مواد غذایی-گرید مواد خام پلاستیکی: مواد بکر، بازیافتی و بازیافتی

شناسایی مواد غذایی-گرید مواد خام پلاستیکی: 3 روش اصلی تمایز برای مواد بکر، بازیافتی و بازیافتی. در کنترل کیفیتدرجه غذا-مواد خام پلاستیک PP، تمایز دقیق بین مواد بکر، بازیافتی و بازیافتی گامی مهم در تضمین ایمنی محصول و ثبات کیفیت است. اگرچه این سه نوع ماده از نظر ظاهری مشابه هستند، اما تفاوت های قابل توجهی در ساختار مولکولی، ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی دارند. بر اساس آخرین استانداردهای ملی و رویه‌های صنعتی، در ادامه سه روش اصلی شناسایی و رویه‌های عملیاتی آنها توضیح داده می‌شود.

1.1 تعاریف و تفاوت های مواد بکر، بازیافتی و بازیافتی

ماده ویرجین به مواد PP اطلاق می شود که مستقیماً از مواد خام پتروشیمی پلیمریزه شده است که با ساختار مولکولی منظم و خلوص بالا مشخص می شود. این نوع ماده هرگز مورد استفاده قرار نگرفته است، دارای یک زنجیره مولکولی کامل، یک ترکیب شیمیایی واحد است و همه شاخص های عملکرد مطابقت دارند.درجه غذا-استانداردها Virgin PP دارای ساختار ایزوتاکتیک بسیار منظم است، با تمام گروه های جانبی متیل در یک سمت زنجیره اصلی قرار گرفته اند، شکلی مارپیچ را تشکیل می دهند، با کریستالی 50٪ - 80٪ و محدوده نقطه ذوب 160-176 درجه.

مواد بازیافتی به ضایعات PP اطلاق می‌شود که به سادگی پس از استفاده خرد و تمیز شده‌اند، عمدتاً از ضایعات، محصولات معیوب، یا محصولات پلاستیکی پس از مصرف{0}}از فرآیند تولید. اگرچه این نوع مواد ساختار اولیه PP را حفظ می کند، اما ممکن است حاوی مواد افزودنی باقیمانده، رنگدانه ها، ناخالصی ها و محصولات تخریبی باشد که در طول استفاده تولید می شوند. زنجیره‌های مولکولی مواد بازیافتی ممکن است تا حدی شکسته شوند و توزیع وزن مولکولی گسترده‌تر است که منجر به تغییر در پارامترهای عملکرد می‌شود.

1.2 تجزیه و تحلیل مقایسه ای پارامتر عملکرد

از نظر خواص فیزیکی، بین سه نوع مواد تفاوت قابل توجهی وجود دارد. تراکم بصری ترین شاخص متمایز است. چگالی PP خالص معمولاً در محدوده 0.90-0.915 g/cm³ است، در حالی که چگالی PP بازیافتی معمولاً در محدوده 0.9-0.91 g/cm³ است. تفاوت بین این دو کم است اما هنوز هم می توان با استفاده از ابزار دقیق تشخیص داد. مقاومت کششی یکی دیگر از پارامترهای مهم است. استحکام کششی PP بکر می تواند به 30-40 مگاپاسکال برسد، در حالی که مقاومت کششی مواد بازیافتی تنها 20-30 مگاپاسکال است، 20-30٪ کمتر از مواد اولیه.

از نظر خواص حرارتی، PP ویرجین یک پیک ذوب منفرد، تمیز و صاف را در منحنی ذوب خود با دمای اوج بین 165-169 درجه نشان می دهد. منحنی ذوب مواد بازیافتی معمولاً پیک های ذوب متعددی را نشان می دهد، در حدود 132 درجه و 165 درجه، به دلیل نقاط ذوب متفاوت PP از منابع مختلف. علاوه بر این، به دلیل چندین مرحله پردازش، نرخ جریان مذاب (MFR) مواد بازیافتی به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد که نتیجه شکستن زنجیره مولکولی است که منجر به کاهش وزن مولکولی می‌شود.

تفاوت در ترکیب شیمیایی پیچیده تر است. ترکیب شیمیایی PP بکر نسبتا ساده است، عمدتا حاوی پلیمر PP و مقدار کمی از مواد افزودنی مانند آنتی اکسیدان ها است. مواد بازیافتی و بازیافتی ممکن است حاوی آلاینده‌های مختلفی باشند، از جمله فلزات سنگین (که محتوای آنها ممکن است بیش از دو مرتبه بیشتر از مواد اولیه باشد)، باقیمانده‌های آفت‌کش‌ها، عوامل سخت‌کننده، چسب‌ها، باکتری‌ها، ویروس‌ها و سایر مواد مضر. وجود این آلاینده‌ها نه تنها بر عملکرد مواد تأثیر می‌گذارد، بلکه مهم‌تر از آن، ممکن است یک تهدید بالقوه برای ایمنی مواد غذایی باشد.

