Контроль вторичного пластика поливинилхлорида (PVC)

Контроль вторичного пластика поливинилхлорида (PVC)

Введение
Использование вторичных пластиков, в том числе поливинилхлорида (ПВХ), является критически важным направлением для снижения экологической нагрузки и рационального использования ресурсов. Однако применение вторичного ПВХ сопряжено с рядом технологических и эксплуатационных вызовов, обусловленных его происхождением и предысторией. Качественный контроль характеристик вторичного ПВХ – обязательное условие для его успешного внедрения в новые продукты и обеспечения их безопасности, долговечности и соответствия требованиям. Данная статья рассматривает ключевые аспекты контроля вторичного ПВХ, фокусируясь на объектах, областях, методах и оборудовании для испытаний.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний в рамках контроля качества вторичного ПВХ являются:

1. Вторичные ПВХ-материалы в различных формах поставки:
   • Дробленка (хлопья, flakes): Основная форма после первичной переработки отходов (оконные профили, трубы, пленки, кабельная изоляция и т.д.).
   • Гранулят: Полученный после экструзии и грануляции дробленки. Основная товарная форма для последующего производства.
   • Порошок (пудра): Результат тонкого измельчения, иногда используется для определенных применений (напыление, компаундирование).
   • Агломерат: Спекшиеся частицы ПВХ, полученные в процессе агломерации отходов пленок или мягких изделий.
2. Типы вторичного ПВХ по происхождению:
   • Отходы производства (литники, обрезки, брак).
   • Постпотребительские отходы (изделия, отслужившие срок: профили, трубы, упаковка, покрытия для пола, кабельная изоляция и др.).
   • Отходы специфических применений (медицина, автомобилестроение – требуют особого контроля на остаточные загрязнения).
3. Композиции на основе вторичного ПВХ:
   • Смеси различных партий вторичного ПВХ.
   • Смеси вторичного и первичного ПВХ.
   • Компаунды вторичного ПВХ с добавками (стабилизаторы, модификаторы, наполнители, красители).

2. Область испытаний

Контроль качества вторичного ПВХ охватывает широкий спектр характеристик, критичных для его дальнейшей переработки и применения:

1. Идентификация и чистота:
   • Подтверждение основного полимера (ПВХ).
   • Обнаружение и количественное определение посторонних полимеров (ПЭ, ПП, ПЭТ и др.).
   • Определение типа ПВХ (жесткий / непластифицированный u-PVC, мягкий / пластифицированный p-PVC).
2. Морфология и физические свойства:
   • Размер и распределение частиц (для дробленки, порошка, агломерата).
   • Насыпная плотность.
   • Содержание пыли и мелких фракций.
   • Внешний вид, цвет, наличие видимых примесей.
3. Химический состав и загрязнения:
   • Содержание пластификаторов (для p-PVC) и их тип.
   • Содержание и идентификация стабилизаторов, наполнителей (CaCO3), модификаторов удара.
   • Определение тяжелых металлов (Pb, Cd, Cr VI, Hg и др. – особенно важно из-за исторического использования в стабилизаторах).
   • Определение опасных органических соединений (фталаты, хлорированные парафины, остатки моющих средств, остатки содержимого упаковки).
   • Содержание галогенов (кроме хлора в ПВХ).
   • Остаточное содержание хлорированного растворителя (если использовался процесс растворения/осаждения).
   • Определение летучих органических соединений (ЛОС).
4. Термическая стабильность:
   • Время термической стабильности (индукционный период до начала деструкции).
   • Температура начала деструкции.
   • Кинетика деструкции.
5. Реологические свойства:
   • Индекс расплава (MFI) – для гранулята, косвенно указывает на молекулярную массу и степень деструкции.
   • Вязкость расплава (капиллярная реометрия).
6. Механические свойства (после переработки в образцы):
   • Прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве.
   • Модуль упругости при растяжении.
   • Ударная вязкость (по Шарпи/Изоду, надрезанный образец).
   • Твердость (по Шору).

3. Методы испытаний

Для контроля перечисленных характеристик используются стандартизированные и специализированные методы:

