化工检测

再生塑料作为循环经济的核心载体，其质量与性能直接取决于聚合物分子结构的完整性与均一性。分子结构表征技术是解析再生塑料链结构、聚集态结构及降解/老化特征的关键手段，既能为再生工艺优化提供数据支撑，也能保障下游应用的安全性与可靠性。本文将系统梳理再生塑料聚合物检测中常用的分子结构表征技术及具体方法。

红外光谱（IR）技术：官能团与老化特征的快速识别

红外光谱技术基于聚合物分子中官能团的特征吸收频率，通过检测红外光的吸收强度与波长分布，实现对分子结构的定性与定量分析。在再生塑料检测中，IR的核心应用包括聚合物种类鉴别、降解产物检测及官能团变化分析。

针对再生塑料的复杂性（如混料、老化），衰减全反射红外光谱（ATR-IR）是常用方法——无需对样品进行研磨、压片等前处理，直接将再生料样品压在ATR晶体上即可测试，适用于快速批量检测。例如，利用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）测试再生PET时，通过计算羰基指数（羰基吸收峰面积与C-C骨架吸收峰面积的比值），可定量评估PET在再生过程中的热氧化老化程度：羰基指数越高，说明分子链断裂产生的羰基官能团越多，材料老化越严重。

此外，IR还能识别再生塑料中的添加剂残留（如抗氧剂BHT的特征吸收峰位于2960 cm⁻¹附近），或检测共聚物的组成（如EVA中VA基团的特征峰在1720 cm⁻¹处），为再生料的纯度分析提供依据。

核磁共振（NMR）技术：分子链微观结构的定量解析

核磁共振技术利用原子核在磁场中的共振现象，通过检测共振信号的化学位移、积分面积与耦合常数，解析分子链的微观结构（如序列分布、立体规整性、共聚组成）。在再生塑料检测中，NMR是少数能定量分析分子链一级结构的技术之一。

例如，利用¹H-NMR可测试再生聚丙烯（PP）的等规度：等规PP的甲基质子化学位移约为1.2 ppm，而无规PP的甲基质子化学位移约为1.5 ppm，通过积分面积比例可计算等规度——等规度下降通常意味着再生过程中分子链的立体规整性被破坏，影响材料的刚性与熔点。

对于共聚再生塑料（如再生EVA），¹³C-NMR能更精准地分析共聚物的序列分布：通过观察乙烯（E）与醋酸乙烯酯（VA）单元的碳信号（如VA的羰基碳位于171 ppm），可计算E-VA的序列长度（如长E序列或短VA序列），从而评估再生料的柔韧性与相容性。

此外，NMR还能检测再生塑料中的残留单体（如PVC中的氯乙烯单体），其检测限可达ppm级，保障下游应用的安全性。

凝胶渗透色谱（GPC）：分子量与分布的精准表征

凝胶渗透色谱（GPC）基于“体积排阻”原理：当再生塑料溶液流经填充有多孔凝胶的色谱柱时，大分子量分子因无法进入凝胶孔道而先流出，小分子量分子则后流出，通过检测器（如示差折光检测器）记录流出时间，可换算得到分子量分布（MWD）。

分子量分布是再生塑料性能的核心指标——若再生过程中分子链发生断裂（如挤出过程中的热剪切），会导致低分子量部分增加，分子量分布变宽（多分散性指数PDI=重均分子量Mw/数均分子量Mn增大）。例如，测试再生聚乙烯（PE）时，以四氢呋喃（THF）为流动相，流速1.0 mL/min，柱温30℃，通过GPC可得到Mw、Mn及PDI：若原始PE的PDI为2.1，再生后PDI升至3.5，说明分子链断裂严重，材料的拉伸强度与冲击强度会显著下降。

GPC还能检测再生塑料中的高分子量杂质（如未完全降解的交联物）或低分子量降解产物（如 oligomers），这些成分会影响再生料的加工流动性（如低聚物过多会导致注塑时粘模）。需注意的是，GPC测试需将再生料完全溶解于流动相，因此对于交联严重的再生料（如交联PE），需先进行解交联处理（如用二甲苯回流溶解）。

质谱（MS）技术：痕量成分与低聚物的高灵敏检测

质谱技术通过将聚合物分子离子化，利用质量分析器分离不同质荷比（m/z）的离子，实现对分子结构的精准识别。在再生塑料检测中，基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）是常用方法——其通过基质吸收激光能量并传递给聚合物分子，避免分子链断裂，适用于低聚物与添加剂的检测。

例如，再生聚氯乙烯（PVC）在热加工过程中会降解产生氯化氢（HCl），并形成共轭双键的低分子量聚合物（如聚烯丙基氯）。利用MALDI-TOF MS测试时，以2,5-二羟基苯甲酸（DHB）为基质，可检测到m/z为500-2000的低聚物峰，通过峰位与强度分析，能定量评估PVC的降解程度：低聚物峰强度越高，说明降解越严重。

