张书敏1 江龙发1 周丽萍2 蔡 丹3 石 磊1

Typical Characteristics and Identification Technology of Recycled Plastic Particles Solid Waste

ZHANG Shu-Min¹ JIANG Long-Fa¹ ZHOU Li-Ping² CAI Dan³ SHI Lei¹

Abstract There is no unified standard method for solid waste rapid identification of recycled plastic particles. By means of sensory inspection, manual sorting, infrared spectrum analysis, ash detection, powder content detection and other technical means, this paper studied and analyzed 7 typical characteristics of recycled plastic particle solid waste, and deduced the possible origin of plastic recycled plastic particle according to the production process. According to the source of solid waste in Identification Standards for Solid Waste General Rules (GB 34330-2017), a conclusion is drawn, it lays the technical foundation for the establishment of a rapid identification standard for recycled plastic granular solid waste.

Keywords recycled plastic granular; rapid identification of solid waste; typical characteristics; recognition technology

如今，塑料制品己成为我们日常生活和工业生产的必需品。为便于生产、运输和使用，生产塑料制品的原料一般都是颗粒状。塑料原料根据来源不同，分为新料和再生料。新料是指石油等化石原料提炼后的副产品经过聚合作用形成的高分子聚合物。再生料是指回收已经使用过的塑料或废弃的塑料，通过分选、破碎、造粒等工艺得到的一种塑料原料，也叫再生塑料颗粒。相较于生产新料，将废塑料回收生成为再生料，既实现了能源再生利用，又减少了环境污染。

为弥补国内塑料原料不足，我国每年要进口大量再生塑料颗粒。部分企业将生产过程中产生的落地料、机头机尾料或不合格品等固体废物当作再生塑料颗粒进口到国内。我国已全面禁止进口固体废物^[1]，但随着再生塑料颗粒进口业务量的增多，固体废物进入国内的概率增加，因此严格控制固体废物流入是海关现阶段的重点工作之一。

固体废物快速鉴别的重点在于产生来源分析^[2]，来源分析的关键点则是固体废物典型特征的识别，因此，寻求固体废物典型特征识别技术是固体废物快速鉴别的核心。目前，再生塑料颗粒的固体废物快速鉴别尚无统一的标准方法，通常需要将样品的外观性状、红外光谱定性和灰分等作为检测指标，从而识别出样品的典型特性，并结合生产工艺，分析可能的产生来源，再依据GB 34330-2017《固体废物鉴别标准 通则》^[3]中相关条款判断是否属于固体废物。本文概述了再生塑料颗粒的不同生产工艺，对再生塑料固体废物的典型特征进行研究分析，并结合生产工艺探讨可能的产生来源，为建立再生塑料颗粒固体废物快速鉴别标准奠定技术基础。

1 样品和实验

1.1 样品

本文将再生塑料颗粒固体废物的7种典型特征作为研究对象，每种典型特征选择有代表性的样品进行研究分析，对应的样品编号分别为案例1#、案例2#、案例3#、案例4#、案例5#、案例6#、案例7#。

1.2 仪器和设备

Cary660型红外光谱仪（美国Agilent公司）；TM0914P型马弗炉（北京盈安美诚公司）；TG-DTA8121H型热重-差热分析仪（日本理学公司）。

1.3 实验方法

1.3.1 感官检验

通过目视和嗅闻等方式对样品的感官性状进行检验，包括形态、气味、颜色、污渍、表面光泽度等。

1.3.2 手工分拣

通过感官检验，如果发现样品由性状不同的成分混合而成，则将不同性状的成分分离。

1.3.3 红外光谱分析

按照GB/T 6040-2002《红外光谱分析方法通则》进行分析。

1.3.4 灰分检测

参照GB/T 9345.1-2008《塑料 灰分的测定 第1部分：通用方法》和GB/T 33047.1-2016《塑料 聚合物热重法（TG）第1部分：通则》进行检测。

1.3.5 粉末含量检测

参照GB/T 14190-2017《纤维级聚酯（PET）切片试验方法》中5.8.1方法A进行检测。

2 再生塑料颗粒生产工艺

2.1 无熔造粒

无熔造粒的流程^[4-5]：除杂→粉碎→压缩→冷却→切粒→细粉分离→成品包装。首先，将废塑料经过洗涤、筛分等除杂工艺去除金属、砂砾等杂质，然后将废塑料粉碎，并由气动系统送至压缩机，在塑料的维卡软化点以下，经过压缩和捻搓作用形成细条状，最后将冷却后的条状物料粉碎成大小合格的颗粒。

