Optical sorting technology for textile waste : Development of an identification method with NIR spectroscopy

Abstract

This thesis deals with developing a material identification method for textile waste using near infrared (NIR) spectroscopy. The process involved collecting and validating reference samples, measuring and pre-treating NIR spectra, and setting up parameters for matching spectral patterns. The goal is to achieve a robust and reliable method for sorting unblended cotton, polyester and wool from a heterogeneous textile waste stream. Sorting technology was developed as a part of a multidisciplinary initiative Telaketju, which aims to increase recycling rates and resource efficiency in the textile industry in Finland. The research was carried out in the Lahti University of Applied Sciences with a ProFOSS NIR process analyzer, which was equipped with Metrohm Vision™ software for spectral data management. Based on the study, it can be stated that NIR spectroscopy is capable of identifying textile materials quickly and accurately based on their characteristic spectra. The identification method requires a standardized measurement distance, corrections for varying physical properties among the samples and identification tolerances that allow natural spectral variation but restrict impurities. The research for this thesis advances the recycling possibilities of textile waste, but can also be applied to different material segments. This thesis offers theoretical background for spectroscopic measurements and guidelines for developing the identification method to cover a broad range of textile materials.

Opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia tekstiilimateriaalien koneellisen tunnistuksen mahdollisuuksia ja kehittää lajittelutekniikkaa lähiinfrapunaspektroskopian (NIR) avulla. Kehitysprosessi koostuu referenssinäytteiden valikoimisesta ja validoinnista, näytteiden mittauksesta ja spektrinkäsittelystä sekä spektrien muodontunnistuksen parametrien määrittämisestä. Tavoitteena oli kehittää kattava ja luotettava metodi puuvillan, polyesterin ja villan erottelemiseen heterogeenisesta poistotekstiilivirrasta. Lajittelutekniikkaa kehitettiin osana monialaista Telaketju-hanketta, joka pyrkii edistämään tekstiilien kierrätysastetta ja tekstiiliteollisuuden materiaalitehokkuutta Suomessa. Tutkimus suoritettiin Lahden ammattikorkeakoulussa ProFOSS NIR-prosessianalysaattorilla sekä spektrinkäsittelyyn ja datan hallintaan soveltuvalla Metrohm Vision™tietokoneohjelmistolla. Työssä todistetaan NIR-spektroskopian soveltuvuus tekstiilimateriaalien nopeaan ja luotettavaan tunnistukseen. Tunnistusmetodin kehitys vaatii mittausetäisyyden vakioimisen, näytteiden fyysisten ominaisuuksien matemaattisen korjauksen sekä tunnistustoleranssin, joka sallii luontaista vaihtelua spektriarvoissa mutta hylkää epäpuhtaudet tehokkaasti. Tehdyn tutkimuksen avulla voidaan edistää tekstiilien kierrätettävyyttä, minkä lisäksi tekniikka on sovellettavissa myös muiden materiaalien tunnistukseen. Opinnäytetyö tarjoaa teoreettisen pohjan spektroskooppisiin mittauksiin sekä opastuksen automaattisen materiaalintunnistuksen kehittämiseen.