1. Физико-механические испытания:
   • Размер частиц: Просеивание на ситах, лазерная дифракция, анализ изображений.
   • Насыпная плотность: Стандартные мерные цилиндры по соответствующим стандартам (ISO 60, ASTM D1895).
   • Механические свойства: Испытания на растяжение (ISO 527, ASTM D638), удар (ISO 179/180, ASTM D256), твердость (ISO 868, ASTM D2240) на стандартных образцах, отлитых литьем под давлением или вырубленных из листов/пленок.
2. Химический анализ:
   • Идентификация полимеров: Фурье-ИК спектроскопия (FTIR) в режиме пропускания (пленки) или отражения (АТR), пиролиз-газовая хроматография/масс-спектрометрия (Py-GC/MS), дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК).
   • Определение пластификаторов и добавок: Экстракция растворителем с последующей FTIR, газовой хроматографией (ГХ), жидкостной хроматографией (ВЭЖХ, ГЖХ), ГХ/МС или ВЭЖХ/МС.
   • Тяжелые металлы: Рентгенофлуоресцентный анализ (XRF), атомно-абсорбционная спектрометрия (ААС), масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) после пробоподготовки (микроволновое разложение).
   • ЛОС, остаточные растворители: Статический или динамический газохроматографический "headspace" анализ (ГХ-ПГ), термодесорбция с ГХ/МС.
   • Галогены (кроме Cl в ПВХ): Сжигание в кислородной колбе или трубчатая печь с последующим ионометрическим или титриметрическим определением.
3. Термический анализ:
   • Термическая стабильность: Термогравиметрический анализ (ТГА) в инертной атмосфере, методы Коньяра-Тернера (термостатирование при фиксированной температуре с контролем выделения HCl или изменения цвета).
   • Температура стеклования (Tg), кристалличность: Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК).
4. Реологические испытания:
   • Индекс расплава (MFI): Капиллярный вискозиметр (экструзионный пластометр) по стандартам ISO 1133, ASTM D1238.
   • Вязкость расплава: Ротационный или капиллярный реометр.

4. Испытательное оборудование

Для реализации указанных методов испытаний требуется специализированное оборудование:

1. Для подготовки образцов:
   • Дробилки, мельницы (ножевые, шаровые).
   • Плавильные прессы (для изготовления пленок/листов).
   • Мини-экструдеры, термопластавтоматы или мини-литьевые машины (для изготовления стандартных образцов для механических испытаний).
   • Сушильные шкафы (для удаления влаги).
   • Оборудование для пробоподготовки (микроволновые системы разложения, экстракторы Сокслета, шейкеры).
2. Для физико-механических испытаний:
   • Испытательные машины (универсальные разрывные машины с климатическими камерами при необходимости).
   • Приборы для измерения ударной вязкости (маятниковые копры).
   • Твердомеры (по Шору).
   • Наборы стандартных сит, вибрационные ситовые анализаторы.
   • Приборы для измерения насыпной плотности (мерные цилиндры, воронки).
   • Лазерные анализаторы размера частиц / анализаторы изображений частиц.
3. Для химического и структурного анализа:
   • Фурье-ИК спектрометры (FTIR) с приставками ATR, микроскопом.
   • Газовая хроматографы (ГХ) с детекторами (ПИД, МС), системы ГХ/МС и Пи-ГХ/МС.
   • Высокоэффективные жидкостные хроматографы (ВЭЖХ) с УФ и МС детекторами.
   • Атомно-абсорбционные спектрометры (ААС).
   • Масс-спектрометры с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС).
   • Рентгенофлуоресцентные спектрометры (XRF).
   • Системы ГХ "headspace" (статический/динамический).
4. Для термического анализа:
   • Термогравиметрические анализаторы (ТГА).
   • Дифференциальные сканирующие калориметры (ДСК).
   • Приборы Коньяра для измерения статической термостабильности.
5. Для реологических испытаний:
   • Экструзионные пластометры (приборы для измерения индекса расплава).
   • Ротационные реометры (камеры с конусом и плитой или коаксиальными цилиндрами).
   • Капиллярные реометры.

Ключевые аспекты контроля вторичного ПВХ:

• Неоднородность: Партии вторичного ПВХ часто неоднородны. Требуется адекватный отбор проб и статистическая обработка данных.
• История материала: Прошлое применение сильно влияет на состав и загрязнения. Контроль должен быть ориентирован на потенциально опасные примеси, специфичные для источника.
• Деструкция: Многократная переработка и воздействие окружающей среды приводят к деструкции полимерных цепей, что снижает термо- и светостабильность, ухудшает механические свойства. Контроль стабильности критичен.
• Соответствие нормам: Особое внимание уделяется контролю на содержание регламентированных веществ (тяжелые металлы, фталаты, хлорированные парафины и др.) согласно директивам и стандартам (RoHS, REACH, пищевые контакты при необходимости).
• Применимость: Результаты контроля должны давать четкое понимание пригодности материала для конкретной целевой технологии переработки и области применения.

Заключение
Контроль качества вторичного поливинилхлорида представляет собой комплексную задачу, требующую системного подхода и применения разнообразных методов анализа. Понимание происхождения материала, его потенциальных рисков и критичных для переработки и эксплуатации свойств позволяет сформировать эффективную программу испытаний. Использование современного испытательного оборудования и стандартизированных методик является основой для обеспечения надежности, безопасности и конкурентоспособности продукции, изготовленной с использованием вторичного ПВХ. Грамотный контроль – ключевой фактор успешного развития рынка переработанного ПВХ и реализации принципов циркулярной экономики.