Polyethylene content determination in polypropylene pellets by NIRS

Význam tématu

Recyklace polyolefinů, zejména separace polyethylenu (PE) od polypropylenu (PP), je klíčovou výzvou pro udržitelnou výrobu plastů. Nízký podíl PE v PP matrice zhoršuje mezifázové vazby a oslabuje mechanické vlastnosti finálních výrobků. Rychlá a spolehlivá kvantifikace PE v PP je proto nutná pro optimalizaci recyklačních procesů a zajištění kvality recyklátů.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie bylo ověřit možnost použití blízké infračervené spektroskopie (NIRS) pro kvantifikaci obsahu PE v PP peletech. Metoda byla porovnána se standardní, časově náročnou metodou diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC). Studie se zaměřila na rychlé měření (<10 s) a vyhodnocení přesnosti predikčních modelů v různých rozsazích PE obsahu.

Použitá metodika a instrumentace

Bylo připraveno 54 vzorků polymerních směsí s obsahem PE 0,5–35 % hmotn. Obsah PE byl před samotným měřením stanoven vážením. Spektra se sbírala na přístroji OMNIS NIR Analyzer Solid pomocí rotující velké odměrné nádobky (100 mm), která minimalizuje vliv velikosti částic.

Použitá instrumentace

• OMNIS NIR Analyzer Solid (Metrohm č. 2.1071.0010)
• Velký držák OMNIS NIR, 100 mm (č. 6.07402.100)
• Velká miska OMNIS NIR, 100 mm (č. 6.07402.110)
• OMNIS Stand-Alone license (č. 6.6072.208)
• Quant Development software license (č. 6.06008.002)

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrační modely byly vytvořeny pro dvě oblasti obsahu PE:

• Rozsah 0,5–35,0 %: SECV = 1,10 %, SEC = 0,94 %, R2CV = 0,987
• Rozsah 0,5–9,0 %: SECV = 0,60 %, SEC = 0,51 %, R2CV = 0,950

Přesnější hodnoty chyb (nižší SEC/SECV) jsou dosaženy při úzkém rozsahu obsahu PE. NIRS umožňuje stanovení za sekundy, zatímco DSC vyžaduje zhruba 60 minut na vzorek.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby analýzy – sekundy vs. hodiny
• Minimální příprava vzorku a neinvazivní měření
• Možnost inline integrace v recyklačním provozu
• Rozšířená analýza fyzikálních parametrů (např. hustota)

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozvoj NIRS pro kvantifikaci dalších příměsí v polyolefinech, včetně barevných aditiv či polymerních kopolymerů. Dále se předpokládá masivní nasazení inline monitoringu v recyklačních linkách a kombinace NIRS s chemometrickými algoritmy strojového učení pro zvýšení robustnosti predikcí.

Závěr

Studie prokázala, že NIRS je efektivní a rychlá metoda pro určení obsahu PE v PP peletech. Díky vysoké přesnosti a minimální době měření se NIRS stává vhodnou alternativou ke standardní DSC metodě pro kontrolu kvality recyklovaných polyolefinů.

Reference

Application Note AN-NIR-124, Metrohm AG