2.1 روش تست عملکرد فیزیکی

آزمایش عملکرد فیزیکی اساسی ترین و رایج ترین روش شناسایی است که عمدتاً شامل اندازه گیری چگالی، آزمایش شاخص جریان مذاب و آنالیز حرارتی است.
اندازه گیری چگالی اولین گام در شناسایی مواد PP است. طبق استانداردهای ملی GB/T 1033.1-2008 و ISO 1183-1:2019، تراکم مورد نیاز برای مواد غذایی-درجه PP 0.90-0.91 g/cm³ است. روش های خاص شامل روش غوطه وری، روش پیکنومتر مایع و روش ستون گرادیان چگالی است. در بین این روش ها، روش ستون گرادیان چگالی دقیق ترین است. این شامل قرار دادن نمونه در محلول گرادیان n-هپتان-اتانول دقیقاً آماده شده و تعیین مقدار چگالی بر اساس موقعیت تعلیق آن است. آزمایش باید در محیط دمای ثابت 0.5±23 درجه انجام شود تا خطاهای انبساط حرارتی حذف شود. آزمایشگاه‌های مدرن به طور گسترده از چگالی‌سنج‌های خودکار استفاده می‌کنند که اصل ارشمیدس را با فناوری اندازه‌گیری فرکانس ارتعاش ترکیب می‌کند و دقت آزمایش را تا 0.0001 ± گرم بر سانتی‌متر مکعب بهبود می‌بخشد.

در عمل، چگالی PP خالص معمولاً در محدوده 0.905-0.910 g/cm³ پایدار است، در حالی که مواد بازیافتی ممکن است انحرافات بیشتری را به دلیل گنجاندن سایر پلاستیک ها یا ناخالصی ها نشان دهند. تنوع چگالی مواد بازیافتی بسته به منبع و فناوری پردازش آنها پیچیده تر است. لازم به ذکر است که آزمایش چگالی به تنهایی نمی تواند به طور کامل بین این سه نوع مواد تمایز قائل شود. روش های دیگر باید برای قضاوت جامع ترکیب شوند.

تست نرخ جریان مذاب (MFR) یک شاخص اصلی برای ارزیابی سیالیت پردازش مواد است. با توجه به استاندارد GB/T 3682، یک شاخص جریان مذاب برای اندازه گیری مقدار ماده اکسترود شده از طریق قالب استاندارد در 10 دقیقه در دمای خاص (معمولاً 230 درجه) و بار (2.16 کیلوگرم) استفاده می شود که واحد آن گرم در 10 دقیقه است. سرعت جریان ذوب مواد غذایی-درجه PP معمولاً در محدوده 2{10}}10 گرم در 10 دقیقه کنترل می‌شود، در حالی که محدوده برای PP عمومی 0.5-30 گرم در 10 دقیقه است.

تست سرعت جریان مذاب به ویژه در تشخیص مواد بکر و بازیافتی موثر است. مطالعات نشان داده است که پس از چرخه های پردازش متعدد، PP به دلیل نیروهای برشی دچار بریدگی زنجیره ای می شود که منجر به کاهش وزن مولکولی و افزایش قابل توجه مقدار MFR می شود. مقدار MFR PP بکر نسبتاً پایدار است، در حالی که مقدار MFR مواد بازیافتی ممکن است چندین برابر بیشتر از مواد اولیه باشد. برای مثال، یک دسته از PP بکر ممکن است MFR 5 گرم در 10 دقیقه داشته باشد، در حالی که مواد بازیافتی که 5 بار پردازش شده اند ممکن است MFR 15-20 گرم در 10 دقیقه داشته باشند. لازم به ذکر است که الگوی تغییر PE{10}}LD برعکس است. MFR آن با افزایش چرخه‌های پردازش کاهش می‌یابد، زیرا PE{11}}LD عمدتاً به جای واکنش‌های بریدگی زنجیره‌ای، تحت واکنش‌های پیوند متقابل قرار می‌گیرد. آنالیز حرارتی شامل کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC) و آنالیز حرارتی وزنی (TGA) یکی از موثرترین روشها برای شناسایی مواد PP است. DSC با اندازه گیری اختلاف جریان حرارتی بین نمونه و مرجع، نقطه ذوب، دمای تبلور، تبلور و زمان القاء اکسیداسیون (OIT) یک ماده را به دقت تعیین می کند. TGA پایداری حرارتی و رفتار تجزیه یک ماده را با اندازه‌گیری تغییر جرم نمونه با دما یا زمان تجزیه و تحلیل می‌کند.

