Matières premières en plastique de qualité alimentaire : matières vierges, recyclées et récupérées

Identification des matières premières en plastique de qualité alimentaire : les 3 méthodes de différenciation de base pour les matériaux vierges, recyclés et récupérés. Dans le contrôle qualité dequalité alimentaire-Les matières premières en plastique PP, en distinguant avec précision les matériaux vierges, recyclés et récupérés, constituent une étape cruciale pour garantir la sécurité des produits et la stabilité de la qualité. Bien que ces trois types de matériaux soient d’apparence similaire, ils présentent des différences significatives en termes de structure moléculaire, de composition chimique et de propriétés physiques. Sur la base des dernières normes nationales et pratiques industrielles, ce qui suit détaille trois méthodes d'identification de base et leurs procédures opérationnelles.

1.1 Définitions et différences entre les matériaux vierges, recyclés et récupérés

Le matériau vierge fait référence au matériau PP directement polymérisé à partir de matières premières pétrochimiques, caractérisé par une structure moléculaire régulière et une grande pureté. Ce type de matériau n'a jamais été utilisé, possède une chaîne moléculaire complète, une composition chimique unique et tous les indicateurs de performance sont réunisqualité alimentaire-normes. Virgin PP a une structure isotactique hautement ordonnée, avec tous les groupes latéraux méthyle situés du même côté de la chaîne principale, formant une forme hélicoïdale, avec une cristallinité de 50 % à 80 % et une plage de point de fusion de 160 à 176 degrés.

Les matériaux recyclés font référence aux déchets PP qui ont été simplement broyés et nettoyés après utilisation, principalement à partir de chutes, de produits défectueux ou de produits en plastique post--consommation issus du processus de production. Bien que ce type de matériau conserve la structure de base du PP, il peut contenir des additifs résiduels, des pigments, des impuretés et des produits de dégradation générés lors de son utilisation. Les chaînes moléculaires des matériaux recyclés peuvent être partiellement rompues et la distribution du poids moléculaire est plus large, entraînant des modifications des paramètres de performance.

1.2 Analyse comparative des paramètres de performance

En termes de propriétés physiques, il existe des différences significatives entre les trois types de matériaux. La densité est l’indicateur distinctif le plus intuitif. La densité du PP vierge est généralement comprise entre 0,90 et 0,915 g/cm³, tandis que la densité du PP recyclé est généralement comprise entre 0,9 et 0,91 g/cm³. La différence entre les deux est faible mais peut néanmoins être distinguée à l’aide d’instruments de précision. La résistance à la traction est un autre paramètre important. La résistance à la traction du PP vierge peut atteindre 30 à 40 MPa, tandis que la résistance à la traction du matériau recyclé n'est que de 20 à 30 MPa, soit 20 à 30 % inférieure à celle du matériau vierge.

En termes de propriétés thermiques, le PP vierge présente un pic de fusion unique, propre et lisse dans sa courbe de fusion, avec une température maximale comprise entre 165 et 169 degrés. La courbe de fusion des matériaux recyclés montre généralement plusieurs pics de fusion, autour de 132 degrés et 165 degrés, en raison des différents points de fusion du PP provenant de différentes sources. De plus, en raison des multiples étapes de traitement, l'indice de fusion (MFR) du matériau recyclé augmente considérablement, ce qui est le résultat d'une rupture de chaîne moléculaire entraînant une diminution du poids moléculaire.

Les différences de composition chimique sont plus complexes. La composition chimique du PP vierge est relativement simple, contenant principalement du polymère PP et une petite quantité d'additifs tels que des antioxydants. Les matériaux recyclés et récupérés peuvent contenir divers polluants, notamment des métaux lourds (dont la teneur peut être de plus de deux ordres de grandeur supérieure à celle des matériaux vierges), des résidus de pesticides, des agents de renforcement, des adhésifs, des bactéries, des virus et d'autres substances nocives. La présence de ces polluants affecte non seulement les performances du matériau mais, plus important encore, peut constituer une menace potentielle pour la sécurité alimentaire.

