热分析如何让塑料变得更加环保

塑料如今名声狼藉。每年生产的塑料超过3.8亿吨,其中近60%作为废物丢弃。实际上,把废弃塑料收集在垃圾填埋场和海洋中,这往往会导致灾难性的后果。然而,在减少排放对防止失控的气候灾难至关重要的时期,塑料可通过减轻运输重量、提高车辆的燃油效率和保持食物新鲜的方式帮助降低有害温室气体排放。

事实上,加拿大最近发布的文件证实,因塑料问题是源于塑料废物管理不善的,而塑料作为一种材料,对环境有诸多积极的影响。

 

 

回收塑料的挑战

目前,仅“16%的塑料废物得到回收,用于制造新塑料”。其余的塑料被焚烧、送往垃圾填埋场,或最终排入大海。由于原油价格波动以及回收过程依赖于人工对废物进行分类,回收问题往往非常复杂。有时,制造新塑料比回收旧塑料成本更低。许多塑料产品包含塑料或添加剂的混合物,使得塑料成分过于复杂而无法回收,即使确定塑料成分,也无法确定回收塑料是否与原始材料完全相同。与原始塑料相比,回收物品因暴露于雨水、紫外线辐射和高温,其材料特征可能会改变。

好消息是塑料回收率正在逐渐增加。但我们的全球塑料使用量也在以惊人的速度增长,这意味着尽管回收率变高了,但每年丢弃塑料废物变多了。

针对这一全球性问题的解决方案非常复杂,但可以快速准确地确定回收材料成分和潜在性能的简单技术将有助于生产设备使用更多可用的回收材料。这就是热分析发挥作用的地方。

热分析在塑料回收中的作用

在塑料的生命周期中,热分析有三种主要用途:

  1. 原材料测试。热分析可向您提供正在处理的聚合物类型,如PET或HDPE,纯度以及混合塑料中每种成分的百分比浓度。
  2. 最终产品检查。 在经过生产过程后,您可使用热分析检查塑料产品是否符合经认可的规范。您可能已验证原材料,但如果您在其中添加元素或将材料置于高温下,那么您需要在过程结束时验证实际特征。
  3. 新产品研发。 当您正在开发具有特定特征的新型聚合物时,热分析可帮助您全面了解新型聚合物表征,而无需对成品进行寿命测试。热分析可帮助您选择正确的添加剂,从而确保不产生任何不利影响,如不必要的颜色变化。

因此,如果您使用回收塑料,热分析可帮助解决关于使用回收塑料相关的问题。您可准确地确定塑料类型和数量,并根据指定产品或新型聚合物开发来检查其性能特征。

现在,我们来看看热分析在塑料生命周期中的具体示例。

示例1:用于原材料识别的DSC

此示例可以让您检查回收原材料的聚合物类型。使用差示扫描量热仪,通过测定玻璃化转变温度和熔点以便识别材料。

 

您可将熔融温度和/或玻璃化转变温度值与已知值进行比较,以验证聚合物类型。在此示例中,我们使用了DSC200仪器。

示例2:用于检查杂质的DSC

现在,我们来看看稍微复杂的示例。回收聚合物中的任何杂质均会影响其特性,因此DSC可用于检测微量有害物质。在此示例中,我们测试了含0.5% PP的HDPE,以说明如何在测量过程中检测少量PP。

 

在此案例中,我们使用了DSC600,这款仪器的灵敏度更高,为0.1µW。在测量杂质含量非常低的材料时,需要高灵敏度的仪器。两种聚合物的熔点差异显著,这种灵敏度水平可使您更容易看到PP的峰值。

示例3:用于检查回收塑料稳定性的TGA

您可能需要检查回收聚合物的另一个特征,即稳定性。如果材料用于高温环境,这可能适用于最终产品用途,但您也可检查材料是否可承受您自身的生产过程。这时,我们使用了同步热重分析仪STA200RV的TGA功能。我们分析了三种PET:90%回收、60%回收和0%回收。

 

图表显示,与原始材料相比,回收材料具有较低的稳定性,并在较低的温度下开始分解。材料的百分比越高,开始分解的温度越低。然后,您可将温度与生产过程中达到的温度进行比较,以确定回收材料的适用性。

示例4:您是否可在生产中使用重新研磨的部件?

这种情况有助于减少浪费和节约生产成本。问题在于,您能否将生产过程中产生的废物回收到生产中。我们寻找的关键点是聚合物有机成分和无机成分之间的组成是否有任何变化。STA/TGA能帮助让您了解任何成分变化。

 

通过图表,您可看到实线(原始材料)和虚线之间的差异。500℃和550℃之间的差异表明,在再利用样品中,无机材料(玻璃纤维)的浓度较低。

然而,为确定这是否是最终产品应用中的问题,我们使用了我们特有的RealView系统,该系统允许您在扫描过程中查看样品的情况。

 

 

原始材料

 

 

重新研磨的材料

这些图片可为您提供额外信息。例如,您可以看到重新研磨的材料具有较少的玻璃纤维,或者即使有,其纤维含量也比原始样品的纤维含量低。这只是一个示例,说明RealView技术能够为您提供比单纯的图形输出更全面的信息。

了解更多信息…

如需更多与日立系列热分析仪如何帮助您在生产中使用更多回收塑料有关的信息,您可查看我们关于热分析如何为塑料和地球带来更美好未来的网络研讨会,或联系我们就您的具体应用进行讨论。

 

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日期: 8 March 2022

作者: Olivier Savard, Thermal Analysis Specialist

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