در آزمایش DSC، PP باکره معمولاً یک پیک ذوب تک و تیز با دمای اوج بین 165-169 درجه و کریستالی بالا را نشان می‌دهد. PP بازیافت شده به دلیل بریدگی زنجیره مولکولی و توزیع وزن مولکولی گسترده‌تر، پیک ذوب گسترده‌تری را در منحنی DSC خود نشان می‌دهد و ممکن است پیک‌های ذوب متعددی را نشان دهد. به عنوان مثال، PP بازیافت شده ممکن است یک اوج کوچک در حدود 132 درجه (احتمالاً به دلیل اجزای با وزن مولکولی کم یا سایر پلاستیک ها) و یک قله اصلی در حدود 165 درجه را نشان دهد. علاوه بر این، به دلیل آسیب ساختار زنجیره مولکولی ناشی از چرخه های پردازش متعدد، تبلور PP بازیافت شده معمولاً کمتر از PP خالص است.

تجزیه و تحلیل TGA می تواند تفاوت در پایداری حرارتی مواد را نشان دهد. ویرجین PP معمولا دمای تجزیه حرارتی بالای 300 درجه دارد و فرآیند تجزیه نسبتاً ساده است. PP بازیافت شده، به دلیل وجود مواد افزودنی و ناخالصی های مختلف، رفتار تجزیه حرارتی پیچیده تری را نشان می دهد، به طور بالقوه شروع به تجزیه در دماهای پایین تر می کند و مراحل کاهش وزن متعدد را در طول تجزیه نشان می دهد. به ویژه قابل توجه است که جرم باقیمانده PP بازیافتی بسیار متفاوت است، از 0.2٪ تا 66٪، در حالی که جرم باقیمانده PP بکر معمولا بین 0.2٪ تا 0.5٪ است.

2.2 روش های تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی

تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی دقیق ترین روش برای شناسایی مواد PP است که عمدتا شامل تکنیک هایی مانند طیف سنجی مادون قرمز، آنالیز عنصری و کروماتوگرافی است.
طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) رایج ترین روش تجزیه و تحلیل شیمیایی است. FTIR می تواند به طور دقیق گروه های عاملی و ویژگی های ساختار مولکولی یک ماده را تجزیه و تحلیل کند و به سرعت نوع ماده پایه PP (هموپلیمر/کوپلیمر) و نوع مواد افزودنی را با مقایسه پیک های جذب مشخصه شناسایی کند. طیف مادون قرمز معمولی PP چهار قله تیز را در 2960-2800 cm-1 نشان می‌دهد که مربوط به ارتعاشات کششی C{6}H CH، CH2، و CH3 است. قله های 1460 سانتی متر-1 و 1376 سانتی متر-1 با ارتعاشات خمشی C{8}H مطابقت دارند. اوج در 1165 سانتی‌متر 1 نشان‌دهنده ارتعاش خمشی گروه متیل در خارج از صفحه است. و نوار 998 cm-1 مربوط به 11-13 واحد تکراری است و می تواند به عنوان یک نوار کریستالی برای محاسبه بلورینگی استفاده شود.

در تمایز بین مواد بکر و بازیافتی، کلید FTIR مشاهده اوج جذب C{0}}O در ناحیه 1600-1750 سانتی‌متر-1 است. مطالعات نشان داده‌اند که نمونه‌های PP همگی پیک‌های جذبی ضعیف C= را در این ناحیه نشان می‌دهند که ممکن است به دلیل اکسیداسیون مواد بازیافتی یا وجود مواد افزودنی حاوی گروه‌های عاملی کربونیل باشد. شدت اوج C{5}} PP باکره ضعیف و پایدار است، در حالی که اوج شدت C=O مواد بازیافتی به دلیل فرآیند اکسیداسیون به طور قابل توجهی قوی‌تر است. علاوه بر این، ATR{9}}FTIR همچنین می تواند PE-LD بازیافت شده را شناسایی کند. مواد بازیافتی که 6 بار پردازش شده اند، پیک مشخصه متیل جدیدی (2950.7 سانتی متر-1) را نشان می دهند، اما پیک مشخصه متیل در مواد بازیافتی که فقط یک بار پردازش شده اند آشکار نیست، که نشان دهنده محدودیت های خاصی در این روش است.