2.1 Méthode de test des performances physiques

Les tests de performances physiques sont la méthode d'identification la plus basique et la plus couramment utilisée, comprenant principalement la mesure de la densité, les tests d'indice de fluidité et l'analyse thermique.
La mesure de la densité est la première étape dans l'identification des matériaux PP. Selon les normes nationales GB/T 1033.1-2008 et ISO 1183-1:2019, l'exigence de densité pour le PP de qualité alimentaire-est de 0,90 à 0,91 g/cm³. Les méthodes spécifiques comprennent la méthode d’immersion, la méthode du pycnomètre liquide et la méthode de la colonne à gradient de densité. Parmi ces méthodes, la méthode de la colonne à gradient de densité est la plus précise. Il s’agit de placer l’échantillon dans une solution à gradient de n-heptane-éthanol préparée avec précision et de déterminer la valeur de densité en fonction de sa position de suspension. Le test doit être effectué dans un environnement à température constante de 23 ± 0,5 degrés pour éliminer les erreurs de dilatation thermique. Les laboratoires modernes utilisent largement des densimètres automatiques, qui combinent le principe d'Archimède avec la technologie de mesure de la fréquence de vibration, améliorant ainsi la précision des tests à ±0,0001 g/cm³.

Dans la pratique, la densité du PP vierge est généralement stable dans la plage de 0,905 à 0,910 g/cm³, tandis que les matériaux recyclés peuvent présenter des écarts plus importants en raison de l'éventuelle inclusion d'autres plastiques ou d'impuretés. La variation de densité des matériaux recyclés est plus complexe, selon leur source et la technologie de transformation. Il convient de noter que les tests de densité ne peuvent à eux seuls faire une distinction complète entre les trois types de matériaux ; d'autres méthodes doivent être combinées pour un jugement complet.

Le test d'indice de fusion (MFR) est un indicateur essentiel pour évaluer la fluidité du traitement des matériaux. Selon la norme GB/T 3682, un indice de fluidité à chaud est utilisé pour mesurer la quantité de matériau extrudé à travers une filière standard en 10 minutes à une température (généralement 230 degrés) et une charge (2,16 kg) spécifiques, l'unité étant g/10 min. L'indice de fusion du PP de qualité alimentaire-est généralement contrôlé dans la plage de 2-10 g/10 min, tandis que la plage du PP à usage général est de 0,5 à 30 g/10 min.

Le test d’indice de fluidité est particulièrement efficace pour distinguer les matériaux vierges des matériaux recyclés. Des études ont montré qu'après plusieurs cycles de traitement, le PP subit une scission de chaîne en raison des forces de cisaillement, entraînant une diminution du poids moléculaire et une augmentation significative de la valeur MFR. La valeur MFR du PP vierge est relativement stable, tandis que la valeur MFR du matériau recyclé peut être plusieurs fois supérieure à celle du matériau vierge. Par exemple, un lot de PP vierge peut avoir un MFR de 5 g/10 min, tandis qu'un matériau recyclé traité 5 fois peut avoir un MFR de 15-20 g/10 min. Il convient de noter que le modèle de changement de PE-LD est à l'opposé ; son MFR diminue avec l'augmentation des cycles de traitement, car PE-LD subit principalement des réactions de réticulation plutôt que des réactions de scission en chaîne. L'analyse thermique, y compris l'analyse calorimétrique différentielle à balayage (DSC) et l'analyse thermogravimétrique (TGA), est l'une des méthodes les plus efficaces pour identifier les matériaux PP. DSC détermine avec précision le point de fusion, la température de cristallisation, la cristallinité et le temps d'induction d'oxydation (OIT) d'un matériau en mesurant la différence de flux thermique entre l'échantillon et une référence. TGA analyse la stabilité thermique et le comportement de décomposition d'un matériau en mesurant le changement de masse de l'échantillon en fonction de la température ou du temps.

Lors des tests DSC, le PP vierge présente généralement un pic de fusion unique et net avec une température maximale comprise entre 165 et 169 degrés et une cristallinité élevée. Le PP recyclé, en raison de la scission de la chaîne moléculaire et d'une distribution de poids moléculaire plus large, présente un pic de fusion plus large dans sa courbe DSC et peut présenter plusieurs pics de fusion. Par exemple, le PP recyclé peut présenter un petit pic autour de 132 degrés (peut-être en raison de composants de faible poids moléculaire ou d'autres plastiques) et un pic principal autour de 165 degrés. De plus, la cristallinité du PP recyclé est généralement inférieure à celle du PP vierge, en raison des dommages à la structure de la chaîne moléculaire causés par les multiples cycles de traitement.

