1.1 外观法
外观鉴定主要是通过视觉、触觉、嗅觉等来观察塑料产品的外观特征,如产品的形状、透明性、颜色、光泽、硬度等。塑料经过回收再加工过程,颜色、光泽、强度等都会发生变化,无二次料的颜色一般都会较透明,混有二次料的产品会降低透明性,透明性比无二次料的低;二次料的光泽比较差;塑料的强度可用牙齿咬来初步确定,有添加二次料的比较脆。[6]外观法一般作为塑料二次料的初步鉴定。
1.2 密度、冲击强度、抗拉强度、压缩强度、弯曲强度等物理性能检验法
同种类的塑料,其密度通常相差比较大,同一种塑料经再回收前后密度相差也会有较大的差别。密度法可用于塑料二次料的大致鉴别,但不能用来表征塑料二次料,因为塑料回收再生过程中会产生许多空洞或其他缺陷。[5]例如,ABS/PC的再生过程就会产生很多微小的孔洞,并且孔洞的数量随着再生次数的增多而增加。[7]
对于冲击强度、抗拉强度、压缩强度、弯曲强度等强度性质,随着塑料二次回收料含量的增加会发生变化。例如,HP-126NC001、GAR-011C(KS 2511BK)、GAR-011(L65) KS2511BK、GAR-011(L85) KS2511BK这四种ABS塑料产品,四种产品ABS二次料添加量是依次增大的。依次对四种产品做抗拉强度、弯曲强度、压缩强度、冲击强度测试,这些强度性质随着二次料含量的增大关系,如图1~4所示。从图中,可以看出塑料的抗拉强度、弯曲强度、压缩强度、冲击强度都有随着二次料添加量的增加而降低的趋势,特别是抗拉强度和弯曲强度出现了明显的下降。这些强度性质的降低是与二次料在回收利用过程中形成空洞与缺陷、分子量的减小是密切相关的。因此,对于塑料回收料的鉴定,可以通过测试塑料的这些强度性质,通过对比可以初步确定产品中是否含有二次回收料。
1.3 溶解法
利用塑料在不同有机溶剂的溶解性可以鉴别不同的塑料,也可以鉴别塑料二次料,由于二次料回收再利用过程中,难以达到较高的纯度,都会存在些杂质,导致二次料的溶解性没有原产料的好,塑料二次料在有机溶剂溶解过程中会有残渣的出现。常用的塑料溶解有机溶剂有苯、二甲苯、四氢呋喃、、丙酮与甲酸等。但是溶解法有非常大的局限性,很多塑料产品在加工过程中都会加有各种填料,这就影响了二次料与原产料的对比。因此,溶解法做二次料鉴定有很大的误差,但作为鉴定塑料二次料种类是比较快的方法。[4]
以上为三种常用的物理鉴定法,也是比较简单的鉴定方法,能初步判断是否为二次回收料产品。
3. 仪器分析鉴定法
3.1红外光谱吸收光谱分析法
红外光谱是记录物质对红外光的吸收程度(或透过程度)与波长(或波数)的关系图。波长范围从0.75μm到300μm的区域称为红外区。可以根据红外光谱吸收峰的位置和形状来推断未知物结构,依照特征吸收峰的强度来测定混合物各组分的含量,红外光谱分析法具有快速、高灵敏度、试样用量少、能分析各种状态的试样等特点。[8]因此,利用红外光谱可以分析鉴定塑料二次料。
按照红外光波长的不同,可以将红外光谱分为3个区域,分别为近红外区、中红外区和远红外区,相对应的为近红外分析技术(NIR)、中红外分析技术(MIR)和远红外分析技术(FIR)。近红外分析技术的波长范围为0.75-2.5μm,适用于大多数通用塑料和工程塑料的鉴定。中红外分析技术是目前应用较为广泛的定性与定量分析的技术之一,利用中红外光分析技术可以确定塑料特定的化学键与官能团,因此,也可以用来鉴别塑料。远红外光谱只能引起骨架的振动,不适用于鉴别分析。在塑料二次料的鉴定当中,红外光谱也是一个能有效保证结果准确的方法之一,由于塑料在回收过程中分子量会减小和杂质的存在,利用红外光谱分别对塑料二次料与原产料分析,比较红外吸收峰位移和强弱,可以鉴定二次料的存在。[9][10]
3.2 差示扫描量热法(DSC)
差示扫描量热法是指在程序温度控制下,测量输入到被测样品与参比样品的功率差或热量差与温度(或时间)关系的技术。常用的DSC有功率补偿型与热流补偿型两大类。功率补偿型DSC,通过功率差与温度(或时间)的关系曲线,能提供关于物质的物理和化学的变化,包括吸热、放热、热容变化过程和物质相转变的定量或定性的信息。不同物质在升温或降温过程中,其关系曲线也不相同,功率差与温度的曲线变化对应于物质热容的变化。[11][12]废旧塑料在回收再利用过程中,塑料的热学性质会发生改变,因此,利用DSC得出的功率差与温度的关系曲线和原产料相对应的DSC曲线是有区别的,可以利用这点对塑料二次料进行鉴定。下面以丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS)和耐冲击性苯乙烯(HIPS)为例子分析。
分别用含0%、10%、20%、40%、50%、70%、二次料的ABS和HIPS进行DSC测试,以国际标准ISO11357的条件进行测试,取第二次升温曲线分析,测试的结果如图5和图6。
,我们可以看出ABS中加入二次料对其玻璃化转变温度的影响较小,几乎可以忽略不计。通过观察含0%-二次料样品的DSC曲线,可以看出在120℃至140℃之间的热容变化台阶随着二次料的含量增加而向左移动,并且随着二次料添加量的增加在165℃左右出现了新的热容变化台阶,并且随着二次料含量的增加热容变化越来越强,这个台阶可以看成是二次料的特征热容变化。
如果能将各种塑料原产料和二次料的DSC曲线中的特征热容变化台阶积累成DSC曲线数据库,即可利用DSC鉴定二次料能达到方便准确的效果,将产品的DSC曲线与数据库里面的曲线对照就能得出该塑料产品是否含有二次料。同时,利用DSC法鉴定二次料也可利用与原产料的DSC曲线对比,找出曲线之间的特征热容变化台阶以鉴定产品中是否含有二次料。