JP2005249624A - Polymer group discriminating method by optical spectrum - Google Patents

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Mikio Kaihara
巳樹雄 貝原
Yoko Higuchi
陽子 樋口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polymer group classification method by optical spectrum capable of precisely classifying unknown polymeric materials into respective material types. <P>SOLUTION: In the polymer group classification method by optical spectrum, the unknown polymer materials including various polymers in a mixed manner are discriminated into respective material types. When absorption strength of a specific wave length of near infrared spectrum is used to discriminate respective polymer groups by binary tree classification, discrimination of polymer groups is combined step by step and polymer discrimination is conducted so that incorrect discrimination ratio is extremely low in total by using a hierarchical discrimination flow starting from classification of a polymer group of which incorrect classification ratio is lowest and gradually proceeding classification of polymer groups having higher incorrect classification ratio. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、分光スペクトルによるポリマーグループの判別方法に関するものである。   The present invention relates to a method for discriminating polymer groups from a spectral spectrum.

高分子の簡便迅速な分析方法として、赤外吸収スペクトルは従来より幅広く利用されている。そのため、スペクトルからの高分子材料定性方法については、よく検討されている。   Infrared absorption spectrum has been widely used as a simple and rapid analysis method for polymers. Therefore, qualitative methods for polymer materials from spectra have been well studied.

一方で、近年、近赤外分光スペクトルを用いた測定法の、測定前処理の簡便さや、それによって得られる測定情報の豊富さが広く認識されるに至って、近赤外分光スペクトルによるポリマーの識別にも関心が向けられるようになった。これに伴い、プラスチックのリサイクルのためのポリマーの分別を目的とするポリマーの判別方法の検討も進んでいる。   On the other hand, in recent years, measurement methods using near-infrared spectra have been widely recognized for their ease of pre-measurement processing and the richness of measurement information that can be obtained. Interest has also been directed to. Along with this, studies on a method for discriminating polymers for the purpose of polymer separation for plastic recycling are also in progress.

従来、ポリマーの判別方法としては、主成分分析法や多次元尺度法などの多変量解析を用いた方法や、ニューラルネットワークを用いた方法が用いられてきた。一般に、主成分分析法や多次元尺度法などの多変量解析よりも、非線形なデータを処理できるニューラルネットワークを用いた方法の方が、より正確な判別ができることが知られている。ただし、ニューラルネットワークを用いた方法では、スペクトルの何をどう見ているのかという点が必ずしも明確ではなく、ブラックボックスになっていた。また、多変量解析ではスペクトルのパターンが他の添加物等によって変化するため、誤判別率は低くなかった(15〜20%程度)。ただし、誤分類率の低いニューラルネットワークでも、ABSなどの共重合体では、複数の成分が共存していることから、その誤判別率は、15〜20%程度を越えている。   Conventionally, as a method for discriminating a polymer, a method using multivariate analysis such as a principal component analysis method or a multidimensional scaling method, or a method using a neural network has been used. In general, it is known that a method using a neural network capable of processing nonlinear data can perform more accurate discrimination than multivariate analysis such as principal component analysis or multidimensional scaling. However, in the method using the neural network, it is not always clear what the spectrum is and how it is viewed, and it is a black box. In addition, in the multivariate analysis, the spectrum pattern changes depending on other additives and the like, so the misclassification rate is not low (about 15 to 20%). However, even in a neural network with a low misclassification rate, a copolymer such as ABS has a plurality of components coexisting, so the misclassification rate exceeds about 15 to 20%.

なお、当該先行技術としては、以下に開示されるようなものがある。   The prior art includes those disclosed below.

(1)主成分分析とデータの三値化による5種のポリマーグループの判別が14のプラスチック試料において適合した事例(下記非特許文献1参照)。   (1) An example in which discrimination of five polymer groups by principal component analysis and data ternarization is applied to 14 plastic samples (see Non-Patent Document 1 below).

(2)ニューラルネットワーク法により、300近いポリマー試料のスペクトルにおいて、ポリマーグループ判別の平均的中率が約80%という結果が得られたことを報告(下記非特許文献2参照)。   (2) Reported that the average percentage of polymer group discrimination was about 80% in the spectrum of nearly 300 polymer samples by the neural network method (see Non-Patent Document 2 below).