L'analyse TGA peut révéler des différences dans la stabilité thermique des matériaux. Virgin PP a généralement une température de décomposition thermique supérieure à 300 degrés et le processus de décomposition est relativement simple. Le PP recyclé, en raison de la présence de divers additifs et impuretés, présente un comportement de décomposition thermique plus complexe, commençant potentiellement à se décomposer à des températures plus basses et présentant plusieurs étapes de perte de poids au cours de la décomposition. Il est particulièrement remarquable que la masse résiduelle du PP recyclé varie fortement, allant de 0,2 % à 66 %, alors que la masse résiduelle du PP vierge est généralement comprise entre 0,2 % et 0,5 %.

2.2 Méthodes d'analyse de la composition chimique

L'analyse de la composition chimique est la méthode la plus précise pour identifier les matériaux PP, comprenant principalement des techniques telles que la spectroscopie infrarouge, l'analyse élémentaire et la chromatographie.
La spectroscopie infrarouge (FTIR) est la méthode d'analyse chimique la plus couramment utilisée. Le FTIR peut analyser avec précision les groupes fonctionnels et les caractéristiques de la structure moléculaire d'un matériau, et identifier rapidement le type de matériau de base PP (homopolymère/copolymère) et le type d'additifs en comparant les pics d'absorption caractéristiques. Le spectre infrarouge typique du PP montre quatre pics nets à 2960-2800 cm⁻¹, correspondant aux vibrations d'étirement C-H de CH, CH₂ et CH₃ ; les pics à 1460 cm⁻¹ et 1376 cm⁻¹ correspondent aux vibrations de flexion C-H ; le pic à 1165 cm⁻¹ représente la vibration de flexion hors plan du groupe méthyle ; et la bande de 998 cm⁻¹ est liée à 11 à 13 unités répétitives et peut être utilisée comme bande cristalline pour calculer la cristallinité.

Pour faire la distinction entre les matériaux vierges et recyclés, la clé du FTIR est d'observer le pic d'absorption de C=O dans la région de 1 600-1 750 cm⁻¹. Des études ont montré que les échantillons de PP présentent tous de faibles pics d'absorption de C=O dans cette région, ce qui peut être dû à l'oxydation de matériaux recyclés ou à la présence d'additifs contenant des groupes fonctionnels carbonyle. L'intensité maximale de C=O du PP vierge est faible et stable, tandis que l'intensité maximale de C=O du matériau recyclé est nettement plus forte en raison du processus d'oxydation. De plus, l'ATR-FTIR peut également détecter le PE-LD recyclé. Le matériau recyclé traité 6 fois présente un nouveau pic caractéristique de méthyle (2950,7 cm⁻¹), mais le pic caractéristique de méthyle n'est pas évident dans le matériau recyclé traité une seule fois, ce qui indique certaines limites de cette méthode.

La procédure opératoire pour l’analyse FTIR est relativement simple. Tout d’abord, l’échantillon est découpé à une taille appropriée et placé sur l’accessoire ATR (Attenuated Total Reflectance) du spectromètre infrarouge à transformée de Fourier. La plage de numérisation est définie sur 4000-400 cm⁻¹, la résolution est de 4 cm⁻¹ et le nombre de numérisations est généralement de 32. En comparant avec une bibliothèque spectrale standard, la composition de base du matériau peut être rapidement déterminée. Pour les échantillons complexes, la spectroscopie infrarouge bidimensionnelle peut également être utilisée pour identifier différents composants en analysant les changements dans le spectre.

L'analyse élémentaire est principalement utilisée pour détecter les métaux lourds et autres éléments nocifs dans les matériaux. Le PP de qualité alimentaire-a des exigences strictes en matière de teneur en métaux lourds, avec une teneur en cadmium inférieure ou égale à 0,005 mg/kg, une teneur en mercure inférieure ou égale à 0,01 mg/kg et une teneur en plomb inférieure ou égale à 0,01 mg/kg. Les méthodes de détection utilisent généralement la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS), avec une limite de détection de 0,001 mg/kg, ou la spectrométrie d'absorption atomique (AAS).

L'analyse élémentaire est une méthode importante pour distinguer les matériaux vierges et recyclés. Des études ont montré que la teneur en métaux lourds des matériaux PP vierges est très similaire, avec un écart relatif ne dépassant pas 57 %, tandis que la teneur en métaux lourds des matériaux recyclés est souvent supérieure de plus de deux ordres de grandeur à celle des matériaux vierges. En effet, les matériaux recyclés peuvent entrer en contact avec diverses sources de pollution au cours du processus de recyclage, notamment les déchets industriels et ménagers, entraînant une accumulation de métaux lourds. Lors des tests réels, si la teneur en métaux lourds d'un échantillon s'avère anormalement élevée, il peut généralement être déterminé qu'il s'agit d'un matériau recyclé ou d'un mélange contenant un matériau recyclé.

