告别异味与黑点：全球顶尖技术如何让PCR“逆天改命”？

 

来源 /  本文由荣格独家翻译自AMI《Plastics Recycling World》

作者 /  Chris Saunders

 

 

 

塑料回收的质量控制是一个多维度挑战，不仅由实际条件和技术因素驱动，也受市场和监管力量的影响。目前，新塑料产品中消费后回收料（PCR）的平均占比仍低于欧盟《包装和包装废弃物条例》（PPWR）和《报废车辆指令》（ELV）设定的目标，部分原因在于回收料与原生料之间的质量差异。

 

01

在线VOC分析系统

 

芬兰研究机构VTT表示，他们正在通过开发一种新方法来解决这一问题。该方法结合了机械、物理和化学回收工艺并辅以先进的流变学技术来稳定质量，从而能够生产出适用于高要求应用场景的高质量回收塑料。在此过程中，传感器会持续监测材料的熔体粘度和其他参数。当系统检测到波动时，可自动调整回收料的成分和添加剂，以确保质量稳定一致并使材料性能维持在设定的范围内。

 

“我们将这一过程称为高级流变控制。”VTT首席科学家、聚合物材料工程专家雅尼·佩尔（Jani Pelto）表示，“在实际应用中，它是一个自动化的质量调节系统，能让业界对回收塑料的质量和预期性能都充满信心。”

 

在处理消费后回收料（PCR）时，另一个主要障碍是其中存在的异味。尽管目前已有多种技术手段可用于去除气味活性物质和其他挥发性有机化合物（VOCs），但回收材料通常仍会带有异味，严重限制了其可用性。因此，VTT开发了一套在线VOC分析系统，可安装在任何双螺杆挤出机的脱气线上。该系统基于其自主研发的与真空管路相连的气体采样系统，能够通过芬兰Gasmet Technologies公司生产的GT6000 Mobilis在线傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）进行近实时分析。该采样和分析系统能够对大多数VOCs和水分含量进行定量分析，并且该FT-IR灵敏度极高，足以检测出低浓度的残留单体（如苯乙烯）和其他低分子量的芳香族化合物。

 

佩尔托指出，FT-IR光谱法相较于气相色谱-质谱联用检测法（GC-MS）更具优势，因其非常稳定可靠，且能实现快速响应。尽管该技术无法按摩尔质量对每种化学物质进行完整鉴定，但其强大的软件算法能有效地对测得的总光谱进行解卷积——可从庞大的校准参考数据库中选择多达20种不同的目标有机化合物进行定量分析。

 

VTT已在欧盟Primus项目中成功验证了其在线VOC系统。在该项目中，系统对原生高抗冲聚苯乙烯（HIPS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）和含有回收成分的复合材料的稳定性进行了比较。该系统还检测到了由溴系阻燃剂残留浓度产生的卤化降解产物以及聚氯乙烯（PVC）分解产生的氯化氢，这对于面向热解的混合塑料挤出预处理过程而言极具价值。

 

该在线VOC测量技术还在聚乙烯混合多层材料（PE/PA和PE/PET）的挤出过程中得到了验证，其中工艺条件可根据光谱仪的响应来设定。芬兰回收商KesRec的技术总监塔帕尼·斯马特（Tapani Smatt）表示，这项技术可用于控制挤出系统中PA6解聚的工艺条件。据称，该在线VOC测量技术是VTT试验线的一项重要补充，该试验线专注于集成了在线测量和过程控制的高级机械回收。VTT高级科学家伊尔卡·吕托卢奥托（Ilkka Rytöluoto）指出，在线VOC分析能极大拓展VTT在数据驱动的挤出过程控制方面的能力，其应用范围可超越流变控制等领域。

 

02

实时数据

 

