Materie prime plastiche-di grado alimentare: materiali vergini, riciclati e di recupero

Identificazione delle materie prime plastiche-di grado alimentare: i 3 metodi principali di differenziazione per materiali vergini, riciclati e di recupero. Nel controllo di qualità didi qualità alimentare-Le materie prime plastiche in PP, distinguendo accuratamente tra materiali vergini, riciclati e di recupero, rappresentano un passo cruciale per garantire la sicurezza del prodotto e la stabilità della qualità. Sebbene questi tre tipi di materiali abbiano un aspetto simile, presentano differenze significative nella struttura molecolare, nella composizione chimica e nelle proprietà fisiche. Sulla base degli standard nazionali e delle pratiche di settore più recenti, di seguito verranno descritti in dettaglio tre metodi di identificazione principali e le relative procedure operative.

1.1 Definizioni e differenze di materiali vergini, riciclati e di recupero

Per materiale vergine si intende il materiale PP polimerizzato direttamente da materie prime petrolchimiche, caratterizzato da una struttura molecolare regolare ed elevata purezza. Questo tipo di materiale non è mai stato utilizzato, ha una catena molecolare completa, un'unica composizione chimica e tutti gli indicatori di prestazione soddisfanodi qualità alimentare-standard. Il PP vergine ha una struttura isotattica altamente ordinata, con tutti i gruppi laterali metilici situati sullo stesso lato della catena principale, formando una forma elicoidale, con una cristallinità del 50% -80% e un intervallo del punto di fusione di 160-176 gradi.

Il materiale riciclato si riferisce ai rifiuti in PP che sono stati semplicemente frantumati e puliti dopo l'uso, principalmente da scarti, prodotti difettosi o prodotti in plastica post-consumo provenienti dal processo di produzione. Sebbene questo tipo di materiale mantenga la struttura di base del PP, può contenere additivi residui, pigmenti, impurità e prodotti di degradazione generati durante l'uso. Le catene molecolari dei materiali riciclati possono essere parzialmente rotte e la distribuzione del peso molecolare è più ampia, portando a cambiamenti nei parametri prestazionali.

1.2 Analisi Comparativa dei Parametri di Prestazione

In termini di proprietà fisiche, ci sono differenze significative tra i tre tipi di materiali. La densità è l’indicatore distintivo più intuitivo. La densità del PP vergine è generalmente compresa tra 0,90 e 0,915 g/cm³, mentre la densità del PP riciclato è generalmente compresa tra 0,9 e 0,91 g/cm³. La differenza tra i due è piccola ma può ancora essere distinta utilizzando strumenti di precisione. La resistenza alla trazione è un altro parametro importante. La resistenza alla trazione del PP vergine può raggiungere 30-40 MPa, mentre la resistenza alla trazione del materiale riciclato è solo 20-30 MPa, inferiore del 20-30% rispetto a quella del materiale vergine.

In termini di proprietà termiche, il PP vergine presenta un picco di fusione unico, pulito e uniforme nella sua curva di fusione, con una temperatura di picco compresa tra 165 e 169 gradi. La curva di fusione del materiale riciclato mostra solitamente più picchi di fusione, intorno a 132 gradi e 165 gradi, a causa dei diversi punti di fusione del PP proveniente da diverse fonti. Inoltre, a causa delle molteplici fasi di lavorazione, l’indice di fluidità (MFR) del materiale riciclato aumenta in modo significativo, il che è il risultato della rottura della catena molecolare che porta ad una diminuzione del peso molecolare.

Le differenze nella composizione chimica sono più complesse. La composizione chimica del PP vergine è relativamente semplice e contiene principalmente polimero PP e una piccola quantità di additivi come antiossidanti. I materiali riciclati e rigenerati possono contenere vari inquinanti, inclusi metalli pesanti (il cui contenuto può essere più di due ordini di grandezza superiore a quello del materiale vergine), residui di pesticidi, agenti indurenti, adesivi, batteri, virus e altre sostanze nocive. La presenza di questi inquinanti non solo influisce sulle prestazioni del materiale ma, cosa ancora più importante, può rappresentare una potenziale minaccia per la sicurezza alimentare.

