgin prezintă un singur vârf ascuțit, în timp ce materialul reciclat prezintă o formă de vârf mai largă și poate avea mai multe vârfuri.
• Morfologia sferulitei: Materialul virgin are o dimensiune uniformă a sferulitei și o morfologie completă, în timp ce materialul reciclat are dimensiuni diferite de sferulită și morfologie neregulată.
• Morfologia suprafeței: -secțiunea transversală a materialului virgin este netedă și uniformă, în timp ce-secțiunea transversală a materialului reciclat este aspră și poate avea defecte.

În opinia reală, mai mulți indicatori trebuie luați în considerare cuprinzător. De exemplu, dacă o probă îndeplinește simultan următoarele condiții: densitate în intervalul standard, valoare MFR normală, un singur vârf de topire în DSC, pic slab C=O în FTIR și conținut scăzut de metale grele, atunci este considerat material virgin. Dacă eșantionul prezintă o creștere semnificativă a valorii MFR, vârfuri multiple în DSC, vârfuri C=O îmbunătățite în FTIR și conținut ridicat de metale grele, se determină că este material reciclat. Pentru probele care se încadrează între aceste două extreme, este necesară analiza HS-GC-MS, combinată cu un model forestier aleatoriu pentru determinarea finală.

3.3 Limitările metodei și punctele de control al calității

Deși metodele de mai sus au o precizie ridicată, fiecare metodă are limitările sale, care trebuie luate în considerare în aplicațiile practice.

• Limitări ale testării densității:Deși testarea densității este simplă și rapidă, oferă doar informații limitate. Densitatea diferitelor tipuri de PP (cum ar fi homopolimer și copolimer) poate varia ușor, iar unii aditivi (cum ar fi umpluturi) pot afecta semnificativ valoarea densității. Prin urmare, testarea densității poate fi utilizată doar ca metodă de screening preliminară și nu poate fi utilizată ca bază finală pentru determinare.

• Limitări ale testării debitului de topire:Testarea MFR este foarte afectată de istoricul temperaturii și de forfecare, iar modificările mici ale condițiilor de testare pot duce la abateri ale rezultatelor. În plus, unii modificatori (cum ar fi plastifianții) vor afecta și valoarea MFR. Prin urmare, atunci când se efectuează testarea MFR, condițiile de testare trebuie controlate strict și trebuie efectuate mai multe teste paralele.
• Limitele analizei FTIR:Metoda ATR-FTIR funcționează bine pentru identificarea materialelor reciclate PE{-LD, dar are limitări în identificarea materialelor reciclate PP, în special materialele reciclate care au suferit un singur ciclu de procesare, care este posibil să nu prezinte diferențe semnificative. În plus, FTIR poate furniza doar informații despre grupul funcțional și nu poate determina structura chimică specifică.

Cerințe pentru metoda HS-GC-MS:Deși această metodă are o precizie ridicată, necesită echipamente sofisticate și operatori foarte calificați. Este nevoie de un gaz cromatograf-spectrometru de masă cu o sursă EI, un prelevator de eșantionare pentru spațiul de cap care funcționează la o temperatură de cel puțin 150 de grade și software analitic profesional și operatori- bine pregătiți.

 

Pentru a asigura acuratețea rezultatelor identificării, trebuie stabilit un sistem cuprinzător de control al calității:

Controlul reprezentativității eșantionului:Respectați cu strictețe standardele de eșantionare (cum ar fi ISO 2859) pentru a vă asigura că probele prelevate reflectă cu exactitate caracteristicile întregului lot de material. Pentru materialele granulare, probele trebuie prelevate din mai multe puncte din locații diferite, amestecate uniform și apoi testate.

Calibrarea și întreținerea instrumentului:Toate echipamentele de testare trebuie calibrate regulat. Balanțe electronice, mașini universale de testare și alte echipamente de măsurare necesită calibrare anuală de către o instituție de metrologie recunoscută legal. Testarele debitului de topire și testele de temperatură de distorsiune termică trebuie calibrate în casă-sau de către o terță parte la fiecare șase luni. Elementele de calibrare includ precizia temperaturii, precizia valorii forței și stabilitatea ratei. Rapoartele de calibrare trebuie arhivate pentru referințe viitoare pentru a asigura trasabilitatea datelor de testare.

Controlul stării mediului:Mediul de testare trebuie să îndeplinească cerințele standard, deoarece temperatura, umiditatea și curățenia pot afecta rezultatele testelor. De exemplu, testarea densității necesită un mediu de temperatură constantă de 23±0,5 grade; Analiza FTIR trebuie efectuată într-un mediu uscat pentru a evita interferența vaporilor de apă; iar testarea microbiologică trebuie efectuată într-o cameră curată.

Inregistrare si trasabilitate:Toate procesele și rezultatele de testare trebuie înregistrate în detaliu, inclusiv informații despre eșantion, condițiile de testare, datele brute, procesul de calcul și rezultatele finale. Înregistrările trebuie să fie clare, precise, urmăribile și păstrate pentru o perioadă specificată.

Prin stabilirea unui sistem cuprinzător de control al calității, avantajele diferitelor metode de identificare pot fi maximizate, asigurând diferențierea precisă a materiilor prime din plastic PP de calitate alimentară-virgine, reciclate și recuperate, oferind suport tehnic de încredere pentru controlul calității produselor. În aplicațiile practice, ar trebui selectată o combinație adecvată de metode în funcție de circumstanțe specifice, asigurând atât acuratețea, cât și luând în considerare costurile și eficiența testării. Pentru PP de calitate alimentară, un material cu cerințe de siguranță extrem de ridicate, se recomandă utilizarea mai multor metode de identificare completă pentru a asigura calitatea produsului și siguranța alimentară.