今年早些时候，工艺粘度传感器制造商Hydramotion公司发布了其新一代熔体流动分析仪ViscoMelt。该设备专为聚合物配混、母料生产和挤出工艺而设计，采用名为“Scorpion”的新型传感器技术（图1），可直接从熔体流中获取关于熔体流动、粘度和粘弹性的实时数据。这些测量项目以往仅限于在实验室内进行，或需通过昂贵的大型机械设备并提取样本才能完成。该公司表示，实时掌握熔体特性对于致力于确保配方一致性、管控波动性并检测熔体偏差的配混料和母料生产商而言至关重要，尤其是在处理回收料时。随着材料配方的复杂性日益增加，熔体流变学的实时可视化不仅能够实时检测批次波动、混合不均和降解情况，还有助于快速采取纠正措施。

 

图1：Hydramotion公司的Scorpion技术可直接从熔体流中获取与熔体流动指数（MFI）、特性粘度（IV）和分子量直接相关的熔体流动、粘度和粘弹性实时数据（供图：Hydramotion）

 

随着市场对含有PCR、工业后回收料、生物基聚合物和复杂填充体系的配方需求不断增长，工艺波动愈发难以通过传统方法控制。Hydramotion表示，ViscoMelt系统有助于在减少对实验室基础设施和质检人员依赖的同时提升质量保证和工艺优化水平。该系统被设计为传统毛细管流变仪和实验室熔体流动指数（MFI）测试仪的直接在线替代品，且其设计不含任何运动部件、变速箱和熔体泵，因此几乎无需维护。

 

“在配混过程中，熔体流动性和粘度是关键的性能指标。”首席营销官约翰·罗（John Rowe）表示，“流变特性的波动会直接影响下游加工和产品性能。有了ViscoMelt，加工商无需再等待实验室结果或依赖离线取样。他们能实时在线获得连续的、带时间戳的熔体行为曲线。ViscoMelt 分析仪是渴望实现工艺和流变测量能力现代化的配混厂商的理想选择。它安装简便，无需对基础设施进行改造，可立即开始提供高价值数据，帮助团队减少浪费、稳定工艺并提升产品一致性。”

 

03

气味评估

 

弗劳恩霍夫加工与包装技术IVV研究所表示，他们正在测试多种优化回收工艺并减少异味的方法。其中一个项目是在弗劳恩霍夫塑料循环经济卓越集群（CCPE）的框架内开发一种系统性评估机械回收过程中气味物脱除效果的方法。该项目以低密度聚乙烯（LDPE）为代表性材料开展关键研究工作，旨在对回收工艺在气味物脱除方面的效果进行可比较的标准化评估。该方法未来将进一步拓展，以涵盖更多的工业挑战、应用规模以及物料流。其他研究活动还包括气味捕捉剂的表征和优化，与此同时，基于分析数据预测气味特性的高效方法开发也已取得重大进展。

 

智能气味评估法由弗劳恩霍夫加工与包装技术IVV研究所研发，并已在德国联邦教育与研究部（BMBF）资助的KIOptiPack项目中得到了验证。该方法通过复杂的数据处理算法融合了人类感官与仪器分析信息，旨在对包括气味在内的各项质量参数进行评估。

 

利安德巴塞尔（LyondellBasell）公司正试图通过大力投资研发，从源头上解决质量控制问题。例如，其位于德国法兰克福的创新中心正加大在先进分选、去污和配混技术开发以及PCR深度分析方面的投入（图2）。

 

图2：利安德巴塞尔（LyondellBasell）的德国公司内部分析团队正在推进痕量分析技术的研究 ©LYB

 

“该设施能够处理数百公斤测试材料，并按塑料类型和颜色进行分选，同时还具备去污、挤出和脱气等工艺选项，这标志着我们在近工业化条件下开发技术方面树立了一个关键里程碑。”法兰克福工艺技术开发负责人乌尔夫·许勒（Ulf Schüller）表示。

 