その他にも下記非特許文献3〜5が開示されている。
「よくわかる分析化学のすべて」(社)日本分析機器工業会編 日刊工業新聞(2001年10月25日発行)p.171−191 「近赤外分光測定とニュートラルネットワーク解析を組み合わせたプラスチック廃棄物の非破壊判別」分析化学,No.5,pp.483−489,1999年 草川紀久,プラスチックエージ,Vol.48,臨時増刊号,29(2002) Feldhoff,R.,Wienke,D.,Cammann,K.,Fuchs,H.,On−Line Post Consumer Package Identification by NIR Spectroscopy Combined with a Fuzzy ARTMAP Classifier in an Industrial Environment,Applied Spectroscopy,Vol.51,No.3,1997,p.362−368 van den Broek,WHAM.,Wienke,D.,Melssen,WJ.,Buydens,LMC.,Plastic material identification with spectroscopic near infrared imaging and artificial neural networks,Analytica Chimica−Acta−Including Cumulative Indexes,Vol.361,No.1,1998,p.161−176
In addition, the following non-patent documents 3 to 5 are disclosed.
“Everything about analytical chemistry that can be understood well” edited by Japan Analytical Instruments Industry Association, Nikkan Kogyo Shimbun (issued on October 25, 2001) p. 171-191 “Non-destructive discrimination of plastic waste by combining near infrared spectroscopy and neutral network analysis” analytical chemistry, No. 5, pp. 483-489, 1999 Norihisa Kusagawa, Plastic Age, Vol. 48, special issue, 29 (2002) Feldhoff, R.A. Wienke, D .; , Cammann, K .; , Fuchs, H .; , On-Line Post Consumer Package Identification by NIR Spectroscopy Combined with a Fuzzy ARTMAP Classifier in an Industrial Environmental, Applied Applied. 51, no. 3, 1997, p. 362-368 van den Broek, WHAM. Wienke, D .; , Melssen, WJ. , Buydens, LMC. , Plastic material identification with spectroscopic near infrared imaging and artificial neural networks, Analytical Chimera-Acta-Incubating Cumulative. 361, no. 1, 1998, p. 161-176

廃プラスチックの再生を行うためには、まず、回収された廃材を材種別に分類する必要があり、正確に分類されれば再生工程は容易になるが、従来の分類法では誤分類率が20%程度であるために、ボトルの素材識別など、一部の用途にとどまっていた。   In order to recycle waste plastics, it is necessary to first classify the collected waste materials by material type, and if they are correctly classified, the recycling process becomes easy, but the conventional classification method has a misclassification rate of 20 Because it was about%, it was limited to some uses such as bottle material identification.

本発明は、近赤外吸収スペクトルの特定波長の吸収強度を用いて、二進木による分類を行う際、誤分類率の小さな材種から取り分けてゆくというフローで分類すると、誤分類率を高々2.5%程度に抑えられるという点に着目して、未知の高分子材料を精度良く材種別に分類することができる分光スペクトルによるポリマーグループの判別方法を提供することを目的とする。   In the present invention, when classifying by a binary tree using the absorption intensity of a specific wavelength in the near-infrared absorption spectrum, if classification is performed according to a flow of separating from a grade with a low misclassification rate, the misclassification rate is at most. Focusing on the fact that it can be suppressed to about 2.5%, it is an object of the present invention to provide a method for discriminating polymer groups based on a spectroscopic spectrum capable of classifying unknown polymer materials into material types with high accuracy.

本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕各種のポリマーが混在する未知の高分子材料を材種別に判別する、分光スペクトルによるポリマーグループの判別方法において、個々のポリマーグループの判別を近赤外吸収スペクトルの特定波長の吸収強度を用いて、二進木による分類を行う際、個々のポリマーグループの判別を段階的に組み合わせ、誤分類率の最も小さなポリマーグループの分類から開始し、徐々に誤分類率の大きなポリマーグループの分類を行う階層的な判別フローとすることにより、トータルとして誤判別率が極めて小さなポリマーの判別を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In a method for discriminating individual polymer groups by spectral spectrum, in which unknown polymer materials in which various polymers are mixed are discriminated by material type, individual polymer groups are identified by the absorption intensity at a specific wavelength in the near-infrared absorption spectrum. When classifying by binary tree, the classification of individual polymer groups is combined in stages, starting with the classification of the polymer group with the lowest misclassification rate, and gradually classifying the polymer group with a large misclassification rate. A hierarchical discrimination flow to be performed is characterized in that a polymer having a very low misclassification rate as a total is discriminated.

従来の分光スペクトルによるポリマーグループの分類方法では、誤分類率の高いポリマーグループで、概ね15〜20%程度の誤分類率(例えばABSの場合)であったが、本発明の分光スペクトルによるポリマーグループの分類方法によれば、概ね、高々2.5%程度と、極めて低いレベルとなった。   In the conventional method for classifying polymer groups based on a spectral spectrum, a polymer group with a high misclassification rate has a misclassification rate of about 15 to 20% (for example, in the case of ABS). According to the classification method, the level was about 2.5% at most, which was extremely low.

従って、特に、プラスチックのマテリアルリサイクルにおける実用的、かつ簡便、迅速な分類方法として有効である。   Therefore, it is particularly effective as a practical, simple and rapid classification method for plastic material recycling.