该工艺无需物料熔融过程，加工温度低于塑料维卡软化点，可避免因熔融过程导致物料黏性被破坏并产生高温降解，以致影响材料性能的情况。但是切粒过程容易导致颗粒大小不均匀，产生细粉等缺陷。

2.2 湿法造粒

湿法造粒工艺流程^[5-6]：收集→分选→破碎→清洗→烘干→熔融→切粒。回收的废塑料种类繁杂，表面附着的灰尘、油渍等杂质严重影响再生塑料的质量。一般通过增加破碎和清洗时间去除这些杂质，再经过熔融挤压成细条状，通过水冷却后，被切成大小合适、均匀的颗粒。收集和分选由人工完成，破碎、清洗、干燥由破碎机、清洗机和干燥器来完成。塑料在螺杆挤出机中熔融，通过口模挤出并由切粒装置完成造粒。

湿法造粒是最常用的塑料再生工艺，对于产品的品质而言，其优点是颗粒大小均匀，缺点有3个：（1）收集和分选由人工完成，容易产生除杂不彻底的情况；（2）切粒过程容易产品粉尘，并混入产品中；（3）熔融状态下，某些塑料的黏性被破坏，且容易产生高温降解现象。

2.3 干法造粒

干法造粒工艺流程^[5,7]：收集→破碎→分离除杂→熔融→切粒。干法造粒省去了清洗和干燥过程。分离除杂方法有电选分离、浮选分离、浮沉分离、近红外光谱分离等。

与湿法造粒相比，干法造粒无需清洗和干燥环节，节约了水资源，在水资源严重缺乏的地方应用较为广泛。但是由于产品的质量取决于杂质是否清除彻底，需要安装专门的自动化除杂设备。虽然增加了生产成本，却可以避免湿法造粒工艺人工分选带来的不确定性。

3 再生塑料颗粒固体废物的典型特征

3.1 聚合物组分不一致

如图1所示，对案例1#的样品进行分拣，样品由半透明粒子和白色粒子组成，颗粒大小一致。对2种外观不同的样品进行红外光谱分析，如图2和图3所示。经对照标准谱图，判断半透明粒子和白色粒子的主要聚合物分别为聚丙烯和聚乙烯。按照质量比计算，半透明粒子占39%，白色 粒子占 61% 。

样品分拣前 样品分拣后

图1 案例1#样品分拣前后对比图

Fig.1 Comparison of samples before and after sorting in Case 1#

图2 半透明粒子红外光谱图

Fig.2 Infrared spectrum of the translucent particles

图3 白色粒子的红外光谱图

Fig.3 Infrared spectrum of the white particles

回收的废塑料大多是各种塑料混杂。不同聚合物种类的废塑料需要进行分拣，然后再进行后续的再生过程，所以不会存在聚合物成分不一致的颗粒。如果废塑料分拣过程有意将聚乙烯和聚丙烯混在一起进行再生，那么每个粒子的化学成分应该分别含有聚乙烯和聚丙烯2种聚合物，而不会出现不同的粒子聚合物组分不一致的情况。因此，推断该批再生塑料粒子是生产过程中原料切换不规范产生的过渡料，或者是边角料的混合。聚合物组分不同的混合料，由于其熔融温度和熔体流动速率等理化性质不同，可能会导致后续生产的塑料制品品质不合格。依据 GB 34330-2017中4.1条款，该样品属于丧失原有使用价值的物质，判定为固体废物。

3.2 夹杂物

案例2#的样品主要外观性质为黑色粒子，经过分拣后发现夹杂有砂砾和黑色塑料薄膜，黑色塑料颗粒表面较脏，如图4所示。废旧塑料的再生工艺均会对原料进行清洗，不会含有砂砾，而且经过熔融或无熔造粒工艺，不会出现塑料薄膜。利用红外光谱分析黑色颗粒和薄膜的聚合物组分，如图5和图6所示，经过标准谱图比对，两者的聚合物组分均为聚乙烯，推断黑色塑料薄膜是再生前的废塑料。综合分析样品的外观情况，样品应该为塑料颗粒生产过程中产生的扫地料，由于生产环境较差或生产过程管理不严所导致。依据 GB 34330-2017中4.1条款，该样品属于丧失原有使用价值的物质，判定为固体废物。