2.1 Metodo di test delle prestazioni fisiche

Il test delle prestazioni fisiche è il metodo di identificazione più basilare e comunemente utilizzato, che comprende principalmente la misurazione della densità, il test dell'indice di flusso di fusione e l'analisi termica.
La misurazione della densità è il primo passo per identificare i materiali PP. Secondo gli standard nazionali GB/T 1033.1-2008 e ISO 1183-1:2019, il requisito di densità per il PP di grado alimentare-è 0,90-0,91 g/cm³. Metodi specifici includono il metodo dell'immersione, il metodo del picnometro liquido e il metodo della colonna con gradiente di densità. Tra questi metodi, il metodo della colonna con gradiente di densità è il più accurato. Si tratta di posizionare il campione in una soluzione di gradiente di n-eptano-etanolo preparata con precisione e di determinare il valore di densità in base alla sua posizione di sospensione. Il test deve essere condotto in un ambiente a temperatura costante di 23±0,5 gradi per eliminare errori di dilatazione termica. I laboratori moderni utilizzano ampiamente densimetri automatici, che combinano il principio di Archimede con la tecnologia di misurazione della frequenza delle vibrazioni, migliorando la precisione del test a ±0,0001 g/cm³.

In pratica, la densità del PP vergine è solitamente stabile nell'intervallo 0,905-0,910 g/cm³, mentre i materiali riciclati possono mostrare deviazioni maggiori a causa della possibile inclusione di altre plastiche o impurità. La variazione di densità dei materiali riciclati è più complessa, a seconda della fonte e della tecnologia di lavorazione. Va notato che il solo test di densità non può distinguere completamente tra i tre tipi di materiali; altri metodi devono essere combinati per un giudizio completo.

Il test dell'indice di fluidità (MFR) è un indicatore fondamentale per valutare la fluidità di lavorazione dei materiali. Secondo lo standard GB/T 3682, un indice del flusso di fusione viene utilizzato per misurare la quantità di materiale estruso attraverso una filiera standard in 10 minuti a una temperatura specifica (solitamente 230 gradi) e carico (2,16 kg), con l'unità pari a g/10 min. L'indice di fluidità del PP di grado alimentare- è generalmente controllato entro l'intervallo di 2-10 g/10 min, mentre l'intervallo per il PP per uso generale è 0,5-30 g/10 min.

Il test dell'indice di fluidità è particolarmente efficace nel distinguere tra materiali vergini e riciclati. Gli studi hanno dimostrato che dopo molteplici cicli di lavorazione, il PP subisce la scissione della catena a causa delle forze di taglio, portando ad una diminuzione del peso molecolare e ad un aumento significativo del valore MFR. Il valore MFR del PP vergine è relativamente stabile, mentre il valore MFR del materiale riciclato può essere molte volte superiore a quello del materiale vergine. Ad esempio, un lotto di PP vergine può avere un MFR di 5 g/10 min, mentre il materiale riciclato lavorato 5 volte può avere un MFR di 15-20 g/10 min. Va notato che il modello di cambiamento di PE-LD è opposto; il suo MFR diminuisce con l'aumentare dei cicli di lavorazione, perché il PE-LD subisce principalmente reazioni di reticolazione piuttosto che reazioni di scissione della catena. L'analisi termica, inclusa la calorimetria a scansione differenziale (DSC) e l'analisi termogravimetrica (TGA), è uno dei metodi più efficaci per identificare i materiali in PP. La DSC determina con precisione il punto di fusione, la temperatura di cristallizzazione, la cristallinità e il tempo di induzione dell'ossidazione (OIT) di un materiale misurando la differenza del flusso di calore tra il campione e un riferimento. TGA analizza la stabilità termica e il comportamento di decomposizione di un materiale misurando la variazione della massa del campione con la temperatura o il tempo.