L'analyse chromatographique comprend la chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (GC-MS) et la-chromatographie liquide haute performance (HPLC), principalement utilisées pour détecter les composés organiques volatils, les monomères résiduels et les additifs dans les matériaux. La GC-MS peut être utilisée pour analyser les composés organiques volatils et les monomères résiduels, tandis que la HPLC est utilisée pour l'analyse de la migration des additifs non-volatils. En particulier, la technologie de chromatographie en phase gazeuse Headspace-spectrométrie de masse (HS-GC-MS) a été incluse dans la norme nationale GB/T 46019.2-2025, spécifiquement pour l'identification du polypropylène recyclé.

La méthode HS-GC-MS implique la procédure suivante : Pesez 1,5 g de l'échantillon (avec une précision de 0,1 mg) et placez-le dans un flacon à espace libre de 20 ml. Ajouter 20 μL de solution de travail D8-naphtalène (0,3 ug/mL) comme étalon interne. Après avoir équilibré à 150 degrés pendant 30 minutes, effectuez l'analyse. L'indice de rétention de chaque composant volatil est calculé en extrayant le temps de rétention des n-alcanes, et la surface relative du pic est calculée par normalisation standard interne de la surface du pic. Les chercheurs ont analysé 170 échantillons de PP vierges et 119 échantillons de PP recyclés, éliminé 25 composants volatils caractéristiques et établi un modèle d'identification basé sur l'algorithme de forêt aléatoire, avec une précision de plus de 95 %.

2.3 Méthodes d'observation de la microstructure et de la morphologie

L'observation de la microstructure et de la morphologie est une méthode d'identification des matériaux PP du point de vue du niveau moléculaire et de la morphologie microscopique, comprenant principalement la calorimétrie différentielle à balayage, la microscopie à lumière polarisée et la microscopie électronique à balayage.

La calorimétrie différentielle à balayage (DSC) peut non seulement mesurer les paramètres de performance thermique du matériau, mais également identifier le type de matériau en analysant son comportement de fusion et de cristallisation. La DSC peut fournir des paramètres de performance thermique caractéristiques du matériau, tels que la température de transition vitreuse, le point de fusion et la cristallinité. Ces paramètres sont d’une grande importance pour distinguer les matériaux vierges des matériaux recyclés. En pratique, 5 à 10 mg de l'échantillon sont pesés et placés dans un bac à échantillons en aluminium, et la température est augmentée de la température ambiante à 20 degrés au-dessus du point de fusion à une vitesse de chauffage de 10 degrés/min, et la courbe DSC est enregistrée.

La courbe DSC du PP vierge montre généralement un pic de fusion unique et net de forme symétrique, et la température de fusion se situe entre 165 et 169 degrés. La courbe DSC du matériau recyclé présente cependant des caractéristiques sensiblement différentes : le pic de fusion s'élargit, plusieurs pics de fusion peuvent apparaître (par exemple à 132 degrés et 165 degrés), la forme du pic est asymétrique et la température de fusion diminue. Par exemple, dans une étude, les points de fusion des échantillons n°4 à n°1 ont diminué séquentiellement, et tous étaient inférieurs à 170 degrés, et la cristallinité a également diminué séquentiellement. L'échantillon n° 5 a également montré un pic de cristallisation à froid pendant le processus de chauffage, indiquant que la mobilité des chaînes moléculaires augmentait avec l'augmentation de la température et que les segments de chaîne se réorganisaient pour former des cristaux.

