告別異味與黑點：全球頂尖技術如何讓 PCR“逆天改命”？

塑料回收的質量控制是一個多維度挑戰，不僅由實際條件和技術因素驅動，也受市場和監管力量的影響。目前，新塑料產品中消費后回收料（PCR）的平均占比仍低于歐盟《包裝和包裝廢棄物條例》（PPWR）和《報廢車輛指令》（ELV）設定的目標，部分原因在于回收料與原生料之間的質量差異。

 

 

在線VOC分析系統

芬蘭研究機構VTT表示，他們正在通過開發一種新方法來解決這一問題。該方法結合了機械、物理和化學回收工藝并輔以先進的流變學技術來穩定質量，從而能夠生產出適用于高要求應用場景的高質量回收塑料。在此過程中，傳感器會持續監測材料的熔體粘度和其他參數。當系統檢測到波動時，可自動調整回收料的成分和添加劑，以確保質量穩定一致并使材料性能維持在設定的范圍內。

“我們將這一過程稱為高級流變控制。”VTT首席科學家、聚合物材料工程專家雅尼·佩爾（Jani Pelto）表示，“在實際應用中，它是一個自動化的質量調節系統，能讓業界對回收塑料的質量和預期性能都充滿信心。”

在處理消費后回收料（PCR）時，另一個主要障礙是其中存在的異味。盡管目前已有多種技術手段可用于去除氣味活性物質和其他揮發性有機化合物（VOCs），但回收材料通常仍會帶有異味，嚴重限制了其可用性。因此，VTT開發了一套在線VOC分析系統，可安裝在任何雙螺桿擠出機的脫氣線上。該系統基于其自主研發的與真空管路相連的氣體采樣系統，能夠通過芬蘭Gasmet Technologies公司生產的GT6000 Mobilis在線傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）進行近實時分析。該采樣和分析系統能夠對大多數VOCs和水分含量進行定量分析，并且該FT-IR靈敏度極高，足以檢測出低濃度的殘留單體（如苯乙烯）和其他低分子量的芳香族化合物。

佩爾托指出，FT-IR光譜法相較于氣相色譜-質譜聯用檢測法（GC-MS）更具優勢，因其非常穩定可靠，且能實現快速響應。盡管該技術無法按摩爾質量對每種化學物質進行完整鑒定，但其強大的軟件算法能有效地對測得的總光譜進行解卷積——可從龐大的校準參考數據庫中選擇多達20種不同的目標有機化合物進行定量分析。

VTT已在歐盟Primus項目中成功驗證了其在線VOC系統。在該項目中，系統對原生高抗沖聚苯乙烯（HIPS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和含有回收成分的復合材料的穩定性進行了比較。該系統還檢測到了由溴系阻燃劑殘留濃度產生的鹵化降解產物以及聚氯乙烯（PVC）分解產生的氯化氫，這對于面向熱解的混合塑料擠出預處理過程而言極具價值。

該在線VOC測量技術還在聚乙烯混合多層材料（PE/PA和PE/PET）的擠出過程中得到了驗證，其中工藝條件可根據光譜儀的響應來設定。芬蘭回收商KesRec的技術總監塔帕尼·斯馬特（Tapani Smatt）表示，這項技術可用于控制擠出系統中PA6解聚的工藝條件。據稱，該在線VOC測量技術是VTT試驗線的一項重要補充，該試驗線專注于集成了在線測量和過程控制的高級機械回收。VTT高級科學家伊爾卡·呂托盧奧托（Ilkka Rytöluoto）指出，在線VOC分析能極大拓展VTT在數據驅動的擠出過程控制方面的能力，其應用范圍可超越流變控制等領域。

 

圖1：Hydramotion公司的Scorpion 技術可直接從熔體流中獲取與熔體流動指數（MFI）、特性粘度（IV）和分子量直接相關的熔體流動、粘度和粘彈性實時數據©Hydramotion

 

實時數據

2025年早些時候，工藝粘度傳感器制造商Hydramotion公司發布了其新一代熔體流動分析儀ViscoMelt。該設備專為聚合物配混、母料生產和擠出工藝而設計，采用名為“Scorpion”的新型傳感器技術（圖1），可直接從熔體流中獲取關于熔體流動、粘度和粘彈性的實時數據。這些測量項目以往僅限于在實驗室內進行，或需通過昂貴的大型機械設備并提取樣本才能完成。該公司表示，實時掌握熔體特性對于致力于確保配方一致性、管控波動性并檢測熔體偏差的配混料和母料生產商而言至關重要，尤其是在處理回收料時。隨著材料配方的復雜性日益增加，熔體流變學的實時可視化不僅能夠實時檢測批次波動、混合不均和降解情況，還有助于快速采取糾正措施。