此外，MS还能识别再生塑料中的添加剂残留（如抗氧剂1010的m/z约为1177）、增塑剂（如邻苯二甲酸二辛酯DOP的m/z约为391）及残留溶剂（如丙酮的m/z约为58）。由于MS的灵敏度极高（检测限可达ng级），即使再生料中添加剂残留量极低（如10 ppm），也能被准确检测，为再生料的合规性评估（如RoHS指令）提供数据支撑。

X射线衍射（XRD）：聚集态结构与结晶度的分析

X射线衍射技术基于晶体对X射线的 Bragg 衍射原理，通过检测衍射峰的位置、强度与宽度，分析聚合物的聚集态结构（如结晶度、晶型、晶粒尺寸）。在再生塑料中，结晶度直接影响材料的力学性能（如结晶度越高，拉伸强度越大，但冲击强度越低）与加工性能（如结晶度越高，熔点越高）。

广角X射线衍射（WAXD）是再生塑料结晶度检测的常用方法：通过扫描2θ角（通常为5°-40°），记录结晶峰（如PE的(110)晶面衍射峰位于2θ=21.5°）与非晶峰（位于2θ=18°附近）的面积，结晶度=结晶峰面积/(结晶峰面积+非晶峰面积)×100%。例如，再生PP的原始结晶度为50%，经多次挤出再生后，结晶度降至40%，说明分子链的有序排列被破坏，材料的刚性下降。

XRD还能检测再生塑料的晶型变化——如再生PET在热加工过程中，无定形PET会转变为结晶型PET（如α晶型），其衍射峰位于2θ=17.6°与22.8°。晶型变化会导致PET的熔点升高（从无定形的70℃升至结晶型的255℃），影响再生料的加工温度设置。需注意的是，XRD测试需将再生料制成粉末或薄膜，确保样品的均匀性。

热分析技术：相变行为与热稳定性的关联

热分析技术通过检测聚合物在温度变化过程中的热效应（DSC）或质量变化（TGA），关联分子结构与热性能。在再生塑料检测中，差示扫描量热法（DSC）与热重分析法（TGA）是核心组合。

DSC通过测量样品与参比物的热流差，记录相变温度（如熔点Tm、玻璃化转变温度Tg）与热焓变化（如结晶焓ΔHc、熔融焓ΔHm）。例如，再生PET的Tm通常为255℃，若再生过程中分子链降解，Tm会下降（如降至240℃），同时熔融焓ΔHm减小（说明结晶度降低）。

此外，DSC还能检测再生塑料的冷结晶行为——如无定形PET在升温过程中会发生冷结晶（峰温约为120℃），冷结晶峰面积越大，说明再生料的无定形部分越多，加工时易出现收缩变形。

TGA通过测量样品质量随温度的变化，评估热稳定性与成分含量。例如，再生ABS塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）的热分解分为三个阶段：丁二烯段（约300℃）、苯乙烯段（约350℃）、丙烯腈段（约400℃）。若再生ABS的初始分解温度（Td5%，质量损失5%时的温度）从320℃降至290℃，说明热稳定性下降，可能是再生过程中抗氧剂流失或分子链降解所致。

此外，TGA还能检测再生料中的灰分（如填充的碳酸钙，质量损失后的残留量）或挥发分（如残留的注塑脱模剂，在100-200℃时质量损失）。

拉曼光谱技术：表面与微区结构的非破坏性分析

拉曼光谱技术基于分子的拉曼散射效应——当激光照射到聚合物表面时，部分光子与分子发生非弹性碰撞，产生频率位移（拉曼位移），其大小对应分子振动的特征频率。与IR互补，拉曼光谱更适合检测非极性官能团（如C-C键、C-H键），且无需制样，可实现非破坏性检测。

在再生塑料检测中，拉曼光谱的核心应用是表面结构分析——如再生PE薄膜的表面老化层（因紫外光照射产生羰基与双键），通过显微拉曼光谱（将激光聚焦至微米级），可检测到表面的羰基拉曼峰（约1715 cm⁻¹），而内部未老化区域则无此峰，从而评估老化层的深度（如0.5-1.0 μm）。

此外，拉曼光谱能区分相似聚合物——如PE与PP的C-C拉伸峰分别位于1063 cm⁻¹与975 cm⁻¹，可快速鉴别再生料中的混料（如PE中混入PP）。对于透明再生塑料（如PET瓶片），拉曼光谱还能检测内部的微裂纹（裂纹处的分子链取向变化会导致拉曼峰偏移），这些微裂纹会降低材料的冲击强度（如PET瓶片再生后制成的打包带易断裂）。需注意的是，拉曼光谱对样品中的荧光物质敏感（如再生料中的染料），会干扰测试结果，此时需使用波长更长的激光（如785 nm）或进行荧光猝灭处理。