Le calcul de la cristallinité est également important pour l'identification. Selon la formule Xc=ΔHm/ΔH0 × 100 % (où ΔHm est l'enthalpie de fusion de l'échantillon et ΔH0 est l'enthalpie de fusion du PP cristallin à 100 %, 240,5 J/g), la cristallinité du matériau peut être calculée. La cristallinité du PP vierge se situe généralement entre 60 et 80 %, tandis que la cristallinité du matériau recyclé peut diminuer jusqu'à 40 à 60 % en raison de la destruction de la structure de la chaîne moléculaire. En comparant les changements de cristallinité, il est possible de déterminer si le matériau a subi plusieurs étapes de traitement. La microscopie polarisante permet d'observer directement la morphologie et la taille des sphérolites du PP, déterminant ainsi les caractéristiques de cristallisation du matériau. Virgin PP, en raison de la haute régularité de sa chaîne moléculaire, forme des sphérulites uniformes avec une morphologie complète. Le PP recyclé, cependant, a une distribution de poids moléculaire plus large, ce qui entraîne des sphérulites de tailles variables et de formes irrégulières. En particulier lors de l'observation du phénomène de biréfringence des sphérulites, le PP vierge présente un schéma d'extinction croisé maltais clair, tandis que le schéma d'extinction du PP recyclé peut être flou ou incomplet.

L'analyse par microscopie électronique à balayage (MEB) permet d'observer la morphologie de la surface et la structure en coupe transversale du matériau. La section transversale du PP vierge présente des caractéristiques de rupture ductile uniformes, une surface lisse et aucun défaut évident. La section transversale du PP recyclé peut présenter des caractéristiques de rupture fragile, une surface rugueuse et divers défauts tels que des vides, des fissures et des impuretés. Le SEM peut également être utilisé pour l'analyse par spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) afin de détecter la composition élémentaire du matériau, ce qui est particulièrement efficace pour identifier les contaminants.

Les chercheurs ont utilisé une combinaison de microscopie électronique à balayage à émission de champ (MEB) et de spectroscopie à dispersion d'énergie (EDS) pour analyser la morphologie et la composition élémentaire des échantillons, fournissant ainsi une analyse précise de la composition microscopique et de la morphologie des échantillons. Cette méthode peut révéler des différences subtiles invisibles à l'œil nu, telles que de minuscules particules d'impuretés, des couches d'oxyde de surface et des marques de traitement. En particulier pour les échantillons contenant une petite quantité de matériaux recyclés, les méthodes macroscopiques peuvent ne pas être en mesure de les identifier, mais l'analyse SEM-EDS peut révéler une distribution élémentaire anormale.

3.1 Conception du processus d’identification systématique

Sur la base des trois méthodes principales décrites ci-dessus, nous pouvons concevoir un processus d'identification systématique pour garantir une différenciation précise entre les matériaux vierges, recyclés et récupérés. Ce processus utilise un système d'identification à trois-niveaux : "examen préliminaire -analyse approfondie-analyse approfondie -détermination complète".

Premier niveau : Sélection préliminaire. Tout d’abord, effectuez une inspection visuelle et des tests de densité. Un matériau vierge de haute-qualité doit avoir une texture mate uniforme, une couleur pure (principalement blanc cassé-ou translucide), sans impuretés, points noirs ou sensation granuleuse, et sans odeur piquante. Les tests de densité utilisent la méthode de la colonne à gradient de densité ou un densimètre automatique pour comparer la densité de l'échantillon à la valeur standard (0,90-0,91 g/cm³). Si la valeur de densité s'écarte de la plage standard de plus de ±0,005 g/cm³, elle peut généralement être déterminée comme un matériau non vierge.

Simultanément, un test d'indice de fluidité (MFR) est effectué. La valeur MFR du PP vierge doit se situer dans la plage standard et relativement stable. Si la valeur MFR est anormalement élevée (plus de deux fois la valeur standard), il peut s'agir d'un matériau recyclé.

Deuxième niveau : analyse-approfondie. Une analyse plus détaillée est effectuée sur les échantillons après un examen préliminaire. Tout d’abord, une analyse FTIR est effectuée, en se concentrant sur l’intensité du pic d’absorption de C=O dans la région 1 600-1 750 cm⁻¹. Si le pic C=O est considérablement augmenté, cela indique que le matériau a peut-être subi une oxydation et qu'il s'agit probablement d'un matériau recyclé. Ensuite, une analyse DSC est effectuée pour observer la forme, le nombre et la température des pics de fusion. Si plusieurs pics de fusion apparaissent ou si la température de fusion est considérablement inférieure, combinée à des changements de cristallinité, cela peut en outre confirmer s'il s'agit d'un matériau recyclé.