隨著市場對含有PCR、工業后回收料、生物基聚合物和復雜填充體系的配方需求不斷增長，工藝波動愈發難以通過傳統方法控制。Hydramotion表示，ViscoMelt系統有助于在減少對實驗室基礎設施和質檢人員依賴的同時提升質量保證和工藝優化水平。該系統被設計為傳統毛細管流變儀和實驗室熔體流動指數（MFI）測試儀的直接在線替代品，且其設計不含任何運動部件、變速箱和熔體泵，因此幾乎無需維護。

“在配混過程中，熔體流動性和粘度是關鍵的性能指標。”首席營銷官約翰·羅（John Rowe）表示，“流變特性的波動會直接影響下游加工和產品性能。有了ViscoMelt，加工商無需再等待實驗室結果或依賴離線取樣。他們能實時在線獲得連續的、帶時間戳的熔體行為曲線。ViscoMelt 分析儀是渴望實現工藝和流變測量能力現代化的配混廠商的理想選擇。它安裝簡便，無需對基礎設施進行改造，可立即開始提供高價值數據，幫助團隊減少浪費、穩定工藝并提升產品一致性。”

氣味評估

弗勞恩霍夫加工與包裝技術IVV研究所表示，他們正在測試多種優化回收工藝并減少異味的方法。其中一個項目是在弗勞恩霍夫塑料循環經濟卓越集群（CCPE）的框架內開發一種系統性評估機械回收過程中氣味物脫除效果的方法。該項目以低密度聚乙烯（LDPE）為代表性材料開展關鍵研究工作，旨在對回收工藝在氣味物脫除方面的效果進行可比較的標準化評估。該方法未來將進一步拓展，以涵蓋更多的工業挑戰、應用規模以及物料流。其他研究活動還包括氣味捕捉劑的表征和優化，與此同時，基于分析數據預測氣味特性的高效方法開發也已取得重大進展。

智能氣味評估法由弗勞恩霍夫加工與包裝技術IVV研究所研發，并已在德國聯邦教育與研究部（BMBF）資助的KIOptiPack項目中得到了驗證。該方法通過復雜的數據處理算法融合了人類感官與儀器分析信息，旨在對包括氣味在內的各項質量參數進行評估。

 

圖2：利安德巴塞爾（LyondellBasell）的德國公司內部分析團隊正在推進痕量分析技術的研究 ©LYB

利安德巴塞爾（LyondellBasell）公司正試圖通過大力投資研發，從源頭上解決質量控制問題。例如，其位于德國法蘭克福的創新中心正加大在先進分選、去污和配混技術開發以及PCR深度分析方面的投入（圖2）。

“該設施能夠處理數百公斤測試材料，并按塑料類型和顏色進行分選，同時還具備去污、擠出和脫氣等工藝選項，這標志著我們在近工業化條件下開發技術方面樹立了一個關鍵里程碑。”法蘭克福工藝技術開發負責人烏爾夫·許勒（Ulf Schüller）表示。

投資內容包括安裝一套新的碎片分選機、創新的去污步驟、下游脫氣和純化裝置。這些設施將助力公司為客戶開發更穩定、更高質量的終端產品，而深度分析技術在此過程中將再次發揮關鍵作用。

 

包裝項目

CosPaTox（化妝品、包裝和毒理學的英文簡稱）是一個歐洲聯盟，其已為化妝品和家居用品包裝中的PCR塑料制定了自愿性安全指南，其中包含可靠的測試方法。用于評估回收材料的分析方法示例包括：氣相色譜-質譜聯用法（GC-MS）——用于識別和量化痕量有機污染物，電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）——用于檢測重金屬含量，以及高效液相色譜法（HPLC）——用于分析添加劑和降解產物。這些技術有助于確保回收材料符合嚴格的安全要求，尤其是在敏感性應用中。

在 K 2025 展會上，Erema公司對其PredictOn:Drive數字解決方案進行了功能擴展，新增了更詳盡的數據分析功能和全新的PredictOn:Plastification工具。該工具可記錄塑化單元中的變化，從而即時對其成因進行糾正。PredictOn可為推薦的維護任務提供指導，部分輔以視頻教程，其工藝可視化功能已完全集成到人機界面（HMI）和BluPort數字客戶平臺中。展會期間，PredictOn在一臺Intarema TVEplus DuaFil Compact設備上進行了現場動態演示，實時處理了不同的輸入材料。

PredictOn:Drive能夠監控預處理單元和擠出機上的主要驅動系統以及PET系統中的真空泵狀態。新增的深度數據分析選項使該工具功能更強大，它能檢測到任何異常工藝值，并自動觸發基于AI算法的遠程分析，從而識別潛在損壞并精確定位受影響部件。當出現異常時，機器操作員可直接在BluPort平臺上接收到精確的診斷報告和具體的操作建議，而定期生成的狀態報告可對受監控部件進行分析，詳細的長期數據還可在線查閱。