Nei test DSC, il PP vergine presenta tipicamente un singolo picco di fusione netto con una temperatura di picco compresa tra 165 e 169 gradi ed elevata cristallinità. Il PP riciclato, a causa della scissione della catena molecolare e di una più ampia distribuzione del peso molecolare, mostra un picco di fusione più ampio nella sua curva DSC e può presentare più picchi di fusione. Ad esempio, il PP riciclato può mostrare un piccolo picco intorno ai 132 gradi (probabilmente dovuto a componenti a basso peso molecolare o ad altre plastiche) e un picco principale intorno ai 165 gradi. Inoltre, la cristallinità del PP riciclato è solitamente inferiore a quella del PP vergine, a causa del danno alla struttura della catena molecolare causato da molteplici cicli di lavorazione.

L'analisi TGA può rivelare differenze nella stabilità termica dei materiali. Il PP vergine ha tipicamente una temperatura di decomposizione termica superiore a 300 gradi e il processo di decomposizione è relativamente semplice. Il PP riciclato, a causa della presenza di vari additivi e impurità, mostra un comportamento di decomposizione termica più complesso, iniziando potenzialmente a decomporsi a temperature più basse e mostrando più fasi di perdita di peso durante la decomposizione. È particolarmente degno di nota il fatto che la massa residua del PP riciclato varia notevolmente, dallo 0,2% al 66%, mentre la massa residua del PP vergine è solitamente compresa tra lo 0,2% e lo 0,5%.

2.2 Metodi di analisi della composizione chimica

L'analisi della composizione chimica è il metodo più accurato per identificare i materiali in PP e comprende principalmente tecniche come la spettroscopia a infrarossi, l'analisi elementare e la cromatografia.
La spettroscopia infrarossa (FTIR) è il metodo di analisi chimica più comunemente utilizzato. FTIR può analizzare con precisione i gruppi funzionali e le caratteristiche della struttura molecolare di un materiale e identificare rapidamente il tipo di materiale di base PP (omopolimero/copolimero) e il tipo di additivi confrontando i picchi di assorbimento caratteristici. Il tipico spettro infrarosso del PP mostra quattro picchi netti a 2960-2800 cm⁻¹, corrispondenti alle vibrazioni di allungamento C-H di CH, CH₂ e CH₃; i picchi a 1460 cm⁻¹ e 1376 cm⁻¹ corrispondono alle vibrazioni di flessione C-H; il picco a 1165 cm⁻¹ rappresenta la vibrazione di flessione e oscillazione fuori dal piano del gruppo metilico; e la banda di 998 cm⁻¹ è correlata a 11-13 unità ripetitive e può essere utilizzata come banda cristallina per calcolare la cristallinità.

Nel distinguere tra materiali vergini e riciclati, la chiave della FTIR è osservare il picco di assorbimento di C=O nella regione di 1600-1750 cm⁻¹. Gli studi hanno dimostrato che i campioni di PP presentano tutti deboli picchi di assorbimento di C=O in questa regione, che potrebbero essere dovuti all'ossidazione di materiali riciclati o alla presenza di additivi contenenti gruppi funzionali carbonilici. L'intensità del picco di C=O del PP vergine è debole e stabile, mentre l'intensità del picco di C=O del materiale riciclato è significativamente più forte a causa del processo di ossidazione. Inoltre, ATR-FTIR può anche rilevare il PE-LD riciclato. Il materiale riciclato trattato 6 volte mostra un nuovo picco caratteristico del metile (2950,7 cm⁻¹), ma il picco caratteristico del metile non è evidente nel materiale riciclato trattato una sola volta, indicando alcune limitazioni di questo metodo.