投资内容包括安装一套新的碎片分选机、创新的去污步骤、下游脱气和纯化装置。这些设施将助力公司为客户开发更稳定、更高质量的终端产品，而深度分析技术在此过程中将再次发挥关键作用。

 

04

包装项目

 

CosPaTox（化妆品、包装和毒理学的英文简称）是一个欧洲联盟，其已为化妆品和家居用品包装中的PCR塑料制定了自愿性安全指南，其中包含可靠的测试方法。用于评估回收材料的分析方法示例包括：气相色谱-质谱联用法（GC-MS）——用于识别和量化痕量有机污染物；电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）——用于检测重金属含量，以及高效液相色谱法（HPLC）——用于分析添加剂和降解产物。这些技术有助于确保回收材料符合严格的安全要求，尤其是在敏感性应用中。

 

“智能回收始于智能分析。”聚合物物理学与表征研发负责人黛安娜·德奇（Diana Doetsch）表示，“通过持续的研究和尖端技术，我们能够满足客户的期望并推动回收行业的未来发展，确保回收料不含危险物质。”

 

在 K 2025 展会上，Erema公司对其PredictOn:Drive数字解决方案进行了功能扩展，新增了更详尽的数据分析功能和全新的PredictOn:Plastification工具。该工具可记录塑化单元中的变化，从而即时对其成因进行纠正。PredictOn可为推荐的维护任务提供指导，部分辅以视频教程，其工艺可视化功能已完全集成到人机界面（HMI）和BluPort数字客户平台中。展会期间，PredictOn在一台Intarema TVEplus DuaFil Compact设备上进行了现场动态演示，实时处理了不同的输入材料。

 

PredictOn:Drive能够监控预处理单元和挤出机上的主要驱动系统以及PET系统中的真空泵状态。新增的深度数据分析选项使该工具功能更强大，它能检测到任何异常工艺值，并自动触发基于AI算法的远程分析，从而识别潜在损坏并精确定位受影响部件。当出现异常时，机器操作员可直接在BluPort平台上接收到精确的诊断报告和具体的操作建议，而定期生成的状态报告可对受监控部件进行分析，详细的长期数据还可在线查阅。

 

图3：PredictOn:Drive能够监控Erema预处理单元和挤出机的主要驱动系统 ©Erema

 

05

视觉缺陷

 

广幸工业株式会社（Hiroyuki Industries）已成为食品级回收PET生产领域的关键企业，其产品组合涵盖瓶到瓶回收、打包带和拉伸薄膜。为确保出厂的都是最高品质的材料，该公司采用西科拉（Sikora）公司的Purity Concept V系统进行光学检测和分析。该系统已被集成到该公司的质量控制实验室，可在发货前对rPET样品进行检测，并自动识别黑点和变色等外观缺陷以及小至50微米的其他杂质。该公司表示，这一方案通过取代人工检测流程同时提升了准确性和效率。

 

“凭借Purity Concept V系统，我们在检测颗粒料外观杂质方面的能力得到了显著提升。”广幸工业株式会社质量保证副经理陈爽（Chan Shuang）表示，“这不仅能提高产品质量，同时也增强了客户对我们材料的信心。”

 

该公司表示，Purity Concept V的应用显著提高了产品的一致性。缺陷能够被更早地发现，因此可以立即采取纠正措施并减少不合格批次的数量。此外，每次检测都会被记录并存档，从而生成可靠的数据追溯链，为产品追溯、客户质量保证和合规审计提供支持。

 

在K2025展会上，专为片材和薄膜生产提供基于摄像头的颗粒料检测和分选技术的Inspec.tech公司发布了其在线原材料检测系统的升级方案（图4）。此次升级得益于改进的摄像头与照明技术。此外，系统在摄像头和照明定位方面也有所增强，能够根据尺寸、形状、颜色、污染物（黑点或烧焦料等）以及交叉污染情况更有效地检测并剔除不合格品。

 