個々のポリマーグループの判別を近赤外吸収スペクトルの特定波長の吸収強度を用いて、二進木による分類を行う際、個々のポリマーグループの判別を段階的に組み合わせ、誤判別率の最も小さなポリマーグループの判別から開始し、誤分類率の小さな材種から取り分け、徐々に誤判別率の大きなポリマーグループの判別を行い、徐々に誤判別率の大きな材種を取り分ける階層的な判別フローとすることにより、トータルとして誤分類率の極めて小さなポリマーの分類を行う。   When classifying by binary tree using the absorption intensity of a specific wavelength in the near-infrared absorption spectrum to distinguish individual polymer groups, the polymers with the lowest misclassification rate are combined in stages. Start with group discrimination, sort from grades with small misclassification rates, gradually identify polymer groups with large misclassification rates, and create a hierarchical discrimination flow that gradually sorts grades with high misclassification rates. As a result, a polymer with a very low misclassification rate is classified as a total.

よって、各種のポリマーが混在する部材を材種別に判別する、分光スペクトルによるポリマーグループの判別方法において、誤分類率を従来方法の概ね1/10にすることができる。   Therefore, the misclassification rate can be reduced to approximately 1/10 of the conventional method in the method of discriminating the polymer group based on the spectral spectrum that discriminates the member in which various polymers are mixed.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

図1は本発明の実施例を示す分光スペクトルによるポリマーグループの判別システムの模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram of a system for discriminating polymer groups based on a spectral spectrum showing an embodiment of the present invention.

この図において、Aは判別装置であり、1は高周波電源(30〜80MHz)、2はピエゾ素子、3はAOTF(自動光変換機能)、4はダンパー、5は光源、6は透過光、7は反射光(0.9〜2.4μm照射光)、8は測定対象物としての未知の高分子材料、9は拡散反射光又は透過反射光、10は受光素子、11はポリマーグループの判別装置、12は吸光スペクトル生成部(モニター)、13は既知データ記憶部、14は吸光スペクトルと既知データの照合部、15はポリマーグループの判別部である。   In this figure, A is a discriminating device, 1 is a high-frequency power source (30 to 80 MHz), 2 is a piezo element, 3 is an AOTF (automatic light conversion function), 4 is a damper, 5 is a light source, 6 is transmitted light, 7 Is reflected light (0.9 to 2.4 μm irradiation light), 8 is an unknown polymer material as an object to be measured, 9 is diffuse reflection light or transmitted reflection light, 10 is a light receiving element, and 11 is a polymer group discrimination device. , 12 is an absorption spectrum generation unit (monitor), 13 is a known data storage unit, 14 is a comparison unit between an absorption spectrum and known data, and 15 is a polymer group discrimination unit.

そこで、判別装置Aを測定対象物(試料)としての未知の高分子材料8に押し当て、スイッチ(図示なし)を押すと、光源5からAOTF3を介した反射光7が測定対象物としての高分子材料8に入射し、約三秒後にその吸光スペクトルがモニター11に表示される。測定波長領域は、1200から2400nm、測定対象物8が透明な場合は反対側にセラミック板(図示なし)を置き、判別装置A近赤外光を得られるようにする。   Therefore, when the discrimination device A is pressed against an unknown polymer material 8 as a measurement object (sample) and a switch (not shown) is pressed, the reflected light 7 from the light source 5 via the AOTF 3 is high as the measurement object. The light is incident on the molecular material 8 and the absorption spectrum is displayed on the monitor 11 after about 3 seconds. The measurement wavelength region is 1200 to 2400 nm, and when the measurement object 8 is transparent, a ceramic plate (not shown) is placed on the opposite side so that the discrimination device A near infrared light can be obtained.

このように、本発明によれば、測定が簡便である。つまり、試料(測定対象物)の前処理の必要が少なく、測定も瞬時にできる。   Thus, according to the present invention, the measurement is simple. That is, there is little need for pretreatment of the sample (measurement object), and measurement can be performed instantaneously.

測定試料には個々のポリマーグループに属する3種類以上のポリマーを収集できたポリマーグループ(合計18グループ、試料総数280)を用いた。   As measurement samples, polymer groups (total 18 groups, total number of samples 280) in which three or more kinds of polymers belonging to each polymer group were collected were used.

表1に測定試料として用いた高分子材料とその試料数、および前処理別の誤分類率を示す。   Table 1 shows polymer materials used as measurement samples, the number of samples, and misclassification rates by pretreatment.

Figure 2005249624
以下、本ポリマーグループの判別システムにより、どのようにポリマーグループを判別するか詳述する。
Figure 2005249624
Hereinafter, it will be described in detail how the polymer group is discriminated by this polymer group discrimination system.

本願発明者らは、近赤外分光スペクトルのどこをどのように解釈していけば、ポリマーの種類を簡便に判定できるのかについて、表1に示す約280種類のポリマー試料を収集して、測定と判別に関する検討を行った。スペクトル解析初心者にも扱える分類のための簡便なガイドラインを考案することを目標にし、また、近赤外分光スペクトルの利点である測定の簡便さを考慮し、測定段階での前処理等の操作を行わず、解析重視の姿勢で検討を進めた。   The inventors of the present invention collect and measure about 280 types of polymer samples shown in Table 1 to determine where and how in the near-infrared spectrum can be easily determined. And examined the discrimination. The goal is to devise simple guidelines for classification that even beginners of spectrum analysis can handle, and considering the simplicity of measurement, which is an advantage of near-infrared spectroscopy, operations such as preprocessing at the measurement stage We proceeded with an analysis-oriented attitude.