La procedura operativa per l'analisi FTIR è relativamente semplice. Innanzitutto, il campione viene tagliato in una dimensione adeguata e posizionato sull'accessorio ATR (riflettanza totale attenuata) dello spettrometro a infrarossi a trasformata di Fourier. L'intervallo di scansione è impostato su 4000-400 cm⁻¹, la risoluzione è 4 cm⁻¹ e il numero di scansioni è solitamente 32. Confrontando con una libreria spettrale standard, è possibile determinare rapidamente la composizione di base del materiale. Per campioni complessi, la spettroscopia infrarossa bidimensionale può essere utilizzata anche per identificare diversi componenti analizzando i cambiamenti nello spettro.

L'analisi elementare viene utilizzata principalmente per rilevare metalli pesanti e altri elementi dannosi nei materiali. Il PP di grado alimentare-ha requisiti rigorosi per il contenuto di metalli pesanti, con contenuto di cadmio inferiore o uguale a 0,005 mg/kg, contenuto di mercurio inferiore o uguale a 0,01 mg/kg e contenuto di piombo inferiore o uguale a 0,01 mg/kg. I metodi di rilevamento utilizzano tipicamente la spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS), con un limite di rilevamento di 0,001 mg/kg, o la spettrometria di assorbimento atomico (AAS).

L’analisi elementare è un metodo importante per distinguere tra materiali vergini e riciclati. Gli studi hanno dimostrato che il contenuto di metalli pesanti nei materiali PP vergini è molto simile, con una deviazione relativa non superiore al 57%, mentre il contenuto di metalli pesanti nei materiali riciclati è spesso più di due ordini di grandezza superiore a quello dei materiali vergini. Questo perché i materiali riciclati possono entrare in contatto con varie fonti di inquinamento durante il processo di riciclaggio, inclusi rifiuti industriali e domestici, portando all’accumulo di metalli pesanti. Nei test effettivi, se il contenuto di metalli pesanti di un campione risulta essere anormalmente elevato, in genere si può determinare che si tratta di materiale riciclato o di una miscela contenente materiale riciclato.

L'analisi cromatografica include la gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) e la cromatografia liquida ad alte-prestazioni (HPLC), utilizzata principalmente per rilevare composti organici volatili, monomeri residui e additivi nei materiali. La GC-MS può essere utilizzata per analizzare i composti organici volatili e i monomeri residui, mentre l'HPLC viene utilizzata per l'analisi della migrazione degli additivi non-volatili. In particolare, la tecnologia gascromatografia in spazio di testa-spettrometria di massa (HS-GC-MS) è stata inclusa nello standard nazionale GB/T 46019.2-2025, specificatamente per l'identificazione del polipropilene riciclato.

Il metodo HS-GC-MS prevede la seguente procedura: pesare 1,5 g del campione (precisione fino a 0,1 mg) e posizionarlo in una fiala da 20 ml con spazio di testa. Aggiungere 20 μL di soluzione di lavoro D8-naftalene (0,3 ug/mL) come standard interno. Dopo aver equilibrato a 150 gradi per 30 minuti, eseguire l'analisi. L'indice di ritenzione di ciascun componente volatile viene calcolato estraendo il tempo di ritenzione degli n-alcani e la relativa area del picco viene calcolata mediante normalizzazione dello standard interno dell'area del picco. I ricercatori hanno analizzato 170 campioni di PP vergine e 119 campioni di PP riciclato, hanno selezionato 25 componenti volatili caratteristici e stabilito un modello di identificazione basato sull'algoritmo della foresta casuale, con una precisione superiore al 95%.

2.3 Metodi di osservazione della microstruttura e della morfologia

L'osservazione della microstruttura e della morfologia è un metodo per identificare i materiali in PP dal livello molecolare e dalla prospettiva della morfologia microscopica, che comprende principalmente la calorimetria a scansione differenziale, la microscopia a luce polarizzata e la microscopia elettronica a scansione.