روش عملیاتی برای تجزیه و تحلیل FTIR نسبتا ساده است. ابتدا نمونه به اندازه مناسب برش داده می شود و روی لوازم جانبی ATR (Attenuated Total Reflectance) طیف سنج مادون قرمز تبدیل فوریه قرار می گیرد. محدوده اسکن روی 4000-400 سانتی‌متر-1، وضوح 4 سانتی‌متر-1، و تعداد اسکن‌ها معمولاً 32 تنظیم شده است. با مقایسه با یک کتابخانه طیفی استاندارد، ترکیب اولیه مواد را می‌توان به سرعت تعیین کرد. برای نمونه های پیچیده، طیف سنجی مادون قرمز دو بعدی نیز می تواند برای شناسایی اجزای مختلف با تجزیه و تحلیل تغییرات در طیف استفاده شود.

آنالیز عنصری عمدتاً برای شناسایی فلزات سنگین و سایر عناصر مضر در مواد استفاده می شود. درجه PP مواد غذایی دارای الزامات سختگیرانه ای برای محتوای فلزات سنگین است، با محتوای کادمیوم کمتر یا مساوی 0.005 میلی گرم بر کیلوگرم، محتوای جیوه کمتر یا مساوی 0.01 میلی گرم بر کیلوگرم، و محتوای سرب کمتر یا مساوی 0.01 میلی گرم بر کیلوگرم. روش‌های تشخیص معمولاً از طیف‌سنجی جرمی پلاسمای جفت شده القایی (ICP{6}}MS)، با حد تشخیص mg/kg 001/0 یا طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS) استفاده می‌کنند.

آنالیز عنصری روش مهمی برای تشخیص مواد بکر و بازیافتی است. مطالعات نشان داده است که محتوای فلزات سنگین در مواد PP بکر بسیار مشابه است، با انحراف نسبی بیش از 57٪، در حالی که محتوای فلزات سنگین در مواد بازیافتی اغلب بیش از دو مرتبه بزرگتر از مواد اولیه است. این به این دلیل است که مواد بازیافتی ممکن است در طول فرآیند بازیافت با منابع مختلف آلودگی از جمله زباله های صنعتی و زباله های خانگی تماس پیدا کنند که منجر به تجمع فلزات سنگین شود. در آزمایش واقعی، اگر محتوای فلز سنگین یک نمونه به طور غیرعادی بالا باشد، به طور کلی می توان تشخیص داد که این ماده بازیافتی یا مخلوطی حاوی مواد بازیافتی است.

تجزیه و تحلیل کروماتوگرافی شامل کروماتوگرافی گازی-طیف‌سنجی جرمی (GC-MS) و-کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC) است که عمدتاً برای شناسایی ترکیبات آلی فرار، مونومرهای باقی‌مانده و افزودنی‌ها در مواد استفاده می‌شود. GC{4}}MS را می توان برای تجزیه و تحلیل ترکیبات آلی فرار و مونومرهای باقیمانده استفاده کرد، در حالی که HPLC برای تجزیه و تحلیل مهاجرت افزودنی غیرفرار استفاده می شود. به طور خاص، فناوری کروماتوگرافی گازی{7}}طیف سنجی جرمی (HS-GC-MS) در استاندارد ملی GB/T 46019.2-2025، مخصوصاً برای شناسایی پلی پروپیلن بازیافتی گنجانده شده است.

روش HS{0}}GC-MS شامل روش زیر است: 1.5 گرم از نمونه را وزن کنید (با دقت 0.1 میلی گرم) و آن را در یک ویال 20 میلی لیتری headspace قرار دهید. 20 میکرولیتر محلول نفتالین D8{13} (0.3 ug/mL) را به عنوان استاندارد داخلی اضافه کنید. پس از تعادل در دمای 150 درجه به مدت 30 دقیقه، آنالیز را انجام دهید. شاخص ماندگاری هر جزء فرار با استخراج زمان ماند n-آلکان ها و سطح پیک نسبی با نرمال سازی استاندارد داخلی ناحیه پیک محاسبه می شود. محققان 170 نمونه PP بکر و 119 نمونه PP بازیافت شده را تجزیه و تحلیل کردند، 25 جزء فرار مشخصه را غربال کردند و یک مدل شناسایی بر اساس الگوریتم جنگل تصادفی با دقت بیش از 95٪ ایجاد کردند.

2.3 روش های مشاهده ریزساختار و مورفولوژی

مشاهده ریزساختار و مورفولوژی روشی برای شناسایی مواد PP از سطح مولکولی و دیدگاه مورفولوژی میکروسکوپی است که عمدتاً شامل کالری‌سنجی روبشی تفاضلی، میکروسکوپ نور پلاریزه و میکروسکوپ الکترونی روبشی است.