具体的には、約280種類のポリマーの試料を、表1のように、ポリスチレン、ポリエチレン、ABS樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルなど、約18のグループに分けて、それぞれのグループのスペクトルが、それ以外のグループのスペクトルに比べてどのような特徴を持っているのかについて、決定木(二進木)を用いて分別した。   Specifically, as shown in Table 1, about 280 kinds of polymer samples are divided into about 18 groups such as polystyrene, polyethylene, ABS resin, polypropylene, polycarbonate, and polyvinyl chloride. The decision tree (binary tree) was used to classify the characteristics of the other groups.

二進木は、探索的な情報解析方法として知られており、その内容は、量的または質的な目的変数を説明変数の特定の水準を満たすものと満たさないものとに2分割するものであるが、本発明では、各段階で質的目的変数の誤分類率を計算して、それが最小になるような説明変数を選択しながら逐次に二進木を成長させる。ここで言う目的変数は、未知の試料が判定したい高分子であるか否かであり、説明変数は、その試料の近赤外吸収スペクトルおける特定波長強度の大きさである。   Binary trees are known as exploratory information analysis methods, and their contents are divided into two parts, those that satisfy a specific level of explanatory variables and those that do not satisfy quantitative or qualitative objective variables. In the present invention, however, the misclassification rate of the qualitative objective variable is calculated at each stage, and the binary tree is successively grown while selecting the explanatory variable that minimizes it. The objective variable here is whether or not an unknown sample is a polymer to be determined, and the explanatory variable is the magnitude of a specific wavelength intensity in the near-infrared absorption spectrum of the sample.

すなわち、本発明では、未知の高分子材料が、特定のグループ(例えば、ポリエチレングループ)に帰属するか否かの判別を、スペクトルの幾つかの波長と、そのスペクトル強度の大小(スペクトル強度は一般に規格化しておく)について、誤分類率を加味した二進木により判別する。   That is, in the present invention, it is determined whether or not an unknown polymer material belongs to a specific group (for example, a polyethylene group) by determining several wavelengths of the spectrum and the magnitude of the spectrum intensity (the spectrum intensity is generally Standardization) is determined by a binary tree with a misclassification rate.

そこで、まず、各ポリマーグループごとのスペクトルの前処理(規格化)について説明する。   Therefore, first, spectrum preprocessing (standardization) for each polymer group will be described.

図2は測定で得られた分光全スペクトルの重ね描きを示す図、図3は図2からポリスチレングループを取り出した図、図4は図2からポリエチレングループを取り出した図である。これらの図において、縦軸は吸収強度、横軸は波長をそれぞれ示す。   FIG. 2 is a diagram showing an overlay of spectral total spectra obtained by measurement, FIG. 3 is a diagram in which a polystyrene group is extracted from FIG. 2, and FIG. 4 is a diagram in which a polyethylene group is extracted from FIG. In these figures, the vertical axis represents absorption intensity and the horizontal axis represents wavelength.

図2から、1400nm、1650nm、2400nm付近に、共通のスペクトルのピークが存在することがわかる。これらの中から、図3に示すように、ポリスチレングループと、図4に示すように、ポリエチレングループを取り出して比較した。   FIG. 2 shows that there are common spectral peaks in the vicinity of 1400 nm, 1650 nm, and 2400 nm. From these, as shown in FIG. 3, the polystyrene group and the polyethylene group as shown in FIG. 4 were taken out and compared.

そして、各グループスペクトルの分散を小さくする前処理として、生スペクトルの規格化(例えば、トータルを100とする。あるいは、1.00としてもよい)、および、二次微分スペクトルの規格化を行った。   Then, as preprocessing for reducing the variance of each group spectrum, normalization of the raw spectrum (for example, the total is set to 100 or 1.00) and the second derivative spectrum is normalized. .

次に、二進木を利用して、未知の高分子材料がポリスチレンかそれ以外なのかの判別を行った。その結果、図3のポリスチレンの場合、1258nm、2192.5nm、2268.5nmにおける規格化した吸光度の大きさを用いて判別したところ、244種類のポリマーのうち、239種類の判別(ポリスチレンか否か)が正解(誤分類率2.0%)であった。同様に、図4のポリエチレンの場合、1288.5nm、1305.5nm、1663nmの規格化された吸光度の大きさを用いて判別したところ、誤分類率は、0.4%であった。   Next, a binary tree was used to determine whether the unknown polymer material was polystyrene or other. As a result, in the case of polystyrene shown in FIG. 3, discrimination was performed using the normalized absorbance at 1258 nm, 2192.5 nm, and 2268.5 nm. ) Was the correct answer (misclassification rate 2.0%). Similarly, in the case of the polyethylene shown in FIG. 4, the misclassification rate was 0.4% as determined using the normalized absorbance magnitudes of 1288.5 nm, 1305.5 nm, and 1663 nm.