La calorimetria differenziale a scansione (DSC) può non solo misurare i parametri di prestazione termica del materiale, ma anche identificare il tipo di materiale analizzandone il comportamento di fusione e cristallizzazione. La DSC può fornire parametri caratteristici delle prestazioni termiche del materiale, come la temperatura di transizione vetrosa, il punto di fusione e la cristallinità. Questi parametri sono di grande importanza per distinguere tra materiali vergini e riciclati. In pratica, 5-10 mg del campione vengono pesati e posti in un recipiente per campioni di alluminio, quindi la temperatura viene aumentata dalla temperatura ambiente a 20 gradi sopra il punto di fusione con una velocità di riscaldamento di 10 gradi/min e viene registrata la curva DSC.

La curva DSC del PP vergine solitamente mostra un picco di fusione singolo e netto con una forma simmetrica e la temperatura di fusione è compresa tra 165 e 169 gradi. La curva DSC del materiale riciclato, tuttavia, mostra caratteristiche significativamente diverse: il picco di fusione si allarga, possono apparire più picchi di fusione (ad esempio, a 132 gradi e 165 gradi), la forma del picco è asimmetrica e la temperatura di fusione diminuisce. Ad esempio, in uno studio, i punti di fusione dei campioni dal n. 4 al n. 1 sono diminuiti in sequenza, e tutti erano inferiori a 170 gradi, e anche la cristallinità è diminuita in sequenza. Il campione n. 5 ha mostrato anche un picco di cristallizzazione a freddo durante il processo di riscaldamento, indicando che la mobilità delle catene molecolari aumentava con l'aumento della temperatura e che i segmenti della catena si riorganizzavano per formare cristalli.

Anche il calcolo della cristallinità è importante per l'identificazione. Secondo la formula Xc=ΔHm/ΔH0 × 100% (dove ΔHm è l'entalpia di fusione del campione e ΔH0 è l'entalpia di fusione del PP cristallino al 100%, 240,5 J/g), è possibile calcolare la cristallinità del materiale. La cristallinità del PP vergine è solitamente compresa tra il 60 e l'80%, mentre la cristallinità del materiale riciclato può diminuire fino al 40-60% a causa della distruzione della struttura della catena molecolare. Confrontando le variazioni di cristallinità è possibile determinare se il materiale ha subito più fasi di lavorazione. La microscopia polarizzante consente l'osservazione diretta della morfologia e delle dimensioni della sferulite del PP, determinando così le caratteristiche di cristallizzazione del materiale. Il PP Vergine, grazie alla sua elevata regolarità di catena molecolare, forma sferuliti uniformi e con morfologia completa. Il PP riciclato, tuttavia, ha una distribuzione del peso molecolare più ampia, risultando in sferuliti di varie dimensioni e forme irregolari. In particolare quando si osserva il fenomeno della birifrangenza delle sferuliti, il PP vergine mostra un chiaro modello di estinzione della croce maltese, mentre il modello di estinzione del PP riciclato può essere sfocato o incompleto.

L'analisi al microscopio elettronico a scansione (SEM) può osservare la morfologia superficiale e la struttura della sezione trasversale-del materiale. La sezione trasversale-del PP vergine mostra caratteristiche di frattura duttile e uniforme, una superficie liscia e nessun difetto evidente. La sezione trasversale-del PP riciclato può presentare caratteristiche di frattura fragile, una superficie ruvida e vari difetti come vuoti, crepe e impurità. Il SEM può essere utilizzato anche per l'analisi della spettroscopia a dispersione di energia (EDS) per rilevare la composizione elementare del materiale, che è particolarmente efficace per identificare i contaminanti.