کالریمتری اسکن تفاضلی (DSC) نه تنها می تواند پارامترهای عملکرد حرارتی ماده را اندازه گیری کند، بلکه با تجزیه و تحلیل رفتار ذوب و تبلور آن، نوع ماده را نیز شناسایی می کند. DSC می تواند پارامترهای عملکرد حرارتی مشخصه مواد مانند دمای انتقال شیشه، نقطه ذوب و بلورینگی را ارائه دهد. این پارامترها برای تمایز بین مواد بکر و بازیافتی اهمیت زیادی دارند. در عمل 5 تا 10 میلی گرم از نمونه را وزن کرده و در تشتک نمونه آلومینیومی قرار می دهند و دما را از دمای اتاق به 20 درجه بالاتر از نقطه ذوب با سرعت گرمایش 10 درجه در دقیقه افزایش داده و منحنی DSC ثبت می شود.

منحنی DSC PP باکره معمولاً یک پیک ذوب تک و تیز با شکل متقارن را نشان می دهد و دمای ذوب بین 165-169 درجه است. با این حال، منحنی DSC مواد بازیافتی، ویژگی‌های متفاوتی را نشان می‌دهد: پیک ذوب گسترده می‌شود، قله‌های ذوب متعدد ممکن است ظاهر شوند (به عنوان مثال، در 132 درجه و 165 درجه)، شکل اوج نامتقارن است، و دمای ذوب کاهش می‌یابد. به عنوان مثال، در یک مطالعه، نقطه ذوب نمونه ها از #4 به #1 به ترتیب کاهش یافت و همه زیر 170 درجه بودند، و بلورینگی نیز به طور متوالی کاهش یافت. نمونه شماره 5 همچنین اوج تبلور سرد را در طول فرآیند گرمایش نشان داد، که نشان می‌دهد تحرک زنجیره‌های مولکولی با افزایش دما افزایش می‌یابد و بخش‌های زنجیره برای تشکیل کریستال‌ها مرتب می‌شوند.

محاسبه کریستالینیتی نیز برای شناسایی مهم است. با توجه به فرمول Xc=ΔHm/ΔH0 × 100% (که در آن ΔHm آنتالپی ذوب نمونه و ΔH0 آنتالپی ذوب PP کریستالی 100%، 240.5 J/g است)، بلورینگی ماده قابل محاسبه است. تبلور PP بکر معمولا بین 60-80٪ است، در حالی که کریستالی بودن مواد بازیافتی ممکن است به دلیل تخریب ساختار زنجیره مولکولی به 40-60٪ کاهش یابد. با مقایسه تغییرات در بلورینگی، می توان تعیین کرد که آیا این ماده چندین مرحله پردازش را پشت سر گذاشته است. میکروسکوپ پلاریزه امکان مشاهده مستقیم مورفولوژی اسفرولیت و اندازه PP را فراهم می کند، بنابراین ویژگی های تبلور ماده را تعیین می کند. ویرجین پی پی به دلیل منظم بودن زنجیره مولکولی بالا، اسفرولیت های یکنواخت با مورفولوژی کامل را تشکیل می دهد. با این حال، PP بازیافت شده دارای توزیع وزن مولکولی وسیع تری است که منجر به تشکیل اسفرولیت هایی با اندازه های مختلف و شکل های نامنظم می شود. به ویژه هنگام مشاهده پدیده انکسار دوگانه کروی‌ها، PP باکره یک الگوی انقراض متقاطع مالتی را نشان می‌دهد، در حالی که الگوی انقراض PP بازیافتی ممکن است مبهم یا ناقص باشد.

تجزیه و تحلیل میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) می تواند مورفولوژی سطح و ساختار مقطع{0}} ماده را مشاهده کند. مقطع{2}}PP باکره ویژگی‌های شکست انعطاف‌پذیر یکنواخت، سطح صاف و بدون عیب آشکار را نشان می‌دهد. سطح مقطع PP بازیافتی ممکن است ویژگی‌های شکستگی شکننده، سطح ناهموار و عیوب مختلف مانند فضای خالی، ترک‌ها و ناخالصی‌ها را نشان دهد. SEM همچنین می تواند برای تجزیه و تحلیل طیف سنجی پراکنده انرژی (EDS) برای تشخیص ترکیب عنصری مواد استفاده شود، که به ویژه برای شناسایی آلاینده ها موثر است.

محققان از ترکیبی از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (SEM) و طیف‌سنجی پراکنده انرژی (EDS) برای تجزیه و تحلیل مورفولوژی و ترکیب عنصری نمونه‌ها استفاده کردند و تجزیه و تحلیل دقیقی از ترکیب میکروسکوپی و مورفولوژی نمونه‌ها ارائه کردند. این روش می‌تواند تفاوت‌های ظریفی را که با چشم غیرمسلح نامرئی است، مانند ذرات ناخالصی ریز، لایه‌های اکسید سطحی و علائم پردازش آشکار کند. به خصوص برای نمونه‌هایی که حاوی مقدار کمی مواد بازیافتی هستند، روش‌های ماکروسکوپی ممکن است نتوانند آنها را شناسایی کنند، اما تجزیه و تحلیل SEM{2}}EDS می‌تواند توزیع عنصری غیرعادی را نشان دهد.