Troisième niveau : Jugement global. Pour les échantillons qui ne peuvent toujours pas être déterminés, la méthode HS-GC-MS est utilisée pour la confirmation finale. Selon la norme nationale GB/T 46019.2-2025, le jugement est effectué en analysant 25 composants volatils caractéristiques combinés à un modèle d'algorithme de forêt aléatoire. Cette méthode a une précision de plus de 95 % et permet de distinguer efficacement le PP vierge du PP recyclé. Simultanément, une analyse élémentaire est effectuée pour détecter la teneur en métaux lourds. Si la teneur en métaux lourds est supérieure de plus de deux ordres de grandeur à la plage normale, elle peut être considérée comme un matériau recyclé.
En pratique, il est recommandé d’utiliser plusieurs méthodes de vérification mutuelle. Par exemple, utilisez d'abord la densité et l'indice de fluidité pour le dépistage préliminaire, puis utilisez FTIR et DSC pour la confirmation, et enfin utilisez HS-GC-MS pour l'arbitrage. Cette combinaison de méthodes peut éviter les limites d’une méthode unique et améliorer la précision de l’identification.

3.2 Système standard de jugement des résultats

L’établissement d’une norme de jugement des résultats scientifiques est essentiel pour garantir l’exactitude de l’identification. Sur la base des normes nationales et des pratiques de l’industrie, nous pouvons établir le système de normes de jugement suivant.

Critères de jugement des propriétés physiques :

• Densité : Le PP vierge est de 0,905 à 0,910 g/cm³, le matériau recyclé peut fluctuer dans la plage de 0,900 à 0,915 g/cm³ et le matériau recyclé présente une plus grande variation de densité en raison de sa composition complexe.
• Débit de fusion (MFR) : la valeur MFR du PP vierge doit être conforme aux spécifications standard (généralement 2 à 10 g/10 min), la valeur MFR du matériau recyclé peut être légèrement supérieure et la valeur MFR du matériau recyclé peut être 2 à 5 fois supérieure à celle du matériau vierge.
• Point de fusion : Le point de fusion du PP vierge est de 165 à 169 degrés, le point de fusion du matériau recyclé reste pratiquement inchangé et le point de fusion du matériau recyclé peut diminuer de 5 à 10 degrés et plusieurs pics de fusion peuvent apparaître.
• Cristallinité : La cristallinité du PP vierge est de 60 à 80 % et la cristallinité du matériau recyclé est de 40 à 60 %.

Critères de jugement sur la composition chimique :

• Pics caractéristiques FTIR : intensité maximale de C=O (1 600-1 750 cm⁻¹), plus faible dans les matériaux vierges, nettement plus forte dans les matériaux recyclés ; le pic caractéristique du méthyle (2950 cm⁻¹) apparaît après plusieurs étapes de traitement.
• Teneur en métaux lourds : La teneur en métaux lourds des matériaux vierges est extrêmement faible (écart relatif < 57 %) et la teneur en métaux lourds des matériaux recyclés peut être supérieure de plus de deux ordres de grandeur à celle des matériaux vierges.
• Composants volatils : 25 composants caractéristiques sont détectés par HS-GC-MS, et il existe des différences significatives dans les types et le contenu des composants entre les matériaux vierges et recyclés.

Critères de jugement de la microstructure :

• DSC Melting Peak : le matériau vierge présente un seul pic pointu, tandis que le matériau recyclé présente une forme de pic plus large et peut avoir plusieurs pics.
• Morphologie des sphérulites : le matériau vierge a une taille de sphérulite uniforme et une morphologie complète, tandis que le matériau recyclé a des tailles de sphérulite variables et une morphologie irrégulière.
• Morphologie de la surface : la section transversale du matériau vierge est lisse et uniforme, tandis que la section transversale du matériau recyclé est rugueuse et peut présenter des défauts.

En réalité, plusieurs indicateurs doivent être pris en compte de manière globale. Par exemple, si un échantillon remplit simultanément les conditions suivantes : densité dans la plage standard, valeur MFR normale, pic de fusion unique en DSC, faible pic C=O en FTIR et faible teneur en métaux lourds, alors il est jugé comme matériau vierge. Si l'échantillon présente une augmentation significative de la valeur MFR, plusieurs pics en DSC, des pics C=O améliorés en FTIR et une teneur élevée en métaux lourds, il est déterminé qu'il s'agit d'un matériau recyclé. Pour les échantillons se situant entre ces deux extrêmes, une analyse HS-GC-MS est requise, combinée à un modèle de forêt aléatoire pour la détermination finale.

3.3 Limites de la méthode et points de contrôle qualité

Bien que les méthodes ci-dessus aient une grande précision, chaque méthode a ses limites, qui doivent être prises en compte dans les applications pratiques.