I ricercatori hanno utilizzato una combinazione di microscopia elettronica a scansione a emissione di campo (SEM) e spettroscopia a dispersione di energia (EDS) per analizzare la morfologia e la composizione elementare dei campioni, fornendo un'analisi precisa della composizione microscopica e della morfologia dei campioni. Questo metodo può rivelare sottili differenze invisibili a occhio nudo, come minuscole particelle di impurità, strati di ossido superficiale e segni di lavorazione. Soprattutto per i campioni contenenti una piccola quantità di materiale riciclato, i metodi macroscopici potrebbero non essere in grado di identificarli, ma l'analisi SEM-EDS può rivelare una distribuzione elementare anomala.

3.1 Progettazione del processo di identificazione sistematica

Sulla base dei tre metodi principali sopra descritti, possiamo progettare un processo di identificazione sistematico per garantire un'accurata differenziazione tra materiali vergini, riciclati e di recupero. Questo processo utilizza un sistema di identificazione a tre-livelli: "screening preliminare - analisi approfondita - analisi approfondita - determinazione globale".

Primo livello: screening preliminare. Innanzitutto, eseguire l'ispezione visiva e il test di densità. Il materiale vergine di alta-qualità deve avere una consistenza opaca uniforme, un colore puro (per lo più-bianco sporco o traslucido), senza impurità, punti neri o sensazione granulare e nessun odore pungente. Il test della densità utilizza il metodo della colonna con gradiente di densità o un densimetro automatico per confrontare la densità del campione con il valore standard (0,90-0,91 g/cm³). Se il valore di densità si discosta dall'intervallo standard di oltre ±0,005 g/cm³, generalmente può essere determinato come materiale non vergine.

Contemporaneamente, viene eseguito un test dell'indice di fluidità (MFR). Il valore MFR del PP vergine dovrebbe rientrare nell'intervallo standard e relativamente stabile. Se il valore MFR è insolitamente alto (più del doppio del valore standard), potrebbe trattarsi di materiale riciclato.

Secondo livello: analisi-approfondita. Un'analisi più dettagliata viene eseguita sui campioni dopo lo screening preliminare. Innanzitutto, viene condotta l'analisi FTIR, concentrandosi sull'intensità del picco di assorbimento di C=O nella regione 1600-1750 cm⁻¹. Se il picco C=O è notevolmente aumentato, indica che il materiale potrebbe aver subito un'ossidazione e probabilmente è materiale riciclato. Quindi, viene eseguita l'analisi DSC per osservare la forma, il numero e la temperatura dei picchi di fusione. Se compaiono più picchi di fusione o la temperatura di fusione è significativamente più bassa, combinata con cambiamenti nella cristallinità, può ulteriormente confermare se si tratta di materiale riciclato.

Terzo livello: giudizio globale. Per i campioni che ancora non possono essere determinati, per la conferma finale viene utilizzato il metodo HS-GC-MS. Secondo lo standard nazionale GB/T 46019.2-2025, il giudizio viene effettuato analizzando 25 componenti volatili caratteristici combinati con un modello di algoritmo di foresta casuale. Questo metodo ha una precisione superiore al 95% e può distinguere efficacemente tra PP vergine e PP riciclato. Contemporaneamente, viene eseguita l'analisi elementare per rilevare il contenuto di metalli pesanti. Se il contenuto di metalli pesanti è superiore di oltre due ordini di grandezza rispetto al range normale, può essere determinato come materiale riciclato.
Nel funzionamento pratico, si consiglia di utilizzare più metodi per la verifica reciproca. Ad esempio, utilizza prima la densità e l'indice del flusso di fusione per lo screening preliminare, quindi utilizza FTIR e DSC per la conferma e infine utilizza HS-GC-MS per l'arbitrato. Questa combinazione di metodi può evitare le limitazioni di un singolo metodo e migliorare l'accuratezza dell'identificazione.

3.2 Sistema standard di giudizio di risultato

Stabilire uno standard di giudizio scientifico sui risultati è fondamentale per garantire l’accuratezza dell’identificazione. Sulla base degli standard nazionali e delle pratiche del settore, possiamo stabilire il seguente sistema standard di giudizio.

