Sortowanie plastiku przy wykorzystaniu wieloelementowego detektora liniowego, pracującego w średniej podczerwieni

Trudno dziś wyobrazić sobie świat bez tworzyw sztucznych – przedmioty z tworzyw sztucznych są używane w każdym obszarze naszego życia. Produkcja wyrobów z tworzyw sztucznych jest znacznie tańsza niż stosowanie materiałów naturalnych, a ponadto jest szybsza, dzięki zaawansowanym metodom produkcji. Tworzywa sztuczne to materiały wykonane przez człowieka z niewystępujących w przyrodzie polimerów syntetycznych lub polimerów naturalnych (modyfikowanych przy użyciu odpowiednich dodatków). Potocznie te rodzaje materiałów są nazywane zbiorczą nazwą „plastik”, ale trzeba pamiętać, że jest to duże uproszczenie, które nie uwzględnia różnic między poszczególnymi rodzajami materiałów polimerowych. Potrzeba przezroczystych, całkowicie wodoodpornych produktów okazała się punktem zwrotnym dla przemysłu. Przełożyło się to na znacznie większą dostępność i niższą cenę pojedynczego produktu.

Opracowano skuteczne metody masowej produkcji przedmiotów z tworzyw sztucznych, co zrewolucjonizowało wiele branż. W amoku masowej produkcji jak wyglądają metody masowego recyklingu?

Istnieje wiele możliwości wykorzystania materiałów pochodzących z recyklingu.

Odzyskany plastik może być wykorzystany do wytworzenia: butelek na wodę, rur, części samochodowych i wielu innych produktów. Potrzeba prawidłowej identyfikacji plastiku rośnie z każdym dniem. Tradycyjne sortowanie tworzyw sztucznych ma jeden duży problem – do wykorzystania plastiku ponownie każdy rodzaj tworzyw sztucznych musi być odseparowany. Nawet mała ilość pomieszanych tworzyw sztucznych może zmniejszyć skuteczność recyklingu lub zupełnie wykluczyć taką możliwość. Ponadto problem sortowania plastiku dotyczy nie tylko śmieci lądowych, ale także odpadów morskich.

Jednym ze sposobów sortowania tworzyw sztucznych jest robienie tego na linii sortowania                         [Rysunek 1]. Po pierwsze plastik musi zostać rozdrobniony na małe elementy. Nieduże, plastikowe elementy są identyfikowane przy wykorzystaniu odbitego światła podczerwonego padającego na detektor wieloelementowy. Prawidłowo zidentyfikowane elementy trafiają do oddzielnych koszy. Proces ten można powtórzyć, by uzyskać różne rodzaje tworzyw sztucznych, takie jak: PETE, HDPE, PP itp.

Rysunek 1. Przykład sortowania plastiku przy użyciu detektorów VIGO.

Prostym i dokładnym sposobem identyfikacji i klasyfikacji tworzyw sztucznych są metody spektrofotometryczne, takie metody wykorzystuje spektrofotometr Fourierowski, pracujący w reżimie podczerwieni (potocznie zwany spektrofotometrem FT-IR’owym). W FT-IR’ze światło podczerwone oświetla wcześniej rozdrobnione części z tworzywa sztucznego. Odbite światło jest zbierane przez system spektrofotometru, w którym dzięki detektorowi VIGO uzyskujemy sygnał. Sygnał ten jest przekształcany za pomocą transformaty Fouriera, w celu uzyskania konkretnych informacji o skanowanym materiale [Rysunek 2]. Analiza jest szybka i precyzyjna.

Każdy rodzaj tworzywa sztucznego ma własne pasma absorpcyjne, które można wykorzystać do identyfikacji materiału. Wieloelementowy detektor liniowy firmy VIGO System S.A. może rozróżniać wszystkie rodzaje tworzyw sztucznych poprzez wykrywanie charakterystycznych pasm absorpcyjnych [Rysunek 2]. Zasada jest widoczna poniżej.

Rysunek 2. Metoda pomiaru tworzywa sztucznego za pomocą spektrofotometru. Wykres pokazuje przykłady pasm absorpcyjnych różnych tworzyw sztucznych.

Po wykryciu każdego zaznaczonego pasma absorpcji, wieloelementowy detektor liniowy może „zobaczyć” rodzaj mierzonego plastiku. Związki organiczne, takie jak polimery, można zaobserwować dokładniej w zakresie średniej podczerwieni (MWIR), w porównaniu do zakresu bliskiej podczerwieni (NIR). Zastosowanie detektorów wieloelementowych w spektrofotometrii pozwala wyeliminować ruchome części lub filtry. Upraszcza to spektrofotometr i zwiększa niezawodność systemu.

Dla każdego spektrofotometru OEM zalecany jest 32-elementowy detektor liniowy z pasmem absorpcji polimeru. Kluczowe zalety korzystania z detektora liniowego obejmują:

  • Eliminację ruchomych części i / lub filtrów
  • Wysoką dokładność separacji dzięki wysokiemu współczynnikowi sygnału do szumu (z ang. Signal to Noise Ratio (SNR)
  • Szybki pomiar
  • Niską moc niechłodzonego detektora

Funkcje detektorów wieloelementowych średniej podczerwieni, wykonanych w technologii HgCdTe lub InAsSb to:

  • Długość fali: 3-14 μm
  • Wysoki stosunek sygnału do szumu – S / N
  • Mały dryft mierzonego sygnału wyjściowego
  • Wysoka częstotliwość

 

Opcje konfiguracji modułu:

  • Cyfrowy interfejs USB
  • Dostosowany układ mechaniczny
  • Mikroprocesor do przetwarzania sygnału

Rysunek 3. Przykładowa wykrywalność detektora z zaznaczonymi przykładami pasm absorpcyjnych niektórych plastików.

Mazowsze/0090/19-00

Sensory dla Przemysłu 4.0 I IoT