《Polymer Testing》：A characterization method for investigating the effectiveness of additives as odor adsorbents for plastic applications
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多孔材料作为吸附剂以减少塑料回收物中的气味和挥发性有机化合物。一种自开发的测试台用于评估气味吸附剂对VOCs的吸附效率。利用该测试台筛选气味吸附剂，旨在识别用于减少VOCs的添加剂。在聚丙烯再生颗粒中，一种合成沸石对VOCs的吸附率高达80%。塑料回收对于实现
多孔材料作为吸附剂以减少塑料回收物中的气味和挥发性有机化合物。一种自开发的测试台用于评估气味吸附剂对VOCs的吸附效率。利用该测试台筛选气味吸附剂，旨在识别用于减少VOCs的添加剂。在聚丙烯再生颗粒中，一种合成沸石对VOCs的吸附率高达80%。塑料回收对于实现可持续的循环塑料经济至关重要。机械回收是处理塑料废弃物最广泛使用的方法。然而，机械回收面临着经济因素、机械性能降解以及回收物质量不一致等局限性。在回收物的质量方面，感官特性（包括产品外观以及气味特性和产生）具有相当大的影响。气味是一个重要问题，特别是在回收工业中，因为在再加工操作、回收物的后续使用甚至长期储存期间都可能产生气味。臭味化合物的存在阻碍了高质量再生料的生产，并限制了其应用，尤其是室内应用，从而导致降级回收，这破坏了闭环回收策略的可行性。挥发性有机化合物（VOCs）是大多数塑料中气味的主要来源。VOCs类别包含沸点在100 °C至260 °C之间的物质。并非所有的VOCs都会产生可检测的气味，因为气味感知与气味活性物质的浓度和分子结构密切相关。在机械回收过程中，有各种技术可用于去除塑料废弃物中的VOCs，包括分选、清洗以及基于挤出的处理，如脱气或使用汽提剂和吸附剂。吸附剂是捕获VOCs从而防止其释放到周围环境中的多孔材料。常见的吸附剂包括活性炭、有机聚合物和沸石。沸石是合成或天然存在的结晶硅铝酸盐，具有微孔结构。由于其三维骨架、疏水性和大表面积等特性，沸石通常被用作吸附剂和分子筛。除了沸石，环糊精也被用于气味缓解。环糊精是由通过α-(1,4)-糖苷键连接的葡萄吡喃糖单元组成的环状有机分子，具有亲水外表面和疏水内腔。然而，吸附剂对VOCs吸附的有效性取决于其比表面积、孔体积以及表面化学、极性和分子大小等理化参数。对于所有类型的气味和塑料，没有通用的解决方案，需要为受污染的材料单独寻找合适的气味吸附剂，因此找到满足特定要求的吸附剂仍然是一个挑战。目前，尽管有记录表明各种吸附剂具有去除VOCs的潜力，但研究人员认为，尚不存在一种既定方法可以在加工前快速筛选特定气味受污染材料的合适吸附剂。在实践中，合适的吸附剂通常是通过试错法识别的，这使得过程既耗时又昂贵。因此，研究的目的是开发一种无需预先加工即可筛选不同吸附剂对VOCs吸附效果的表征工作流程。为此，采用了受气味污染的塑料再生颗粒作为样品材料，利用热脱附气相色谱-质谱联用技术测定有或无吸附剂情况下VOCs的排放量，将总体VOCs减少量作为吸附效率的指标，而不评估气味本身。
实现可持续的循环塑料经济高度依赖于高效的机械回收技术。然而，机械回收面临着废旧塑料降解导致的机械性能下降以及感官品质难以保证等挑战。消费后回收物中的挥发性有机化合物在加工、储存及后续使用中持续释放，其引起的强烈气味极大地限制了高端产品的应用，尤其在室内场景下，促使塑料降级回收，破坏了闭环循环经济。尽管在机械回收中已广泛采用多孔材料吸附气味和VOCs等脱气技术，吸附剂效率受限于复杂的理化参数如比表面积、孔结构和极性。由于缺乏针对特定污染物的快速预筛选手段，工业上常依赖耗时的试错法进行吸附剂选择。为攻克此难题，研究人员提出了一种创新的表征方法，相关研究成果发表在《Polymer Testing》期刊上，对提升再生料品质和推动塑料循环具有重要学术和工业价值。
研究中使用的核心评估装置为一套自主研发的快速测试台，后接热脱附气相色谱-质谱联用仪进行定性定量分析。在样本队列来源上，选用商业化消费后聚丙烯塑料作为目标靶材。技术操作上，直接称取未经加工的粒料置于密封加热测试舱中，特定温度下使其释放的VOCs由惰性气流携带并流经预置有粉末状添加剂的吸附穿透管，随后溢出气体被捕集于装有Tenax? TA吸附剂的脱附管中完成富集；脱附管再通过热解析并经冷阱低温聚焦后导入GC-MS系统，其最终VOC浓度计算严格遵循并经体积修正后的VDA 278工业标准。
测试台概念与验证：测试台利用加热迫使未处理样品释放VOCs，通过气流输送至吸附剂及脱附管捕集，并依照VDA 278标准解析TD-GC-MS数据以对比有无吸附剂时的VOC数值。为验证其有效性，两名人员在三个月内开展了包含ZL1沸石及PCR-PP在内的60次内部实验室验证。结果证实构成系统能有效解析吸附材料并观察到显著的VOC降幅，ZL1表现出的平均降低率为81.2%，验证成功；但长期存储致常温释气及PCR大表面积高异质性带来了较高变异系数，整体偏离被认定为可接受范围。
性能与挑战：该独立测试系统能够对未加工状态下各类添加剂进行快速高通量筛选，完全免除了繁复的混炼和制样环节以显著节约时间与成本。然而现阶段仍面临部分研究挑战，包括气味源异质性导致数据标准差偏高，难以制备表面状态一致的颗粒及粉体，低释放量样品所需的长富集耗时且需凭借经验逐一摸索调试，下游混炼工艺参数差异限制了直接迁移性，且自身尚未整合气相色谱-嗅闻技术无法直接实际测试气味降低程度。
测量与结果解析建议：为确立可靠的检测方法，研究明确定义了数项关键限定，包括同一系列测量须在连续五个自然日内闭环完成；须为所有测试序列单独开展背景参照以避免组分衰减；测试参数必须保持统一；至少进行平行双测量或推荐二阶双测量取均值；允许的变异系数最高至30%；只能用于相对效能评估；且样品需密封冷藏以防挥发性组分损耗。
原理验证：通过测试台对两种沸石（ZL1，ZL2）与两种环糊精（CD1，CD2）在受污染PCR-PP中的吸附性能进行实证。与空白对照和环糊精相比，沸石特别是合成ZL1的高度规则微孔使其从大分子聚合物中迁移的VOCs减少了高达80%，而作为有机大分子的环糊精并没有降低VOC值，验证了测试台针对目标靶向物精准区分有效与无效吸附剂的能力，结构非极性差异是决定性因素。
研究结论：研究人员成功开发了一套用于评估气味吸附剂去除受污染材料中VOCs效能的测试台系统。验证及原理验证表明，该方法可在无需预先进行塑料加工的情况下有效筛选吸附剂。合成沸石在聚丙烯再生颗粒中表现出高达80%的VOC吸附能力，为特定应用预选出了极具潜力的添加剂。该测试台虽不作为感官确证的绝对依据，但为针对特定污染物的数据驱动系统筛选提供了前沿框架，改善再生材料并推动塑料闭环。