样品分拣前 样品分拣后

图4 案例2#样品分拣前后对比图

Fig.4 Comparison of samples before and after sorting in case 2#

图5 黑色粒子红外光谱图

Fig.5 Infrared spectrum of the black particles

3.3 表面油污

案例3#的样品为淡黄色颗粒，颗粒大小均匀，表面光亮，用手触摸能感受到明显的油腻感。样品明显呈现出已被油污污染，对粒子表面的油污进行红外光谱分析，如图7所示，结果表明油污的主要成分为长链饱和烷烃，疑似矿物润滑油的主要成分。

图6 黑色薄膜红外光谱图

Fig.6 Infrared spectrum of the black film

图7 油污的红外光谱图

Fig.7 Infrared spectrum of the oil stain

回收的废塑料来源复杂，不可避免地会有不同程度的污染。在再生造粒前必须保证废塑料是干净无污染的，否则会影响再生塑料粒子的品质。因此，清洗过程是废塑料再生工艺的关键。废塑料的清洗剂主要包括碱液、表面活性剂和有机溶剂^[7]。不同的清洗剂在使用范围、清洗效果等方面各有利弊。清洗方法对清洗效果也有较大影响，漂洗或搅拌清洗是传统的洗涤方法^[6]，成本低，但清洗效果欠佳。超声波的清洗效果较好，但是设备的使用和维护成本较高。综合上述情况，推断该再生塑料颗粒来源于被润滑油污染的废塑料，例如装润滑油的废塑料桶等。由于没有选择合适的清洗剂或清洗方法，油污未清洗干净，从而被带到最终的再生塑料颗粒中。依据 GB 34330-2017中4.1条款，该样品属于丧失原有使用价值的物质，判定为固体废物。

3.4 塑料粉末

案例4#的样品为半透明颗粒，大小均匀，有明显可见粉末，如图8所示。对塑料颗粒和塑料粉末分别进行红外光谱分析，如图9和图10所示，经对照标准谱图，表明两者的聚合物组分均为聚碳酸酯。对样品的粉末含量进行检测，含量为2080 mg/kg，参照FZ/T 51013-2016《纤维级聚酯切片（PET）》，该样品的粉末含量不符合限量（≤150 mg/kg）要求。再生塑料造粒过程中，原料经过分选、除杂、熔融等工艺后，通过模头挤出呈线条状，再经冷却，牵引至切粒机上，切粒成型，应为大小、外观一致的颗粒。切粒过程中会产生少许粉末，但是通过分离等工艺可以去除，不应存在大量粉末。粉末的产生可能由于切粒过程的质控不完善，含有大量粉末的产品会影响后续加工。依据 GB 34330-2017中4.2条款，样品属于生产过程产生的副产物，判定为固体废物。

样品分拣前

样品分拣后

图8 案例4#样品分拣前后对比图

Fig.8 Comparison of samples before and after sorting in case 4#

图9 颗粒状样品红外光谱图

Fig.9 Infrared spectrum of the granular sample

图10 粉末状样品红外光谱图

Fig.10 Infrared spectrum of powder sample

3.5 颗粒粘连

案例5#的样品主要由深黄色和浅黄色粒子组成，基本属于同一色系。样品中颗粒粘连情况较为严重，部分粘连趋近于块状和条状，如图11所示。正常造粒过程中，原料经过挤出机塑化后，通过模头挤出呈线状，再经过冷却，牵引至切粒机上，切粒成型，应为大小、外观一致的颗粒，不应存在粘连的现象。产生粘连的原因可能是冷却不够彻底，导致切粒后粒子的温度较高，从而产生粒子粘连的情况。颗粒粘连会导致后续生产过程中共混合均化不完全，对于生产塑料制品的影响很大。综合以上情况，粘连颗粒应该是生产过程中冷却温度控制不当导致的。依据 GB 34330-2017中4.1条款，该样品属于丧失原有使用价值的物质，判定为固体废物。