Criteri di giudizio sulle proprietà fisiche:

• Densità: il PP vergine è 0,905-0,910 g/cm³, il materiale riciclato può variare nell'intervallo 0,900-0,915 g/cm³ e il materiale riciclato presenta una variazione di densità maggiore a causa della sua composizione complessa.
• Indice di fluidità (MFR): il valore MFR del PP vergine deve rientrare nelle specifiche standard (solitamente 2-10 g/10 min), il valore MFR del materiale riciclato può essere leggermente superiore e il valore MFR del materiale riciclato può essere 2-5 volte superiore a quello del materiale vergine.
• Punto di fusione: il punto di fusione del PP vergine è 165-169 gradi, il punto di fusione del materiale riciclato rimane sostanzialmente invariato e il punto di fusione del materiale riciclato può diminuire di 5-10 gradi e possono comparire più picchi di fusione.
• Cristallinità: la cristallinità del PP vergine è del 60-80% e la cristallinità del materiale riciclato è del 40-60%.

Criteri di giudizio sulla composizione chimica:

• Picchi caratteristici FTIR: intensità del picco C=O (1600-1750 cm⁻¹), più debole nel materiale vergine, significativamente più forte nel materiale riciclato; il picco caratteristico del metile (2950 cm⁻¹), appare dopo molteplici fasi di lavorazione.
• Contenuto di metalli pesanti: il contenuto di metalli pesanti del materiale vergine è estremamente basso (deviazione relativa < 57%) e il contenuto di metalli pesanti del materiale riciclato può essere più di due ordini di grandezza superiore a quello del materiale vergine.
• Componenti volatili: 25 componenti caratteristici vengono rilevati da HS-GC-MS e esistono differenze significative nei tipi e nel contenuto dei componenti tra materiali vergini e riciclati.

Criteri di giudizio sulla microstruttura:

• Picco di fusione DSC: il materiale vergine mostra un singolo picco netto, mentre il materiale riciclato mostra una forma di picco più ampia e può avere più picchi.
• Morfologia della sferulite: il materiale vergine ha dimensioni della sferulite uniformi e morfologia completa, mentre il materiale riciclato ha dimensioni della sferulite variabili e morfologia irregolare.
• Morfologia superficiale: la sezione trasversale-del materiale vergine è liscia e uniforme, mentre la sezione trasversale-del materiale riciclato è ruvida e potrebbe presentare difetti.

Nel giudizio reale, è necessario considerare più indicatori in modo completo. Ad esempio, se un campione soddisfa contemporaneamente le seguenti condizioni: densità entro l'intervallo standard, valore MFR normale, picco di fusione singolo in DSC, picco C=O debole in FTIR e basso contenuto di metalli pesanti, viene giudicato materiale vergine. Se il campione mostra un aumento significativo del valore MFR, picchi multipli nel DSC, picchi C=O migliorati nel FTIR e un elevato contenuto di metalli pesanti, si tratta di materiale riciclato. Per i campioni che rientrano tra questi due estremi, è necessaria l'analisi HS-GC-MS, combinata con un modello di foresta casuale per la determinazione finale.

3.3 Limitazioni del metodo e punti di controllo qualità

Sebbene i metodi sopra indicati abbiano un'elevata precisione, ciascun metodo presenta i suoi limiti, che devono essere considerati nelle applicazioni pratiche.

• Limitazioni del test di densità:Sebbene il test di densità sia semplice e veloce, fornisce solo informazioni limitate. La densità dei diversi tipi di PP (come omopolimero e copolimero) può variare leggermente e alcuni additivi (come i riempitivi) possono influenzare in modo significativo il valore della densità. Pertanto, il test della densità può essere utilizzato solo come metodo di screening preliminare e non come base finale per la determinazione.

