用NIR光譜分選塑料樹脂

作者：Yvette Mattley，博士

塑料樹脂是由多種共聚物構成的。樹脂的大小和形狀相近，光靠肉眼難以區分。 在本應用說明中，近紅外（NIR）光譜被用于分選由不同共聚物構成的彩色樹脂。在NIR波段內測量漫反射，以采集*的共聚物組成方式產生的明顯的光譜差異，同時避免檢測到樹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行快速分析，只需很少或無需樣品制備，因此它的用途十分廣闊，比如測量血液中的氧氣，鑒定燃料真偽，或農產品的質量控制。  配合多參數校正技術使用，一張NIR光譜圖就能提供多個樣品組分的定量組成信息。

塑料中使用的共聚物有*的NIR光譜指紋，可用于分選和質量保證過程。 在進入擠出工序之前，NIR光譜能對共聚物樹脂進行分選和鑒定，隨后在重復利用設施對產品進行快速分選。 在本應用說明中，我們描述了用NIR光譜來區別有色塑料樹脂的過程。

方法

在900-1700 nm的波段內用配備521-元素InGaas檢測器的NIR光譜儀進行漫反射測量。 該系統還包括用于照明的鹵鎢燈、一個用反射探頭支架（RPH-1)固定為45°角的400 μm光纖反射探頭（QR400-7-VIS-NIR）和漫反射標準品（WS-1）。

測量了7個顏色和共聚物組成各不相同的樹脂。 包括4個丙烯酸樹脂（透明、橙色、紅色和半透明）、兩個聚丙烯樹脂（黑色和白色）和一個尼龍數值。 為提供典型性光譜數據并消除樣品的不均勻性，在每種樹脂的不同位置進行6次測量，下圖顯示的是平均光譜。

結果

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

圖1. 共聚物樹脂的NIR漫反射光譜揭示了差異是由化學組成和表面特征造成的。

圖2顯示了不同顏色的光亮丙烯酸數值的光譜數據。 雖然反射強度略有不同，但NIR波段光譜的整體形狀沒有變化。 如光譜所示，在NIR波段，

圖2. NIR波段淺色塑料樹脂的光譜數據指示一些差異，這些差異與色彩特征無關。

淺色塑料樹脂的光譜數據與顏色無關。 這些光譜說明了用NIR波段分選塑料是以共聚物類型為基礎，與樹脂顏色無關。

雖然光亮、淺色的丙烯酸樹脂的光譜形狀類似，但啞光面半透明丙烯酸樹脂的漫反射zui高，表現出某些*的光譜特征。 啞光樹脂以45°角反射出的光線多于光亮樹脂，而光亮樹脂主要以90°角進行鏡面反射。 啞光和光亮樹脂的數據說明了NIR反射光譜是判定樹脂表面光澤或亮度的有效工具。

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

圖3還顯示了深色對聚丙烯漫反射光譜的作用。 吸收NIR光的黑色或深色樣品導致反射強度變低，光譜特征失，

圖3：基于NIR的分選方法對深色樣品的效果稍差，因為深色吸收的NIR更多。

表現為漫反射強度的明顯差異。 因此，深色樹脂和塑料樣品對基于NIR的分選方法而言是一個挑戰。

結論

正如不同共聚物樹脂的光譜數據所示，在塑料的使用壽命內，NIR光譜分析可用于分選、鑒定和質量控制。 NIR光譜可用來鑒定入庫樹脂的成分和質量。 這為分析樹脂和擠出成型件以確定產品組分提供了有效數據，也可作為成品質量控制的手段。 當塑料被重復利用時，NIR光譜可按共聚物的類型進行再生塑料分選，方便將再生塑料制成其他塑料產品。