このように、未知の高分子材料が、特定のグループ(例えば、ポリエチレングループ)に帰属すか否かの判別を、スペクトルの幾つかの波長と、そのスペクトル強度の大小(スペクトル強度は一般に規格化しておく)について、二進木により判別するだけでも、従来のニューラルネットワークによる方法と比べて、誤判別率は小さい。例えば、ABSについては、本発明の誤判別率は約9%程度であり、ニューラルネットワークによる誤判別率(約20%強)と比較しても誤判別率は小さくなっている。しかし、二進木のみでは実用的な利用には不十分であり、本発明では、二進木の階層的判別の考え方を大幅に拡張し、決定木による判別(例えば、ポリエチレングループか否かの判別)を多数組み合わせて、段階的なフローチャートによる判別へと発展させた。すなわち、ABSのような、誤分類率の大きいグループにおける、誤判別されたポリマーの種類を調査し、誤判別されたポリマーを、ABS(ステップS28)の判定よりも先に判別することにより、トータルとして極めて低い誤判別率が得られるようにした。   In this way, it is determined whether or not an unknown polymer material belongs to a specific group (for example, a polyethylene group) by determining several wavelengths of the spectrum and the magnitude of the spectrum intensity (spectrum intensity is generally normalized). For example, the misclassification rate is small as compared with the conventional neural network method. For example, with respect to ABS, the misclassification rate of the present invention is about 9%, and the misclassification rate is small even compared to the misclassification rate by the neural network (about 20% or more). However, binary trees alone are insufficient for practical use. In the present invention, the concept of hierarchical tree hierarchical discrimination is greatly expanded, and discrimination by decision trees (for example, whether or not a polyethylene group is used). Combining a large number of discriminants), it was developed into discrimination based on a step-by-step flowchart. That is, the type of misclassified polymer in a group with a large misclassification rate, such as ABS, is investigated, and the misclassified polymer is discriminated before the ABS (step S28) determination, so that the total As a result, a very low misclassification rate was obtained.

すなわち、誤分類率の小さいものから、大きいものへと、階層的な判別フローチャートを作成して判定を行った。   That is, the determination was made by creating a hierarchical determination flowchart from a low misclassification rate to a high misclassification rate.

そこで、前述したポリスチレン、ポリエチレンと同様に、他の16グループについて検討した結果、約2から4点における波長での規格化された吸光度に着目することで、表1に示された18グループのそれぞれについての誤分類率が得られた。この結果から、誤分類率の大きいポリマーは、PC/ABSやABSなどであった。これらのポリマーは、元々、共重合体などで構成されているため、当然の結果とも考えられる。   Therefore, as in the case of the polystyrene and polyethylene described above, the other 16 groups were examined. As a result, focusing on the normalized absorbance at wavelengths at about 2 to 4 points, each of the 18 groups shown in Table 1 was obtained. The misclassification rate for was obtained. From this result, polymers with a high misclassification rate were PC / ABS and ABS. Since these polymers are originally composed of a copolymer or the like, it can be considered as a natural result.

この誤分類率の結果に基づき、未知の高分子材料の分光スペクトルによるポリマーグループの階層的分類フローを作成した。このフローでは、誤分類率の小さなグループから分類し、取り分けて行くように構成した。   Based on the result of this misclassification rate, we created a hierarchical classification flow of polymer groups based on the spectrum of unknown polymer materials. In this flow, it is configured to classify from a group with a small misclassification rate and to separate them.

図5は、本発明の実施例を示す未知の高分子材料の分光スペクトルによるポリマーグループの分類例を示すフローチャート、図6はそのフローチャートによる誤分類率を示す図(図6における比較例は、前述した規格化後のスペクトルに基づき二進木を用いて分類する判別方法による誤分類率を示している)。   FIG. 5 is a flowchart showing an example of classification of polymer groups based on the spectrum of an unknown polymer material according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing a misclassification rate according to the flowchart (the comparative example in FIG. This shows the misclassification rate by the discriminating method of classifying using a binary tree based on the normalized spectrum.)

(1)まず、未知の高分子材料の規格化したスペクトルをポリマーグループの判別装置11に取り込む(ステップS1)。   (1) First, a standardized spectrum of an unknown polymer material is taken into the polymer group discriminator 11 (step S1).

(2)次に、そのスペクトルの波長1999nmにおいて、規格化後の吸収強度が2.815より小さい場合には次のステップS3に進み、大きい場合にはメラミンであると判別する(ステップS2)。   (2) Next, when the normalized absorption intensity is smaller than 2.815 at the wavelength of 1999 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S3, and when it is larger, it is determined to be melamine (step S2).