图11 案例5#样品分拣图

Fig.11 Sample sorting diagram in case 5#

3.6 不同色系颗粒混合

案例6#的样品颗粒大小一致，由黑色粒子和绿色粒子组成，如图12所示。对样品进行分拣，黑色粒子占41%，绿色粒子占59%。塑料再生造粒过程中，获得的产品一般应为大小、外观、成分一致的颗粒，不应存在颜色不一致的情况。该样品外观为2种色系的柱状塑料颗粒，同一包装袋内的粒子含有2种色系，推断样品来源于再生塑料粒子生产及塑料制品加工过程产生的下脚料或过渡料。依据 GB 34330-2017中4.1条款，该样品属于丧失原有使用价值的物质，判定为固体废物。

图12 案例6#样品外观

Fig.12 Appearance of samples in case 6#

3.7 灰分不一致

案例7#的样品颗粒大小一致，由棕色粒子组成，但仔细查看可以发现，样品由表面光亮和表面粗糙的粒子组成，如图13所示。对样品进行分拣，表面光亮粒子占35%，表面粗糙粒子占65%，灰分分别为0.062%、0.390%。灰分不同，说明粒子中塑料助剂的种类或含量不同。塑料再生造粒过程中，获得的产品一般应为大小、外观、成分一致的颗粒。助剂不一致说明样品为典型的尾料混合物。推断样品来源于再生塑料粒子生产及塑料制品加工过程产生的下脚料或过渡料。再生料的灰分不同，会影响后续塑料制品的力学强度等品质。依据 GB 34330-2017中4.1条款，该样品属于丧失原有使用价值的物质，判定为固体废物。

样品分拣前

样品分拣后

图13 案例7#样品分拣前后外观图

Fig.13 Appearance of samples before and after sorting in case 7#

3.8 七种典型特征及其识别技术的对比分析

对上述再生塑料颗粒固体废物的7种典型特征及其识别技术进行总结和对比分析，见表1。结果表明，再生塑料颗粒固体废物的典型特征可以分为外观性状异常和组分不一致两类。（1）外观性状异常主要包括案例2#夹杂物、案例3#表面油污、案例4#塑料粉末、案例5#颗粒粘连、案例6#不同色系颗粒混合。外观性状异常的识别首先是通过感官检验，然后再进行手工分拣等进一步确证。（2）组分不一致包括聚合物组分不一致和灰分不一致。聚合物的一致性可通过红外光谱分析。再生塑料颗粒除含有聚合物外，还有废塑料带入的塑料添加剂，它是改善塑料性能的一些化合物，包括热稳定剂、抗氧剂、着色剂等。添加剂的种类和数量不同，可能会导致灰分产生较大差异。

4 结语

本文提出了再生塑料颗粒固体废物的7种典型特征及其识别技术，为建立再生塑料颗粒固体废物快速鉴别标准奠定了技术基础。7种典型特征可分为外观性状异常和组分不一致。外观性状异常包括夹杂物、表面油污、塑料粉末、颗粒粘连、不同色系颗粒混合等情况；组分不一致包括聚合物组分不一致和灰分不一致。典型特征的识别技术包括感官检验、手工分拣、红外光谱分析、灰分检测、粉末含量检测。根据再生塑料颗粒的典型特征，结合生产工艺，推断其可能的产生来源为机头机尾料、过渡料、扫地料等。依据GB 34330-2017中条款4.1丧失原有使用价值的物质，条款4.2生产过程中产生的副产物，判定为固体废物。

基金项目：海关总署科研项目（2019HK015）

第一作者：张书敏（1984—），男，汉族，江西上饶人，硕士，工程师，主要从事化工产品检测，E-mail: 307603732@qq.com

1. 南昌海关技术中心 南昌 330000

2. 南昌海关 南昌 330000

3.南昌海关后勤管理中心 南昌 330000

1. Technology Center of Nanchang Customs District, Nanchang 330000

2. Nanchang Customs District, Nanchang 330000

3. Logistics Management Center of Nanchang Customs District, Nanchang 330000

表1 7种典型特征及其识别技术

Table 1 Seven typical features and their recognition techniques

参考文献

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（文章类别：CPST-C）