• Limitazioni del test dell'indice di fluidità:Il test MFR è fortemente influenzato dalla temperatura e dalla storia del taglio e piccoli cambiamenti nelle condizioni di test possono portare a deviazioni nei risultati. Inoltre, anche alcuni modificatori (come i plastificanti) influenzeranno il valore MFR. Pertanto, quando si eseguono test MFR, le condizioni di test devono essere rigorosamente controllate e devono essere eseguiti più test paralleli.
• Limitazioni dell'analisi FTIR:Il metodo ATR-FTIR funziona bene per identificare i materiali riciclati PE-LD, ma presenta limitazioni nell'identificazione dei materiali riciclati PP, in particolare i materiali riciclati che sono stati sottoposti a un ciclo di lavorazione, che potrebbero non mostrare differenze significative. Inoltre, la FTIR può fornire solo informazioni sui gruppi funzionali e non può determinare la struttura chimica specifica.

Requisiti per il metodo HS-GC-MS:Sebbene questo metodo abbia un’elevata precisione, richiede attrezzature sofisticate e operatori altamente qualificati. Richiede un gascromatografo per spazio di testa-spettrometro di massa con una sorgente EI, un campionatore per spazio di testa funzionante a una temperatura di almeno 150 gradi, un software analitico professionale e operatori ben-addestrati.

 

Per garantire l’accuratezza dei risultati dell’identificazione, è necessario istituire un sistema completo di controllo della qualità:

Controllo della rappresentatività del campione:Attenersi rigorosamente agli standard di campionamento (come ISO 2859) per garantire che i campioni prelevati riflettano accuratamente le caratteristiche dell'intero lotto di materiale. Per i materiali granulari, i campioni devono essere prelevati da più punti in posizioni diverse, miscelati in modo uniforme e quindi testati.

Calibrazione e manutenzione dello strumento:Tutte le apparecchiature di prova devono essere calibrate regolarmente. Le bilance elettroniche, le macchine di prova universali e altre apparecchiature di misurazione richiedono una calibrazione annuale da parte di un istituto metrologico legalmente riconosciuto. I tester della portata di fusione e i tester della temperatura di distorsione termica devono essere calibrati internamente-o da terzi ogni sei mesi. Gli elementi di calibrazione includono l'accuratezza della temperatura, l'accuratezza del valore della forza e la stabilità della velocità. I rapporti di calibrazione devono essere archiviati per riferimento futuro per garantire la tracciabilità dei dati di test.

Controllo delle condizioni ambientali:L'ambiente di test deve soddisfare i requisiti standard, poiché temperatura, umidità e pulizia possono influenzare i risultati del test. Ad esempio, il test di densità richiede un ambiente a temperatura costante di 23±0,5 gradi; L'analisi FTIR deve essere condotta in un ambiente asciutto per evitare interferenze con il vapore acqueo; e i test microbiologici devono essere eseguiti in una camera bianca.

Registrazione e tracciabilità:Tutti i processi e i risultati dei test devono essere registrati in dettaglio, comprese le informazioni sul campione, le condizioni di test, i dati grezzi, il processo di calcolo e i risultati finali. Le registrazioni devono essere chiare, accurate, tracciabili e conservate per un periodo specificato.

Istituendo un sistema completo di controllo della qualità, è possibile massimizzare i vantaggi dei vari metodi di identificazione, garantendo un'accurata differenziazione delle materie prime plastiche PP vergini, riciclate e rigenerate-per uso alimentare e fornendo un supporto tecnico affidabile per il controllo della qualità del prodotto. Nelle applicazioni pratiche, dovrebbe essere selezionata un'appropriata combinazione di metodi in base a circostanze specifiche, garantendo sia l'accuratezza che considerando i costi e l'efficienza dei test. Per il PP di grado alimentare-, un materiale con requisiti di sicurezza estremamente elevati, si consiglia di utilizzare più metodi per un'identificazione completa per garantire la qualità del prodotto e la sicurezza alimentare.