3.1 طراحی فرآیند شناسایی سیستماتیک

بر اساس سه روش اصلی که در بالا توضیح داده شد، می‌توانیم یک فرآیند شناسایی سیستماتیک برای اطمینان از تمایز دقیق بین مواد اولیه، بازیافتی و بازیافتی طراحی کنیم. این فرآیند از یک سیستم شناسایی سه سطحی استفاده می‌کند: "غربالگری اولیه - در-تحلیل عمیق - تعیین جامع".

سطح اول: غربالگری مقدماتی. ابتدا بازرسی بصری و تست چگالی را انجام دهید. مواد بکر با کیفیت بالا باید دارای بافت مات یکنواخت، رنگ خالص (بیشتر -سفید یا شفاف)، بدون ناخالصی، لکه‌های سیاه، یا احساس دانه‌ریزی و بدون بوی تند باشد. آزمایش چگالی از روش ستون گرادیان چگالی یا یک چگالی سنج خودکار برای مقایسه چگالی نمونه با مقدار استاندارد (0.90{8}}0.91 g/cm³) استفاده می‌کند. اگر مقدار چگالی بیش از 0.005 ± گرم بر سانتی‌متر مکعب از محدوده استاندارد منحرف شود، به طور کلی می‌توان آن را به عنوان ماده غیر بکر تعیین کرد.

به طور همزمان، آزمایش نرخ جریان مذاب (MFR) انجام می شود. مقدار MFR PP باکره باید در محدوده استاندارد و نسبتاً پایدار باشد. اگر مقدار MFR به طور غیر عادی بالا باشد (بیش از دو برابر مقدار استاندارد)، ممکن است مواد بازیافتی باشد.

سطح دوم: تحلیل عمیق-. تجزیه و تحلیل دقیق تری بر روی نمونه ها پس از غربالگری اولیه انجام می شود. ابتدا، تجزیه و تحلیل FTIR با تمرکز بر شدت پیک جذب C{3}} در ناحیه 1600-1750 سانتی‌متر-1 انجام می‌شود. اگر اوج C{6}}به طور قابل توجهی افزایش یابد، نشان می‌دهد که ماده ممکن است تحت اکسیداسیون قرار گرفته باشد و احتمالاً مواد بازیافتی است. سپس آنالیز DSC برای مشاهده شکل، تعداد و دمای پیک های ذوب انجام می شود. اگر چندین پیک ذوب ظاهر شود یا دمای ذوب به طور قابل توجهی کمتر باشد، همراه با تغییرات در کریستالی بودن، می تواند بیشتر تایید کند که آیا این ماده بازیافتی است یا خیر.

سطح سوم: قضاوت جامع. برای نمونه هایی که هنوز قابل تعیین نیستند، از روش HS-GC-MS برای تأیید نهایی استفاده می شود. طبق استاندارد ملی GB/T 46019.2-2025، قضاوت با تجزیه و تحلیل 25 مؤلفه فرار مشخصه همراه با یک مدل الگوریتم جنگل تصادفی انجام می شود. این روش دارای دقت بیش از 95 درصد است و می تواند به طور موثر بین PP بکر و PP بازیافتی تمایز قائل شود. به طور همزمان، تجزیه و تحلیل عنصری برای تشخیص محتوای فلزات سنگین انجام می شود. اگر محتوای فلز سنگین بیش از دو مرتبه بزرگتر از محدوده نرمال باشد، می توان آن را به عنوان ماده بازیافتی تعیین کرد.
در عملیات عملی، استفاده از چندین روش برای تأیید متقابل توصیه می شود. به عنوان مثال، ابتدا از چگالی و شاخص جریان مذاب برای غربالگری اولیه استفاده کنید، سپس از FTIR و DSC برای تأیید استفاده کنید، و در نهایت از HS-GC-MS برای داوری استفاده کنید. این ترکیب از روش ها می تواند از محدودیت های یک روش اجتناب کند و دقت شناسایی را بهبود بخشد.

3.2 سیستم استاندارد قضاوت نتیجه

ایجاد یک استاندارد قضاوت علمی نتایج کلیدی برای اطمینان از صحت شناسایی است. بر اساس استانداردهای ملی و شیوه های صنعت، ما می توانیم سیستم استاندارد قضاوت زیر را ایجاد کنیم.