图4：Inspec.tech公司近期发布了其在线原材料检测系统的升级方案 ©Inspec.tech

 

基于这项技术，该公司还推出了其新型材料回收系统。该系统可执行自动、重复的分选循环，直至达到最佳的分离和分选效果。其视觉检测和分选技术能够根据污染物、颜色、尺寸和形状进行分离，从而实现高价值聚合物的回收。最后，该公司还发布了其新型原材料检测实验室模型。该机型采用相同的视觉检测技术，但设计为更紧凑的桌面系统。

 

06

稳流智控

 

在K2025展会上，造粒机制造商Hellweg Maschinenbau展示了其在线流量测量系统Smart Flow，并宣布该系统将被集成至其产品中，以对现有的Smart Control系统进行补充。二者结合后，它们将为自学习人工智能（AI）模块的集成奠定坚实的基础，这被视作质量控制领域的下一步演变。该系统能够在造粒机运行过程中计算材料特性、进料量与所需功率之间的最佳配比，随后自动调节机器参数，从而在无人干预的情况下实现能效最大化。

 

Smart Flow的核心是一个安装在提升管内的传感器，它无需接触即可测量流量（体积流量）。测得的数据被传输至Smart Control系统，并在该系统内进行处理、推算与显示。诸如粉碎性能等统计值也可被自动调取并对接至客户的制造执行系统（MES）和规划工具。这些数据的可靠性、精确性和可重复性均基于其传感器的运行模式——它利用微波技术测量体积流量，且无需维护。

 

“得益于Smart Flow系统，除了显示数据之外，我们和客户在规划维护工作和避免意外停机方面还获得了一个宝贵的附加方案。”董事总经理马克·黑尔韦格（Mark Hellweg）表示。

 

07

未来展望

 

人工智能在行业内引起了热议，但迄今为止，明确且切实可行的应用案例尚不多见。然而，质量控制和设备监控是其影响力开始显现的两个领域。法国光学分选方案提供商Pellenc ST推出了一款基于人工智能的质量控制分析仪——AISEE。与传统分选设备不同，AISEE侧重于对可回收组分的质量进行监测、分析和提升，同时减少物料损耗。Paprec集团ValcopIA部门总监文森特·卡斯塔涅德（Vincent Castaignède）表示：“AISEE正在成为一个加速调试阶段并辅助决策的真正工具。”

 

该系统通过对光学设置进行微调来提升分选物料的质量并减少可回收物料的损耗。它能识别反馈回路中的错误并提供关于废料成分的详细解析。它与Pellenc ST Mistral+ Connect光学分选机具备原生OPC UA连通性，可实现更快速的调整和更简易的微调。同时，技术人员的现场支持确保了数据驱动的洞见能够转化为切实可行的改进措施。

 

AISEE收集的数据通过Smart&Share应用安全呈现。该应用已通过ISO 27001认证，允许操作员远程访问仪表板和报告。Pellenc ST表示，通过将人工智能驱动的质量控制与先进的分拣技术和专属专家支持相结合，AISEE已成为实现回收率最大化并推进循环经济的关键工具。

 

Sesotec公司表示，其正在加强与匈牙利和斯洛伐克的长期分销合作伙伴Popgro的合作，旨在通过产品检测和分选解决方案为客户提供更有针对性的支持。作为区域联络点，Popgro将协助客户选择和实施Sesotec的异物检测、材料分析和分选解决方案，并通过引进Flake Scan分析系统、回收分离材料的Re-Sort装置以及分选和处理粉碎料的Pre-Sort系统等多款Sesotec产品来扩展其产品组合。

 

Sesotec首席执行官约阿希姆·舒尔茨（Joachim Schulz）表示：“我们与Popgro达成合作是因为其与我们的价值观一致并理解我们的使命。我们将携手开发解决方案，不仅用于提升质量和生产率，更重要的是为在塑料行业实现真正的循环经济创造条件。”