(3)次に、そのスペクトルの波長1429.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が1.662より小さい場合には次のステップS4に進み、大きい場合にはポリフェノールであると判別する(ステップS3)。   (3) Next, at the wavelength of 1429.5 nm of the spectrum, if the normalized absorption intensity is smaller than 1.661, the process proceeds to the next step S4, and if larger, it is determined to be polyphenol (step S3). ).

(4)次に、そのスペクトルの波長2053.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が3.098より小さい場合には次のステップS5に進み、大きい場合にはナイロン6であると判別する(ステップS4)。   (4) Next, when the normalized absorption intensity is smaller than 3.098 at the wavelength of 2053.5 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S5, and when it is larger, it is determined that it is nylon 6 (step). S4).

(5)次に、そのスペクトルの波長1234.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.001より小さい場合には尿素樹脂であると判別し、大きい場合には次のステップS6に進む(ステップS5)。   (5) Next, when the normalized absorption intensity is smaller than 0.001 at a wavelength of 1234.5 nm of the spectrum, it is determined that the resin is urea resin, and when it is larger, the process proceeds to the next step S6 (step S6). S5).

(6)次に、そのスペクトルの波長1533.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が1.069より小さい場合には次のステップS7に進み、大きい場合にはナイロン66であると判別する(ステップS6)。   (6) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 1.069 at the wavelength 1533.5 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S7, and when it is larger, it is determined to be nylon 66 (step). S6).

(7)次に、そのスペクトルの波長2192.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が3.389より小さい場合にはステップS10へスキップし、大きい場合には次のステップS8に進む(ステップS7)。   (7) Next, if the normalized absorption intensity is smaller than 3.389 at the wavelength 2192.5 nm of the spectrum, the process skips to step S10, and if larger, the process proceeds to the next step S8 (step S7). .

(8)次に、そのスペクトルの波長2268.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が3.024より小さい場合には次のステップS9に進み、大きい場合にはステップS10へスキップする(ステップS8)。   (8) Next, when the normalized absorption intensity is smaller than 3.024 at a wavelength of 2268.5 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S9, and when larger, the process skips to step S10 (step S8). .

(9)次に、そのスペクトルの波長1747nmにおいて、規格化後の吸収強度が2.403より小さい場合にはポリスチレンとであると判別し、大きい場合には次のステップS10へ進む(ステップS9)。   (9) Next, if the absorption intensity after normalization is smaller than 2.403 at the wavelength of 1747 nm of the spectrum, it is determined to be polystyrene, and if larger, the process proceeds to the next step S10 (step S9). .

(10)次に、そのスペクトルの波長1276nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.002より小さい場合にはポリオキシメチレンであると判別し、大きい場合には次のステップS11へ進む(ステップS10)。   (10) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 0.002 at the wavelength of 1276 nm of the spectrum, it is determined that the spectrum is polyoxymethylene, and when it is larger, the process proceeds to the next step S11 (step S10). ).

(11)次に、そのスペクトルの波長1899nmにおいて、規格化後の吸収強度が2.705より小さい場合には次のステップS12に進み、大きい場合にはセルロースであると判別する(ステップS11)。   (11) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 2.705 at the wavelength of 1899 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S12, and when it is larger, it is determined to be cellulose (step S11).

(12)次に、そのスペクトルの波長1327nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.390より小さい場合には次のステップS13に進み、大きい場合にはポリメタクリル酸メチルであると判別する(ステップS12)。   (12) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 0.390 at the wavelength of 1327 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S13, and when it is larger, it is determined to be polymethyl methacrylate (step). S12).

(13)次に、そのスペクトルの波長2138.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が3.086より小さい場合には次のステップS14に進み、大きい場合にはポリカーボネートであると判別する(ステップS13)。   (13) Next, when the normalized absorption intensity is smaller than 3.086 at a wavelength of 2138.5 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S14, and when it is larger, it is determined to be polycarbonate (step S13). ).

(14)次に、そのスペクトルの波長1258nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.001より小さい場合にはポリブチレンテレフタレートであると判別し、大きい場合には次のステップS15へ進む(ステップS14)。   (14) Next, at the wavelength of 1258 nm of the spectrum, when the normalized absorption intensity is smaller than 0.001, it is determined as polybutylene terephthalate, and when it is larger, the process proceeds to the next step S15 (step S14). ).

(15)次に、そのスペクトルの波長2261.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が3.447より小さい場合には次のステップS16に進み、大きい場合にはポリエチレンテレフタレートであると判別する(ステップS15)。   (15) Next, when the normalized absorption intensity is smaller than 3.447 at a wavelength of 2261.5 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S16, and when it is larger, it is determined to be polyethylene terephthalate (step). S15).

(16)次に、そのスペクトルの波長2150.2nmにおいて、規格化後の吸収強度が3.196より小さい場合には次のステップS17に進み、大きい場合にはポリカーボネート/ABS樹脂であると判別する(ステップS16)。   (16) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 3.196 at the wavelength of 2150.2 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S17, and when it is larger, it is determined to be polycarbonate / ABS resin. (Step S16).