معیارهای قضاوت خواص فیزیکی:

• چگالی: PP ویرجین 0.905-0.910 g/cm³ است، مواد بازیافتی ممکن است در محدوده 0.900-0.915 g/cm³ نوسان داشته باشند، و مواد بازیافتی به دلیل ترکیب پیچیده‌اش، تنوع چگالی بیشتری دارند.
• نرخ جریان مذاب (MFR): مقدار MFR PP بکر باید در محدوده مشخصات استاندارد باشد (معمولاً 2-10 گرم در 10 دقیقه)، مقدار MFR مواد بازیافتی ممکن است کمی بیشتر باشد، و مقدار MFR مواد بازیافتی ممکن است 2-5 برابر بیشتر از مواد اولیه باشد.
• نقطه ذوب: نقطه ذوب PP بکر 165-169 درجه است، نقطه ذوب مواد بازیافتی اساساً بدون تغییر باقی می ماند و نقطه ذوب مواد بازیافتی ممکن است 5-10 درجه کاهش یابد و ممکن است پیک های ذوب متعدد ظاهر شود.
• بلورینگی: تبلور PP بکر 60-80٪ و کریستالینی بودن مواد بازیافتی 40-60٪ است.

معیارهای قضاوت ترکیب شیمیایی:

• قله‌های مشخصه FTIR: شدت اوج C{0}O (1600-1750cm-1)، در مواد بکر ضعیف‌تر، در مواد بازیافتی به‌طور قابل‌توجهی قوی‌تر. قله مشخصه متیل (2950cm-1)، پس از چند مرحله پردازش ظاهر می شود.
• محتوای فلزات سنگین: محتوای فلز سنگین مواد اولیه بسیار کم است (انحراف نسبی <57٪)، و محتوای فلز سنگین مواد بازیافتی ممکن است بیش از دو مرتبه بزرگتر از مواد اولیه باشد.
• اجزای فرار: 25 جزء مشخصه توسط HS-GC-MS شناسایی می‌شوند و تفاوت‌های قابل‌توجهی در نوع و محتوای اجزاء بین مواد اولیه و مواد بازیافتی وجود دارد.

معیارهای قضاوت ریزساختار:

• DSC Melting Peak: مواد بکر یک قله تیز را نشان می‌دهند، در حالی که مواد بازیافتی شکل قله گسترده‌تری را نشان می‌دهند و ممکن است چندین قله داشته باشند.
• مورفولوژی اسفرولیت: مواد بکر دارای اندازه اسفرولیت یکنواخت و مورفولوژی کامل هستند، در حالی که مواد بازیافتی دارای اندازه‌های اسفرولیت متفاوت و مورفولوژی نامنظم هستند.
• مورفولوژی سطح: مقطع-مواد بکر صاف و یکنواخت است، در حالی که مقطع-مواد بازیافتی ناهموار است و ممکن است دارای نقص باشد.

در قضاوت واقعی، چندین شاخص باید به طور جامع در نظر گرفته شوند. به عنوان مثال، اگر یک نمونه به طور همزمان شرایط زیر را داشته باشد: چگالی در محدوده استاندارد، مقدار MFR معمولی، پیک ذوب منفرد در DSC، اوج C=O ضعیف در FTIR، و محتوای فلز سنگین کم، آنگاه به عنوان ماده بکر در نظر گرفته می‌شود. اگر نمونه افزایش قابل توجهی در مقدار MFR، پیک های متعدد در DSC، پیک های C{3}}افزایش یافته در FTIR و محتوای فلزات سنگین بالا را نشان دهد، مشخص می شود که مواد بازیافتی است. برای نمونه هایی که بین این دو حد قرار می گیرند، آنالیز HS-GC-MS مورد نیاز است، همراه با یک مدل جنگل تصادفی برای تعیین نهایی.

3.3 محدودیت های روش و نقاط کنترل کیفیت

اگرچه روش های فوق دقت بالایی دارند، اما هر روش دارای محدودیت هایی است که در کاربردهای عملی باید مورد توجه قرار گیرد.

• محدودیت های تست چگالی:اگرچه تست چگالی ساده و سریع است، اما فقط اطلاعات محدودی را ارائه می دهد. چگالی انواع مختلف PP (مانند هموپلیمر و کوپلیمر) ممکن است کمی متفاوت باشد و برخی از مواد افزودنی (مانند پرکننده ها) می توانند به طور قابل توجهی بر مقدار چگالی تأثیر بگذارند. بنابراین، آزمایش چگالی تنها می تواند به عنوان یک روش غربالگری اولیه استفاده شود و نمی تواند به عنوان مبنای نهایی برای تعیین استفاده شود.