 

視覺缺陷

廣幸工業株式會社（Hiroyuki Industries）已成為食品級回收PET生產領域的關鍵企業，其產品組合涵蓋瓶到瓶回收、打包帶和拉伸薄膜。為確保出廠的都是最高品質的材料，該公司采用西科拉（Sikora）公司的Purity Concept V系統進行光學檢測和分析。該系統已被集成到該公司的質量控制實驗室，可在發貨前對rPET樣品進行檢測，并自動識別黑點和變色等外觀缺陷以及小至50微米的其他雜質。該公司表示，這一方案通過取代人工檢測流程同時提升了準確性和效率。

該公司表示，Purity Concept V的應用顯著提高了產品的一致性。缺陷能夠被更早地發現，因此可以立即采取糾正措施并減少不合格批次的數量。此外，每次檢測都會被記錄并存檔，從而生成可靠的數據追溯鏈，為產品追溯、客戶質量保證和合規審計提供支持。

在K2025展會上，專為片材和薄膜生產提供基于攝像頭的顆粒料檢測和分選技術的Inspec.tech公司發布了其在線原材料檢測系統的升級方案。此次升級得益于改進的攝像頭與照明技術。此外，系統在攝像頭和照明定位方面也有所增強，能夠根據尺寸、形狀、顏色、污染物（黑點或燒焦料等）以及交叉污染情況更有效地檢測并剔除不合格品。

基于這項技術，該公司還推出了其新型材料回收系統。該系統可執行自動、重復的分選循環，直至達到最佳的分離和分選效果。其視覺檢測和分選技術能夠根據污染物、顏色、尺寸和形狀進行分離，從而實現高價值聚合物的回收。最后，該公司還發布了其新型原材料檢測實驗室模型。該機型采用相同的視覺檢測技術，但設計為更緊湊的桌面系統。 

 

圖3：PredictOn:Drive能夠監控Erema預處理單元和擠出機的主要驅動系統 ©Erema

 

穩流智控

在K2025展會上，造粒機制造商Hellweg Maschinenbau展示了其在線流量測量系統Smart Flow，并宣布該系統將被集成至其產品中，以對現有的Smart Control系統進行補充。二者結合后，它們將為自學習人工智能（AI）模塊的集成奠定堅實的基礎，這被視作質量控制領域的下一步演變。該系統能夠在造粒機運行過程中計算材料特性、進料量與所需功率之間的最佳配比，隨后自動調節機器參數，從而在無人干預的情況下實現能效最大化。

Smart Flow的核心是一個安裝在提升管內的傳感器，它無需接觸即可測量流量（體積流量）。測得的數據被傳輸至Smart Control系統，并在該系統內進行處理、推算與顯示。諸如粉碎性能等統計值也可被自動調取并對接至客戶的制造執行系統（MES）和規劃工具。這些數據的可靠性、精確性和可重復性均基于其傳感器的運行模式——它利用微波技術測量體積流量，且無需維護。

 

未來展望

人工智能在行業內引起了熱議，但迄今為止，明確且切實可行的應用案例尚不多見。然而，質量控制和設備監控是其影響力開始顯現的兩個領域。法國光學分選方案提供商Pellenc ST推出了一款基于人工智能的質量控制分析儀——AISEE。與傳統分選設備不同，AISEE側重于對可回收組分的質量進行監測、分析和提升，同時減少物料損耗。Paprec集團ValcopIA部門總監文森特·卡斯塔涅德（Vincent Castaignède）表示：“AISEE正在成為一個加速調試階段并輔助決策的真正工具。”

該系統通過對光學設置進行微調來提升分選物料的質量并減少可回收物料的損耗。它能識別反饋回路中的錯誤并提供關于廢料成分的詳細解析。它與Pellenc ST Mistral+ Connect光學分選機具備原生OPC UA連通性，可實現更快速的調整和更簡易的微調。同時，技術人員的現場支持確保了數據驅動的洞見能夠轉化為切實可行的改進措施。

AISEE收集的數據通過Smart&Share應用安全呈現。該應用已通過ISO 27001認證，允許操作員遠程訪問儀表板和報告。Pellenc ST表示，通過將人工智能驅動的質量控制與先進的分揀技術和專屬專家支持相結合，AISEE已成為實現回收率最大化并推進循環經濟的關鍵工具。

 

本文由榮格獨家翻譯自Plastics Recycling World雜志
作者：Chris Saunders

 

來源：榮格-《國際塑料商情》

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