中红外光谱仪在聚合物回收利用中的应用

序言在消费品和工业产品中，塑料制品越来越多的被利用，据统计每年大约使用5,000,000吨的塑料。2010年，英国大约38%的塑料使用在包装材料上，其中四分之一用于生产塑中红外光谱仪在聚合物回收利用中的应用FT-IR and NIR Spectroscopy料瓶。在汽车工业中，越来越多的部件由塑料组成，因为轻质材料可以减轻车辆的整体重量，同时也可以降低油耗。每年大量的塑料被丢弃，被埋在垃圾填埋场。在世界各地有许多举措促使消费者提高材料的回收利用的数量，而不是将它们丢弃在垃圾填埋场。这些废塑料会被运到塑料回收厂，经过认定然后再利用。日本是世界上塑料循环利用最成功的国家之一，2010年，77%废塑料被回收利用，超过英国的两倍，美国目前达到20%。塑料工业协会出台了塑料识别代码（PIC）提供一个识别聚合物类型的分类系统，帮助回收公司分开不同类型的塑料，然后再进行处理加工。但是PIC系统在全球并不是强制的，并且通常情况下塑料样品上并没有代码，特别是一些旧材料。

为了成功地循环再利用，塑料样品需要准确的鉴定并分类。许多回收厂家依靠有经验鉴定塑料。这就涉及到传统的测试方法，比如“浮动测试”或者“燃烧和嗅觉测试”。“浮动测试”可以把聚烯烃从其它类型的塑料中区分出来，这是基于塑料能否漂浮在洗涤水溶液中。“燃烧和嗅觉测试”需要操作者烧毁少量的塑料并且嗅探挥发性的烟气。这些方法不仅会导致塑料的鉴定错误而且非常危险，因为燃烧聚合物的烟气可能有ju毒。

光学光谱技术提供了一个准确和科学性的方法鉴定塑料材料。从12000-4000cm-1近红外电磁光谱能够用来快速的筛查塑料类型；但是，从4000-450cm-1中红外光谱则对塑料以及塑料中其它化合物的有效鉴定展现出巨大的优势，比如塑料中的填充剂，增塑剂，表面活性剂，涂层以及脱模机。另外，近红外仪器不能用来鉴定塑料中包含的低含量的炭黑（2%-3%）。这些样品代表着相当一部分可再循环利用的塑料。我们使用Spectrum Two FT-IR配备ATR采样附件收集样品的中红外光谱。测试样品时，将塑料样品放置采样附件上方，并且对样品施加一定的压力使样品与ATR钻石晶体紧密接触，测试时间大约10s。

在使用ATR附件测试样品的过程中，为了保证样品和ATR晶体的接触，我们会对样品施加一定的压力。这个过程经常会挤压出添加剂，当样品移除后会造成一定的残留。这就需要在测试样品之间对晶体进行快速的清理。这样我们就可以通过扫描残留物的光谱来鉴定添加剂。图9显示了两个这样的例子，塑料样品的光谱被采集，不仅可以鉴别出材料的类型，而且还可以鉴别出残留物。对于食物包装盖子，添加剂被鉴定为硅胶，经常被用作释放剂。对于聚氯乙烯绝缘电缆，添加剂被鉴定为一种常见的邻苯二甲酸酯增塑剂。

结论分子光谱技术提供了一种快速简单的测试和鉴定塑料类型的方法。对于不同大小和形状的样品，中红外和近红外仪器可以用来展开这些任务的测试。然而，对于碳填充类样品，不管是手持式的还是实验室的近红外技术类仪器都不太可能得到有用的光谱。此外，通过使用带锗晶体的ATR替代金刚石晶体，含有大量炭黑的橡胶材料也可以在中红外区域被鉴定。对于不同类型的样品，推荐使用带有ATR的仪器并且配置不同类型的晶体。疏松材料测试完成后，基于晶体上残留物的红外光谱，通过配置有ATR的中红外仪器也能够鉴定出一系列的添加剂材料。