(17)次に、そのスペクトルの波長1663nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.762より小さい場合には次のステップS18へ進み、大きい場合にはステップS20へスキップする(ステップS17)。   (17) Next, if the absorption intensity after normalization is smaller than 0.762 at the wavelength of 1663 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S18, and if larger, the process skips to step S20 (step S17).

(18)次に、そのスペクトルの波長1288.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.007より小さい場合にはステップS20へスキップし、大きい場合には次のステップS19へ進む(ステップS18)。   (18) Next, when the normalized absorption intensity is smaller than 0.007 at a wavelength of 1288.5 nm of the spectrum, the process skips to step S20, and if larger, the process proceeds to the next step S19 (step S18). .

(19)次に、そのスペクトルの波長2313.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が4.908より小さい場合にはポリエチレンであると判別し、大きい場合には次のステップS20へ進む(ステップS19)。   (19) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 4.908 at the wavelength of 2313.5 nm of the spectrum, it is determined as polyethylene, and when it is larger, the process proceeds to the next step S20 (step S19). ).

(20)次に、そのスペクトルの波長1689nmにおいて、規格化後の吸収強度が1.571より小さい場合にはステップS21へ進み、大きい場合にはステップS23へ進む(ステップS20)。   (20) Next, at the wavelength of 1689 nm of the spectrum, when the normalized absorption intensity is smaller than 1.571, the process proceeds to step S21, and when larger, the process proceeds to step S23 (step S20).

(21)次に、そのスペクトルの波長1382nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.525より小さい場合にはポリ塩化ビニルであると判別し、大きい場合にはステップS23へ進む(ステップS21)。   (21) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 0.525 at the wavelength of 1382 nm of the spectrum, it is determined that the polyvinyl chloride is larger, and if larger, the process proceeds to step S23 (step S21).

(22)次に、そのスペクトルの波長1658.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が1.037より小さい場合にはポリプロピレンであると判別し、大きい場合には次のステップS23へ進む(ステップS22)。   (22) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 1.037 at a wavelength of 1658.5 nm of the spectrum, it is determined that it is polypropylene, and when it is larger, the process proceeds to the next step S23 (step S22). ).

(23)次に、そのスペクトルの波長1267.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.001より小さい場合にはステップS24へ進み、大きい場合にはステップS25へ進む(ステップS23)。   (23) Next, if the absorption intensity after normalization is smaller than 0.001 at the wavelength of 1267.5 nm of the spectrum, the process proceeds to step S24, and if larger, the process proceeds to step S25 (step S23).

(24)次に、そのスペクトルの波長2271nmにおいて、規格化後の吸収強度が2.967より小さい場合にはステップS26へ進み、大きい場合にはアクリロニトリルスチレン共重合体であると判別する(ステップS24)。   (24) Next, if the absorption intensity after normalization is smaller than 2.967 at the wavelength of 2271 nm of the spectrum, the process proceeds to step S26, and if it is larger, it is determined to be an acrylonitrile styrene copolymer (step S24). ).

(25)次に、そのスペクトルの波長1552.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が0.001より小さい場合にはアクリロニトリルスチレンと共重合体であると判別し、大きい場合には次のステップS26へ進む(ステップS25)。   (25) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 0.001 at a wavelength of 1552.5 nm of the spectrum, it is determined that the copolymer is acrylonitrile styrene and a copolymer, and if larger, the next step S26. (Step S25).

(26)次に、そのスペクトルの波長2152.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が2.525より小さい場合にはその他であると判別し、大きい場合には次のステップS27へ進む(ステップS26)。   (26) Next, when the absorption intensity after normalization is smaller than 2.525 at the wavelength of 2152.5 nm of the spectrum, it is determined that it is other, and when it is larger, the process proceeds to the next step S27 (step S26). ).

(27)次に、そのスペクトルの波長2160.5nmにおいて、規格化後の吸収強度が3.281より小さい場合には次のステップS28へ進み、大きい場合にはその他であると判別する(ステップS27)。   (27) Next, when the normalized absorption intensity is smaller than 3.281 at a wavelength of 2160.5 nm of the spectrum, the process proceeds to the next step S28, and when it is larger, it is determined to be other (step S27). ).

(28)最後に、そのスペクトルの波長2124nmにおいて、規格化後の吸収強度が2.657より小さい場合にはABS樹脂であると判定し、大きい場合にはその他であると判別する(ステップS28)。   (28) Finally, at the wavelength of 2124 nm of the spectrum, if the normalized absorption intensity is smaller than 2.657, it is determined that the resin is ABS resin, and if it is larger, it is determined that it is other (step S28). .

