塑料降解测试中塑料混合物湿度的变化规律

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.016

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (3): 94-100.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.03.016

塑料降解测试中塑料混合物湿度的变化规律

郭志豪¹(), 冯涛¹(), 李字义², 王晶¹, 王冰¹, 王艺翰¹, 曹博为¹

^1.北京工商大学人工智能学院，北京 100048
^2.国家塑料制品质量检验检测中心（北京），北京 100048

收稿日期:2023-05-08 出版日期:2024-03-26 发布日期:2024-03-28
通讯作者: 冯涛（1969- ），男，教授，从事测试设备研发，fengt@btbu.edu.cn
E-mail:exclusiveguo@foxmail.com;fengt@btbu.edu.cn
作者简介:郭志豪（1999-），男，硕士研究生，从事生物降解测试设备研发，exclusiveguo@foxmail.com

Moisture monitoring rule for plastic mixtures in plastic degradation tests

GUO Zhihao¹(), FENG Tao¹(), LI Ziyi², WANG Jing¹, WANG Bing¹, WANG Yihan¹, CAO Bowei¹

^1.School of Artificial Intelligence，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China
^2.China National Centre for Quality Supervision & Test of Plastic Products （Beijing），Beijing 100048，China

Received:2023-05-08 Online:2024-03-26 Published:2024-03-28
Contact: FENG Tao E-mail:exclusiveguo@foxmail.com;fengt@btbu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

通过对比塑料混合物各组分湿度测量方法，以不破坏塑料混合物且测量结果原理上相对准确的干燥称重法为基础，结合GB/T 19277.1—2011的测试方法，设计了塑料混合物湿度的测量方案。结果表明，与常规的烘干称重法获得的塑料混合物测量的质量湿度差距在3 %~5 %之间，质量湿度达到9 %左右就很难再进行快速变化；塑料混合物湿度变化过程具有常速率、减速率和残余3个阶段，使用Boltzmann函数能够较好地拟合出塑料混合物湿度变化的常速率与减速率阶段的变化趋势；按需补水更有利于需氧生物降解活动的进行，更符合国标对塑料需氧生物降解测试的要求；根据3种气体流量下塑料混合物水分质量散失变化曲线，得到了任意气体流量下的水分质量散失变化曲线计算方法。

关键词: 塑料, 称重法, 生物降解, 工业堆肥, 有机土壤, 数据拟合, 含水量

Abstract:

Through comparing the measurement methods of humidity for each component of plastic mixtures， a humidity testing scheme of plastic mixtures was designed based on a drying weighing method combined with the test method of GB/T 19277.1—2011. This method does not destroy plastic mixtures to obtain relatively accurate measurement results. The results indicated that the difference between the measured mass humidity of the plastic mixture obtained from the conventional drying weighing method was 3 %~5 %. It is difficult to make rapid changes in the mass humidity when the difference reached around 9 %. There is a three⁃stage humidity change process for plastic mixtures as follows： constant rate， deceleration rate， and residue. The Boltzmann function could fit the trend of constant rate and deceleration rate better in the humidity change stage of plastic mixtures. The on⁃demand water replenishment is more advantageous to the aerobic biodegradation activity， which is in better agreement with the requirements of the national standard for the aerobic biodegradation test of plastics. According to the change curves of moisture mass dissipation of plastic mixtures at three gas⁃flow rates， the calculation method of the change curves of moisture mass dissipation at arbitrary gas flow rates was obtained.

Key words: plastics, weighing method, biodegradation, industrial composting, organic soi, data fitting, moisture content

中图分类号:

TQ321

郭志豪, 冯涛, 李字义, 王晶, 王冰, 王艺翰, 曹博为. 塑料降解测试中塑料混合物湿度的变化规律[J]. 中国塑料, 2024, 38(3): 94-100.

GUO Zhihao, FENG Tao, LI Ziyi, WANG Jing, WANG Bing, WANG Yihan, CAO Bowei. Moisture monitoring rule for plastic mixtures in plastic degradation tests[J]. China Plastics, 2024, 38(3): 94-100.