• Limites des tests de densité :Bien que les tests de densité soient simples et rapides, ils ne fournissent que des informations limitées. La densité des différents types de PP (tels que les homopolymères et les copolymères) peut varier légèrement, et certains additifs (tels que les charges) peuvent affecter considérablement la valeur de la densité. Par conséquent, les tests de densité ne peuvent être utilisés que comme méthode de sélection préliminaire et ne peuvent pas être utilisés comme base finale de détermination.

• Limites des tests d'indice de fluidité :Les tests MFR sont fortement affectés par l’historique de température et de cisaillement, et de petits changements dans les conditions de test peuvent entraîner des écarts dans les résultats. De plus, certains modificateurs (tels que les plastifiants) affecteront également la valeur MFR. Par conséquent, lors de la réalisation de tests MFR, les conditions de test doivent être strictement contrôlées et plusieurs tests parallèles doivent être effectués.
• Limites de l'analyse FTIR :La méthode ATR-FTIR fonctionne bien pour identifier les matériaux recyclés PE-LD, mais elle présente des limites dans l'identification des matériaux recyclés PP, en particulier les matériaux recyclés qui ont subi un cycle de traitement, qui peuvent ne pas présenter de différences significatives. De plus, le FTIR ne peut fournir que des informations sur les groupes fonctionnels et ne peut pas déterminer la structure chimique spécifique..

Conditions requises pour la méthode HS-GC-MS :Bien que cette méthode soit d’une grande précision, elle nécessite un équipement sophistiqué et des opérateurs hautement qualifiés. Cela nécessite un chromatographe en phase gazeuse dans l'espace de tête-spectromètre de masse avec une source EI, un échantillonneur d'espace de tête fonctionnant à une température d'au moins 150 degrés, ainsi qu'un logiciel d'analyse professionnel et des opérateurs bien formés-.

 

Pour garantir l'exactitude des résultats d'identification, un système complet de contrôle de qualité doit être établi :

Exemple de contrôle de représentativité :Respectez strictement les normes d'échantillonnage (telles que la norme ISO 2859) pour garantir que les échantillons prélevés reflètent avec précision les caractéristiques de l'ensemble du lot de matériaux. Pour les matériaux granulaires, des échantillons doivent être prélevés en plusieurs points situés à différents endroits, mélangés uniformément, puis testés.

Étalonnage et maintenance des instruments :Tous les équipements de test doivent être calibrés régulièrement. Les balances électroniques, les machines d'essai universelles et autres équipements de mesure nécessitent un étalonnage annuel par une institution de métrologie légalement reconnue. Les testeurs de débit de fusion et les testeurs de température de déformation thermique doivent être calibrés en interne-ou par un tiers tous les six mois. Les éléments d'étalonnage incluent la précision de la température, la précision de la valeur de force et la stabilité du taux. Les rapports d'étalonnage doivent être archivés pour référence future afin de garantir la traçabilité des données de test.

Contrôle des conditions environnementales :L'environnement de test doit répondre aux exigences standard, car la température, l'humidité et la propreté peuvent toutes affecter les résultats des tests. Par exemple, les tests de densité nécessitent un environnement à température constante de 23 ± 0,5 degrés ; L'analyse FTIR doit être effectuée dans un environnement sec pour éviter les interférences de la vapeur d'eau ; et les tests microbiologiques doivent être effectués dans une salle blanche.

Enregistrement et traçabilité :Tous les processus et résultats de tests doivent être enregistrés en détail, y compris les informations sur les échantillons, les conditions de test, les données brutes, le processus de calcul et les résultats finaux. Les enregistrements doivent être clairs, précis, traçables et conservés pendant une période spécifiée.

En établissant un système de contrôle qualité complet, les avantages des différentes méthodes d'identification peuvent être maximisés, garantissant une différenciation précise des matières premières plastiques PP de qualité alimentaire vierges, recyclées et récupérées, et fournissant une assistance technique fiable pour le contrôle qualité des produits. Dans les applications pratiques, une combinaison appropriée de méthodes doit être sélectionnée en fonction de circonstances spécifiques, garantissant à la fois l'exactitude et tenant compte des coûts et de l'efficacité des tests. Pour le PP de qualité alimentaire-, un matériau soumis à des exigences de sécurité extrêmement élevées, il est recommandé d'utiliser plusieurs méthodes pour une identification complète afin de garantir la qualité du produit et la sécurité alimentaire.