Recyclability of plastics:
Check sortability
All major suppliers of sorting technology in plastics recycling work with NIR sensors. What could be more obvious than checking the sortability of plastics during the development and selection phase? Carbon black-free plastics are particularly in demand.
This article shows the possibilities of NIR and introduces a fist-sized NIR spectrometer.
Keeping raw materials in a cycle has been a hotly debated topic in society, and not just recently. However, the desire for the highest possible recycling rate stands and falls with the recyclability of the material. As only single-origin materials can be recycled well, sortability is a decisive aspect in the development and selection of suitable plastics.
What could be more obvious than to focus on this during the development of the materials?
All major suppliers of sorting technology in the field of plastics recycling work with NIR sensors. Near-infrared technology is an optical measuring method that is mature, fast and well suited to the vast majority of plastics. Anyone who manufactures or processes plastics can be sure that sooner or later their material will be sorted using NIR sensors.
Total reflection and total absorption: Optical PTFE and black
This article shows which plastics can be detected well with NIR and which cannot. The near-infrared sensor measures the light reflected by the material. The returned signal is unique for each plastic: this is the basis for plastic detection.
This results in the two extremes:
- total absorption of the NIR signal and
- total reflection of the NIR signal.
Carbon black-colored plastics absorb the NIR signal almost completely; reflection standards made of optical PTFE, on the other hand, reflect almost 100% of the signal. Both extremes are therefore not suitable for the identification of plastics using NIR. This is a major shortcoming, particularly with black plastics, and is known throughout the industry.
How to evaluate NIR sortability? 2 technical solutions presented
Of course, in addition to the qualitative evaluation, there is also the possibility of a quantitative evaluation of NIR detectability. Below we present some technical solutions for this.
trinamiX Scanner & Plastics Reflectivity: Check the quality of an NIR signal very easily
Developers, sellers and buyers need a simple tool that delivers easy-to-understand results in order to verify or check sorting suitability.
The trinamiX scanner is a very compact NIR spectrometer that impresses with its intuitive operation and modern product concept. For the evaluation of NIR sortability, trinamiX offers its own application: Plastics Reflectivity.
In addition to sortability, the Plastics Reflectivity application can identify the type of plastic based on NIR reflectivity. Supported are: HDPE, LDPE, PP, PET, PS and PVC. If a different type of plastic is detected, the result is “Other”.
For applications in the EU, the “NIR reflectivity” is indicated by the display of the correct polymer: If the correct polymer has been identified, the sample is NIR detectable even if the NIR reflectivity is less than 10% and is shown as non-detectable based on the American APR standard. This means that the result “sortable: yes/no” is only valid for the US market in accordance with the APR standard.
This gives you 3 statements:
The Plastics Reflectivity App in action. It shows simply and clearly:
- Recognized plastic type
- Detectable: Yes/No?
- Reflection in %
With the help of a black plastic, a reflection standard and various other samples, the image above can be quickly recreated and the functioning of NIR can be explained to non-participants. Plastics to be evaluated can be easily sorted and tested for their suitability.
This quickly answers the following questions:
Solid Scanner Anwendung NIR Detektierbarkeit
/// Unsere Softwaresuite bietet die Möglichkeit unterschiedliche Aufgaben abarbeiten zu lassen, wir nennen das „Anwendungen“. Im obigen Text wurden die grundsätzlichen Möglichkeiten von NIR vorgestellt und wie man die Qualität von NIR Spektren qualitativ bewertet. Oftmals reicht das jedoch nicht aus, vor allem bei der Entwicklung neuer Kunststoffe:
Welches Additiv wirkt sich wie stark auf die Qualität des NIR Signals meines Kunststoffes aus?
Das ist eine Frage, die sich nicht immer einfach beantworten lässt, vor allem wenn man bei der Entwicklung nur kleine Variationen bei den Zusätzen vornimmt. Eine zahlenbasierte Methode muss her!
Genau an dieser Stelle spielt unsere Softwaresuite ihren Vorteil aus: Sie kann verschiedene Anwendungen „abspielen“. Die Anwendung NIR Detektierbarkeit hat nur ein Ziel: Wie gut ist ein NIR Signal im direkten Vergleich zu einer gegebenen Referenz? ///
Unsere eigene Anwendung zur Bestimmung der NIR-Detektierbarkeit von Kunststoffen setzt ein Inno Spectra NIR-S-G1 Spektrometer voraus. Die Anwendung vergleicht neue Messungen mit bekannten NIR-Spektren und zeigt den Grad der Übereinstimmung an. Eine direkte Aussage über die NIR-Sortierbarkeit wird nicht gemacht, da diese von zu vielen Faktoren abhängt.
Die Vorteile
Im Gegensatz zu trinamiX können wir die hinterlegten Referenzen und den Berechnungsalgorithmus ändern. Außerdem arbeitet das NIR-S-G1 im Wellenlängenbereich von 900 nm - 1.700 nm und deckt damit den gleichen Bereich ab wie die meisten NIR-Kameras von HSI Technik, die in Sortieranlagen eingesetzt werden. Dies erleichtert die Übertragung der Ergebnisse auf Sortieranlagen.
Unsere Software gibt die Daten im offenen JDX-Format aus bzw. kann dieses Format einlesen. Die Algorithmen, die hier zum Einsatz kommen, können auch 1:1 in NIR-Kameras auf HSI-Technik übertragen werden. D.h. Sie können einen Prototyp einer Sortieranlage mit der NIR-S-G1 aufbauen und dann die Erkenntnisse in Ihre Produktion übertragen.
Was sie damit erreichen können
- Sie erhalten einen konkreten Zahlenwert für die Übereinstimmung ihres NIR Signals mit einer Referenz und damit eine konkrete Aussage darüber, wie „gut“ ihr Kunststoff von einem NIR Sensor erkannt werden kann
- Sie können mit diesen Ergebnissen ihre Kunststoffe klar nach der NIR Sortiereignung sortieren, eine wesentliche Voraussetzung für Recyclingfähigkeit
Was sie damit nicht erreichen können
- Die Anwendung kann ihnen nicht sagen, wie der Kunststoff von den verschiedenen Sortieranlagen erkannt wird. Wobei natürlich gilt: Je höher die Übereinstimmung ihres Kunststoffes mit einer perfekten Referenz ist, desto wahrscheinlicher ist die korrekte Zuordnung durch die Sortiermaschine.
Fazit
Wer sich tiefer mit NIR Technik beschäftigt, stellt schnell fest, dass es viele entscheidende Parameter bei der korrekten Bestimmung von Kunstsoffen gibt: Die Leistung der Sensorik und die Verarbeitung der erzeugten Daten. In der Praxis kommt dann natürlich noch die tatsächliche Verschmutzung der Kunststoffe, die Wartung der Anlage und die Parametrierung der Anlage mit ins Spiel. Viele unbekannte Faktoren, doch mit den hier vorgestellten Lösungen können sie schnell, einfach und vor allem selbst die NIR Detektierfähigkeit ihrer Materialien bestimmen. Ein konkreter Zeit- und Kostenvorteil!
Vorgestellte Hard- und Software
- trinamiX NIR Spektrometer mit Anwendung Plastics Reflectivity
- Solid Scanner und Softwaresuite mit Anwendung NIR Detektierbarkeit