上記のフローチャートを用いて判別を行った結果、図6に示すように、個別のグループへの帰属の場合(比較例)には、最大で13%程度の誤判別率(PC/ABS)であったものが、本発明によれば、階層的な判別フローチャートを用いることにより、最終的に2.5%以下の誤判別率とすることができた。   As a result of the discrimination using the above flowchart, as shown in FIG. 6, in the case of belonging to an individual group (comparative example), the misclassification rate (PC / ABS) is about 13% at the maximum. However, according to the present invention, by using a hierarchical discrimination flowchart, it was possible to finally achieve a misclassification rate of 2.5% or less.

このように、本発明の分光スペクトルによるポリマーグループの分類方法によれば、従来法(多変量解析、ニューラルネットワーク他)に比べて、スペクトルのどの波長の強度をどのように判定条件として利用しているのかが、明確となる点、また添加剤などの他の共存物質の影響が小さく、誤判別率が極めて小さい(18グループの分類において、2.5%以下のレベル)点が特徴である。   Thus, according to the method for classifying polymer groups based on the spectral spectrum of the present invention, compared to the conventional method (multivariate analysis, neural network, etc.), the intensity of which wavelength of the spectrum is used as the determination condition. It is characterized by the fact that it is clear, the influence of other coexisting substances such as additives is small, and the misclassification rate is extremely small (at a level of 2.5% or less in the classification of 18 groups).

なお、上記実施例では二進木による判断によったが、これに限定されるものではなく、決定木によった判断によってもよい。   In the above embodiment, the determination based on the binary tree is used. However, the determination is not limited to this, and the determination based on the decision tree may be used.

また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

本発明の分光スペクトルによるポリマーグループの分類方法は、プラスチックのリサイクルにおける実用的、かつ簡便で迅速な分別方法であり、特に、リサイクルプラスチックによるプラスチック製造や合成繊維分野に好適である。   The method for classifying a polymer group based on a spectral spectrum of the present invention is a practical, simple and quick separation method for recycling plastics, and is particularly suitable for plastic production using recycled plastics and the synthetic fiber field.

本発明の実施例を示す分光スペクトルによるポリマーグループの分類システムの模式図である。It is a schematic diagram of the classification system of the polymer group by the spectrum which shows the Example of this invention. 測定で得られた全分光スペクトルの重ね描きを示す図である。It is a figure which shows the overwriting of all the spectral spectra obtained by measurement. 図2からポリスチレングループを取り出した図である。It is the figure which took out the polystyrene group from FIG. 図2からポリエチレングループを取り出した図である。It is the figure which took out the polyethylene group from FIG. 本発明の実施例を示す未知の高分子材料の分光スペクトルによるポリマーグループの分類例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of a classification | category of the polymer group by the spectrum of the unknown polymeric material which shows the Example of this invention. 図5のフローチャートによる誤判別率を示す図である。It is a figure which shows the misclassification rate by the flowchart of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

A 判別装置
1 高周波電源(30〜80MHz)
2 ピエゾ素子
3 AOTF(自動光変換機能)
4 ダンパー
5 光源
6 透過光
7 反射光(0.9〜2.4μm照射光)
8 測定対象物としての未知の高分子材料
9 拡散反射光又は透過反射光
10 受光素子
11 ポリマーグループの判別装置
12 吸光スペクトル生成部(モニター)
13 既知データ記憶部
14 吸光スペクトルと既知データの照合部
15 ポリマーグループの判別部
A discriminator 1 High frequency power supply (30-80MHz)
2 Piezo elements 3 AOTF (automatic light conversion function)
4 Damper 5 Light source 6 Transmitted light 7 Reflected light (0.9-2.4 μm irradiation light)
8 Unknown Polymer Material as Measurement Object 9 Diffuse Reflected Light or Transmitted Reflected Light 10 Light Receiving Element 11 Polymer Group Discriminating Device 12 Absorption Spectrum Generation Unit (Monitor)
13 Known Data Storage Unit 14 Absorption Spectrum and Known Data Verification Unit 15 Polymer Group Discrimination Unit

Claims (1)

各種のポリマーが混在する未知の高分子材料を材種別に判別する、分光スペクトルによるポリマーグループの判別方法において、
個々のポリマーグループの判別を近赤外吸収スペクトルの特定波長の吸収強度を用いて、決定木による分類を行う際、個々のポリマーグループの判別を段階的に組み合わせ、誤分類率の最も小さなポリマーグループの分類から開始し、徐々に誤分類率の大きなポリマーグループの分類を行う階層的な判別フローとすることにより、トータルとして誤判別率が極めて小さなポリマーの判別を行うことを特徴とする分光スペクトルによるポリマーグループの判別方法。
In the method of discriminating polymer groups by spectroscopic spectrum that discriminates unknown polymer materials mixed with various polymers by material type,
When classifying with a decision tree using the absorption intensity of a specific wavelength in the near-infrared absorption spectrum to distinguish individual polymer groups, polymer groups with the smallest misclassification rate are combined in stages. Based on the spectral spectrum, which is characterized by the classification of polymers with a very low misclassification rate as a total by starting with a classification and gradually classifying a polymer group with a high misclassification rate. How to distinguish polymer groups.
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