• محدودیت های تست سرعت جریان مذاب:تست MFR تا حد زیادی تحت تاثیر دما و تاریخچه برشی است و تغییرات جزئی در شرایط آزمایش می تواند منجر به انحراف در نتایج شود. علاوه بر این، برخی از اصلاح کننده ها (مانند نرم کننده ها) نیز بر مقدار MFR تأثیر می گذارند. بنابراین، هنگام انجام آزمایش MFR، شرایط آزمایش باید به شدت کنترل شود و چندین آزمایش موازی انجام شود.
• محدودیت های تجزیه و تحلیل FTIR:روش ATR-FTIR برای شناسایی مواد بازیافتی PE-LD به خوبی کار می‌کند، اما در شناسایی مواد بازیافتی PP، به ویژه مواد بازیافتی که تحت یک چرخه پردازش قرار گرفته‌اند، محدودیت‌هایی دارد، که ممکن است تفاوت‌های قابل‌توجهی نشان ندهد. علاوه بر این، FTIR فقط می تواند اطلاعات گروه عملکردی را ارائه دهد و نمی تواند ساختار شیمیایی خاص را تعیین کند.

الزامات روش HS-GC-MS:اگرچه این روش از دقت بالایی برخوردار است، اما به تجهیزات پیچیده و اپراتورهای بسیار ماهر نیاز دارد. این کار به یک کروماتوگرافی گازی{1}}طبق‌سنج جرمی{1}}با منبع EI، یک نمونه‌بردار فضای اصلی که در دمای حداقل 150 درجه کار می‌کند، و نرم‌افزار تحلیلی حرفه‌ای و اپراتورهای{3} آموزش دیده نیاز دارد.

 

برای اطمینان از صحت نتایج شناسایی، یک سیستم کنترل کیفیت جامع باید ایجاد شود:

کنترل نمایندگی نمونه:استانداردهای نمونه برداری (مانند ISO 2859) را به شدت رعایت کنید تا اطمینان حاصل شود که نمونه های گرفته شده به طور دقیق ویژگی های کل دسته مواد را منعکس می کنند. برای مواد دانه ای، نمونه ها باید از نقاط مختلف در مکان های مختلف گرفته شود، به طور یکنواخت مخلوط شده و سپس آزمایش شود.

کالیبراسیون و نگهداری ابزار:تمام تجهیزات تست باید به طور منظم کالیبره شوند. ترازهای الکترونیکی، ماشین‌های تست جهانی و سایر تجهیزات اندازه‌گیری نیاز به کالیبراسیون سالانه توسط یک موسسه اندازه‌شناسی قانونی دارد. آزمایش‌کننده‌های سرعت جریان مذاب و آزمایش‌کننده‌های دمای اعوجاج حرارتی باید هر شش ماه در خانه یا توسط شخص ثالث کالیبره شوند. موارد کالیبراسیون عبارتند از دقت دما، دقت مقدار نیرو و ثبات نرخ. گزارش های کالیبراسیون باید برای ارجاعات بعدی بایگانی شوند تا از قابلیت ردیابی داده های آزمایش اطمینان حاصل شود.

کنترل شرایط محیطی:محیط آزمایش باید الزامات استاندارد را برآورده کند، زیرا دما، رطوبت و تمیزی همگی می توانند بر نتایج آزمایش تأثیر بگذارند. به عنوان مثال، آزمایش چگالی نیاز به یک محیط دمای ثابت 0.5±23 درجه دارد. تجزیه و تحلیل FTIR باید در یک محیط خشک انجام شود تا از تداخل بخار آب جلوگیری شود. و آزمایش میکروبیولوژیک باید در اتاق تمیز انجام شود.

ثبت و ردیابی:تمام فرآیندها و نتایج آزمایش باید با جزئیات ثبت شوند، از جمله اطلاعات نمونه، شرایط آزمایش، داده‌های خام، فرآیند محاسبه و نتایج نهایی. سوابق باید واضح، دقیق، قابل ردیابی و برای یک دوره مشخص نگهداری شوند.

با ایجاد یک سیستم کنترل کیفیت جامع، می‌توان مزایای روش‌های مختلف شناسایی را به حداکثر رساند و از تمایز دقیق مواد خام پلاستیکی -غذای بکر، بازیافتی، و بازیابی شده اطمینان حاصل کرد و پشتیبانی فنی قابل اعتمادی را برای کنترل کیفیت محصول ارائه کرد. در کاربردهای عملی، ترکیب مناسبی از روش‌ها باید بر اساس شرایط خاص انتخاب شود که هم دقت و هم در نظر گرفتن هزینه‌ها و کارایی آزمایش را تضمین کند. برای مواد غذایی-گرید PP، ماده ای با الزامات ایمنی بسیار بالا، توصیه می شود از روش های متعددی برای شناسایی جامع استفاده کنید تا از کیفیت محصول و ایمنی مواد غذایی اطمینان حاصل شود.