XRF用于塑料生产和回收利用行业中的过程和质量控制

塑料经久耐用、用途广泛、质量轻、低成本的特点,确保了我们如今在日常生活中对它的依赖。从食品和药品包装到电子设备和我们驾驶的汽车,塑料无处不在。研究表明,自1950年以来,全球已生产了80多亿吨塑料,目前每年的产量超过3.5亿吨。我们都越来越意识到塑料对环境的影响,该行业正在努力提高可持续性,慢慢引入由可再生材料制成的生物塑料,并增加用作原料的可回收塑料的数量。

XRF for process and quality control in plastics production and recycling

 

测试在塑料加工和质量控制中的重要性

塑料的生命周期并非一路向前;一旦塑料产品达到使用寿命,它可以通过两种主要方式进行修复和重新使用,或回收利用。在机械回收中,塑料在不改变其化学结构的情况下被转化更新,并可用于制造新物品。化学回收将用过的塑料分解成基本成分单元(单体),使其可以作为原材料的原料使用。

测试在塑料表征中起着至关重要的作用,无论是对于原始原料还是再生塑料。它确保生产过程得到优化,以最大限度地减少浪费,确保塑料具有适合预期用途的成分,并确保不存在不需要的或有害的元素,以符合特定指令。测试过程中可以使用许多不同类型的分析,从简单的外观检验到密集的色谱技术。X射线荧光(XRF)是一项出色的技术,因为它完全无损,可用于粉末、颗粒、固体甚至液体,并在几分钟内提供全面的元素成分结果,几乎无需样品制备。

XRF用于塑料加工和质量控制

让我们更详细地了解一下XRF可以在哪些方面支持塑料加工和全生命周期的质量控制。

聚合过程中的催化剂监测

生命周期的第一步是将原材料(天然气或石油)加工成单体。下一步是将这些单体聚合成合适的塑料。在聚合过程中加入催化剂以加速反应,并确保所有的物质都得到转化。XRF用于测定基础聚合物中的催化剂水平。这使过程工程师能够监测反应状态,判断反应是否完成,并确保产品使用安全。

示例:精对苯二甲酸中的催化剂水平

精对苯二甲酸(PTA)用于生产高性能塑料,如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。它是通过在乙酸、催化剂(含钴和锰的溶液)和反应促进剂(氢溴酸)存在下氧化二甲苯获得。将所有这些混合在一起,监测催化剂和反应促进剂的水平以确保反应完全。

 

上表显示的是用我们的X-Supreme8000 EDXRF分析仪测得的结果。在90秒的扫描中同时检测到三种催化剂元素。检测限是仪器在背景信号之上能够检测到的给定元素的量。这低于定量限,而定量限是能够以良好的准确度和精确度测量的最低极限——真正重要的是这个值。我们可以看到,即使在如此短的分析时间内,这些元素的定量限也极低。这使操作员能够在过程需要调整时快速做出反应。

验证聚合物中的添加剂含量

生产过程的下一步是向原始聚合物中添加化学物质。这些添加剂赋予塑料最终加工和应用所必需的特殊性能。XRF用于检查添加剂是否达到预期水平。

示例:聚酯中的氧化钛添加剂

二氧化钛作为颜料被加入。它被广泛用于塑料生产,因为它在散射可见光和吸收紫外线方面表现优异,使PET等塑料具有白度、亮度和不透明度。添加适量的二氧化钛以满足给定的规格是很重要的。

 

上表中的数据显示的是用我们的LAB-X5000台式XRF分析仪获得的二氧化钛结果。您可以看到,在短短40秒内,仪器就能给出高度准确的颜料含量读数,确保产品质量连续批次的稳定。

检查有害物质是否符合法律规定

XRF分析也可用于原材料和成品的筛选,以符合危害物质(RoHS)限制指令。XRF不用于认证产品是否符合RoHS标准,但它是一种有用且公认的技术,可作为入库和聚合物原料的筛选方法。当以这种方式使用时,它可以减少实验室的分析量,降低成本并节省时间。

 

上表显示了受国际标准IEC62321监测的五种元素的XRF结果。使用XRF,您可以在短短30分钟内量化所有五种元素的水平是否低于可接受的限度。任何接近或超过限值的产品都可以通过电感耦合等离子体(ICP)或原子吸收(AA)光谱法提交实验室分析。我们有一系列专为RoHS分析设计的XRF分析仪。

这些只是XRF在塑料生产和回收的过程和质量控制中使用的三种方法,但还有其他用途,例如按类型分类待回收的塑料。日立XRF仪器专为在恶劣环境下工作而设计,使用安全、耐用、稳定,多年来为业界提供可靠的结果,购买日立仪器是一项出色的投资。

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要了解更多关于XRF用于塑料生产和回收的信息,请观看我们的点播网络研讨会,也可以联系我们的专家了解更多信息或安排演示。

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日期: 5 November 2021

作者: Christelle Petiot, XRF Product Manager

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