图/表 11

图1 二氧化碳浓度的周期性变化

Fig.1 Periodic variation of CO2 concentration

图2 称重法实验设备及其原理图

Fig.2 Experimental equipment and its chematic diagram for the weighing method

图3 受控堆肥条件下反应罐内塑料混合物的状态

Fig.3 State of the plastic mixture in the reactor under controlled composting conditions

图4 干燥剂累计质量变化阶段及不同流量对应干燥剂累计变化质量曲线

Fig.4 Stage of cumulative mass change of desiccant and accumulated change mass curves of desiccant corresponding to different flow rates

反应罐

编号

罐子内气体流量/

mL·min^-1

装入塑料混合物质量/

干燥剂累计增加质量/

初始湿度/

实验结束湿度/

修正实验结束湿度/

表1 反应罐的基础数据

Tab.1 Basic data of the reaction tank

图5 不同加水方式下塑料降解测试二氧化碳浓度生成量的对比

Fig.5 Comparison of carbon dioxide concentration generation in plastic degradation test with different water addition methods

图6 不同流量下塑料混合物可损失水分质量数据与实测数据的对比

Fig.6 Comparison of the water with the measured ones from plastic mixtures at various flow rate

气体流量/ mL·min^-1	Boltzmann函数拟合系数				$R 2$
气体流量/ mL·min^-1	A₁	A₂	t₀	dt	$R 2$
250	503.14	-46.748	-14 889.2	6 055.83	0.999 80
400	894.223	-117.922	-16 798.7	7 981.99	0.999 24
500	502.072	-36.095 5	-6 843.66	2 334.12	0.999 33

气体流量/ mL·min^-1	Boltzmann函数拟合系数				$R 2$
气体流量/ mL·min^-1	A₁	A₂	t₀	dt	$R 2$
250	503.14	-46.748	-14 889.2	6 055.83	0.999 80
400	894.223	-117.922	-16 798.7	7 981.99	0.999 24
500	502.072	-36.095 5	-6 843.66	2 334.12	0.999 33

表2 不同流量下塑料混合物的可损失水分质量的Boltzmann函数拟合系数

Tab.2 Fitting equation of the lossable water mass of plastic mixtures at different flow rates by Boltzmann function

表2 不同流量下塑料混合物的可损失水分质量的Boltzmann函数拟合系数

Tab.2 Fitting equation of the lossable water mass of plastic mixtures at different flow rates by Boltzmann function

图7 不同流量下塑料混合物可损失水分质量数据

Fig.7 The lost water from plastic mixtures at various flow rate

变量名	含义
$L x$	已知通入的气体流量
$y L (t)$	通入 $L x$ 的塑料混合物可损失水分质量函数
$y 0$	初始塑料混合物可损失水分质量
$t 0$	初始塑料混合物湿度的残余阶段的时间
$t 30 %$	湿度为30 %塑料混合物湿度的残余阶段的时间
$t 45 %$	湿度为45 %塑料混合物湿度的残余阶段的时间
$L x$	已知通入的气体流量

变量名	含义
$L x$	已知通入的气体流量
$y L (t)$	通入 $L x$ 的塑料混合物可损失水分质量函数
$y 0$	初始塑料混合物可损失水分质量
$t 0$	初始塑料混合物湿度的残余阶段的时间
$t 30 %$	湿度为30 %塑料混合物湿度的残余阶段的时间
$t 45 %$	湿度为45 %塑料混合物湿度的残余阶段的时间
$L x$	已知通入的气体流量

表3 计算未知流量函数的各变量含义

Tab.3 Meaning of each variable for calculating the unknown flow function

表3 计算未知流量函数的各变量含义

Tab.3 Meaning of each variable for calculating the unknown flow function

图8 变量含义示意图

Fig.8 Variable meaning diagram

参考文献 14

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