红外光谱衰减全反射法结合热分析法分析PP再生料
发布时间：作者：admin来源：点击：次
聚丙烯是一种性能优良的热塑性塑料，具有耐化学性、耐热性、高强度机械性能、价格低廉等优点，被广泛用于食品和药品的包装、汽车工业、电子设备等[1,2,3]，但在给人们带来方便的同时，其废弃物也给人们带来了严重的环境污染问题，同时为构建经济发展和资源环境的良性循环体系，PP塑料回收再利用已经形成相当规模。在美国、欧盟等国家不允许再生聚丙烯塑料直接接触食品或者成为食品的包装容器，在中国虽然没有明确的规定，但按照再生聚丙烯塑料降级的原则，不允许将回收的聚丙烯塑料用于食品包装材料[4]。然而部分不良企业在利益的驱动下，将经消费者使用过的塑料废弃物作为回收料进行再加工直接用于食品包装材料，这不但扰乱了国民经济秩序，更给广大消费者健康带来危害甚至造成生命威胁。因此，开展食品用塑料制品中掺杂回收塑料的识别研究是一个亟待解决的问题。传统的物理鉴别法主要包括观察外观、火焰试验、热解试验、溶解性试验、显色反应等，但这些鉴别方法操作时间较长且精准度低[5]。
本文以不添与添加不同比例回收料的PP塑料为研究对象，采用衰减全反射红外光谱(ATR)、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TGA)对其进行鉴别和系统分析，该方法具有制样简单、方便快捷、准确的优点，可为再生塑料的快速分析鉴别提供参考，也在塑料制品的品质把控方面提供经验。
1 实验部分
1.1 样品制备
将回收的PP塑料制品经粉碎、熔融挤出、剪切造粒子后，在PP原料中按照质量比加入不同比例的回收料，制成厚度均匀的片样，并分别编为0#(0%),1#(40%),2#(60%),3#(80%),4#(100%）。
1.2 ATR试验
用带衰减全反射的红外光谱仪（Nicolet is50）对样片进行测试，测试时，参数设为扫描次数64次，扫描频率4HZ，动镜速度0.4747cm/s。将样品剪成2cm*2 cm样片，样片待测面朝下，用压头将样片压紧，使之与锗晶体紧密接触，然后采集样品的红外谱图。
1.3 DSC试验
利用差示扫描热量仪（0 DSC204F1）对样片进行测试。将样片修剪成适合坩埚大小的样片，然后称质量，样品质量一般为8～10mg；将样品装入铝坩埚中，并封上打过孔的锅盖，放置在自动进样器上准备进行测试；设置升温程序，试验采用三段式：1升温速度10℃/min，升温范围50～200℃，保温5min;2降温速度50℃/min，温度范围200～20℃，保温5min;3升温速度10℃/min，升温范围20～200℃。
1.4 TGA试验
利用热重分析仪(TG209F1)对样片进行测试。将样品修剪成适合坩埚大小的样片，然后称质量，样片质量一般为8～10mg；将样品小心放入陶瓷坩埚中，使样片尽可能与坩埚底部接触良好。设置温度程序：升温速度20℃/min，升温范围50～550℃。
2 结果与讨论
2.1 FTIR-ATR分析
对0#～4#进行傅里叶变换衰减全反射的红外测试，见图1。
图1 不同样品的红外光谱图
由图1可初步判断这5种样品中，0#的组分单一，为聚丙烯，其余四种除聚丙烯外，还有聚乙烯成分。2951cm-1是甲基的对称伸缩振动峰，2918cm-1是亚甲基的不对称伸缩振动峰，2867cm-1是甲基的不对称伸缩振动峰，2838cm-1是亚甲基的对称伸缩振动峰，1457cm-1是亚甲基的弯曲振动峰，1375cm-1是甲基的弯曲振动峰，1165cm-1是甲基面外摇摆振动吸收峰，加之997、971、840cm-1是聚丙烯的特征吸收峰，以上的峰均在5种样品中存在，可以确定5种样均含有PP，但1#～4#图谱线中还有718cm-1、730cm-1的吸收峰，此两个峰原是720cm-1即—（CHn)—(n≥4）面内摇摆振动峰分裂成两个尖锐的吸收峰，是聚乙烯的特征吸收峰，且是结晶型PE的特征吸收峰，由此可以得出1#～4#样品主要由聚丙烯和少量聚乙烯组成。
2.2 DSC热分析
对5种样品进行第2次升温曲线，见图2。
由图2可以看出，曲线0#只有1个熔融峰，熔融温度Tm为146.4℃，回收料的DSC曲线出现了明显的熔融双峰，a点处的熔点介于125.5℃～126.7℃范围内，与聚乙烯的熔点125℃[6]相近，b点处的熔点介于154.6℃～162.7℃范围，与聚丙烯的熔点相近，结合图1结果，可以判断添加了不同比例的回收料的PP再生料均含有PE成分。
图2 不同样品第2次升温的DSC曲线图
2.3 TG热分析
对5种样品进行热失重分析，其失重5%时的热分解温度和残留量如表2所示。
从上表2的热分解温度数据中不难发现，4#(100%回收料）在失重5%时的热分解温度（421.5℃）与0#(0%回收料）PP原料相差9.1℃，添加了不同量回收料的1#～4#PP再生料在失重5%时的温度均低于不添加回收料的PP原料失重5%时的温度，并且随着回收料的增加，其温度呈降低趋势，造成再生塑料热稳定性降低的原因应该是PP再生料在加工过程中出现裂解，使PP再生料的支链增加，一般支链越多其越易分解。而表2残留量的数据显示，0#的残留量最小0.96%,4#的残留量最大7.07%，其他再生料在随添加回收料比例增加残留量呈增大趋势，这与回收料中无机填料物的含量有关。
3结论
1）通过ATR-FTIR图谱中均含有718cm-1、730cm-1的PE特征吸收峰，初步得出添加了回收料的PP再生料，均含有PE成分，差示扫描量热仪器的检测进一步显示添加了回收料的样品均有双熔融峰现象，且其中一个的熔点与PE相近，与红外光谱检测的判定一致。热重分析结果显示添加了回收料的再生PP料，5%热分解温度随着回收料比例的增加而降低，残留量呈现升高趋势。
2)ATR-FTIR、DSC、TGA三种方法联合对PP再生料进行的检测，具备制样简单、用量少、速度快、准确等优点，在鉴定和综合分析再生料方面是行之有效的。
表2 热分解温度和残留量 下载原表
