Вторичный пластик - Анализ акрилонитрил/бутадиен/стирола (ABS)

Вторичный пластик - Анализ акрилонитрил/бутадиен/стирола (ABS)

Введение
Акрилонитрил/бутадиен/стирол (ABS) – один из самых распространенных инженерных термопластов, ценимый за прочность, ударную вязкость, термостойкость и технологичность. В условиях роста внимания к циркулярной экономике и сокращению отходов, вторичный ABS (rABS) становится все более востребованным материалом. Однако его свойства могут существенно отличаться от первичного аналога из-за предыдущего использования, воздействия факторов окружающей среды и процессов переработки. Данная статья посвящена ключевым аспектам лабораторного анализа вторичного ABS.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний в данном анализе являются образцы вторичного гранулята или изделий из ABS, полученные в результате переработки промышленных или потребительских отходов. К ним относятся:

1. Гранулят rABS: Основная форма поставки вторичного материала для последующего производства.
2. Технологические образцы: Образцы, отлитые или отформованные из исследуемого гранулята rABS по стандартным методикам (например, литье под давлением по ISO 294 или экструзия) для оценки свойств готового продукта.
3. Изделия из rABS (опционально): Готовые продукты, произведенные из вторичного ABS, для оценки их реальных эксплуатационных характеристик или сравнения с первичным аналогом.

2. Область испытаний

Анализ вторичного ABS направлен на определение ключевых характеристик, критически важных для его дальнейшего применения:

1. Механические свойства:
   • Прочность на растяжение и относительное удлинение при разрыве (предел текучести, модуль упругости).
   • Ударная вязкость (чаще по Изоду или Шарпи, при различных температурах).
   • Твердость (по Шору, Роквеллу).
2. Термические свойства:
   • Температура теплодеформации под нагрузкой (HDT).
   • Температура стеклования (Tg) – показатель теплостойкости.
   • Термостабильность (изменение массы при нагреве, TGA).
   • Температура плавления и кристаллизации (DSC).
3. Реологические свойства:
   • Индекс расплава (MFR/MFI) – показатель текучести расплава, критичен для переработки.
4. Физико-химические свойства:
   • Плотность.
   • Водопоглощение.
5. Морфология и структура:
   • Распределение каучуковой фазы (бутадиена), степень деградации компонентов (ИК-спектроскопия).
   • Наличие примесей, нерасплавов, посторонних включений (визуальный и микроскопический анализ).
6. Химический состав и чистота:
   • Содержание основных компонентов (акрилонитрила, бутадиена, стирола).
   • Определение типа и количества добавок (стабилизаторов, пластификаторов, красителей).
   • Выявление и количественное определение органических и неорганических загрязняющих веществ (остатки пищи, масла, металлы, другие полимеры).
7. Цвет и внешний вид:
   • Измерение цветовых координат (спектрофотометрия).
   • Оценка однородности окраски, наличия пятен, посторонних включений визуально.
8. Стойкость к старению и воздействию сред:
   • Ускоренное тепловое старение.
   • Стойкость к УФ-излучению (ксеноновое или QUV-старение).
   • Стойкость к химическим реагентам.

3. Методы испытаний

Для проведения анализа вторичного ABS используются стандартизированные методы, обеспечивающие воспроизводимость и сопоставимость результатов:

1. Механические испытания:
   • Растяжение: ISO 527 (испытание образцов типа 1A или 1B).
   • Ударная вязкость: ISO 180 (Изод), ISO 179 (Шарпи) – обычно метод с надрезом (Charpy notched impact strength).
   • Твердость: ISO 868 (Шор D), ISO 2039-1 (Роквелл R).
2. Термические испытания:
   • HDT: ISO 75 (Метод A, B или C, в зависимости от нагрузки – 1.8 МПа или 0.45 МПа).
   • DSC (Дифференциальная сканирующая калориметрия): ISO 11357 (определение Tg, Tm, Tc, степени кристалличности – если применимо).
   • TGA (Термогравиметрический анализ): ISO 11358 (оценка термостабильности, содержания наполнителей, летучих).
3. Реологические испытания:
   • MFR/MFI: ISO 1133 (стандартные условия для ABS, например, 220°C / 10 кг).
4. Физико-химические испытания:
   • Плотность: ISO 1183 (Метод A – погружение для твердых непористых материалов).
   • Водопоглощение: ISO 62 (погружение в воду на 24 часа или до насыщения).
5. Химический анализ:
   • ИК-Фурье спектроскопия (FTIR): ISO 18280 (идентификация полимера, определение структурных изменений).
   • Газовая хроматография – масс-спектрометрия (ГХ-МС): Анализ летучих органических соединений (VOC), остатков растворителей, масел, идентификация органических примесей.
   • Пиролиз-ГХ-МС: Идентификация основных компонентов полимера и добавок.
   • Ионная хроматография (ИХ): Определение содержания галогенов (хлор, бром – из антипиренов или загрязнений), ионов (фторид, сульфат, нитрат).
   • Индуктивно-связанная плазма – масс-спектрометрия (ИСП-МС) или Атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС): Определение содержания металлов (тяжелые металлы, катализаторы, наполнители).
6. Анализ внешнего вида и цвета:
   • Визуальный осмотр по стандартным образцам или описательным шкалам.
   • Спектрофотометрия: ISO 7724 (измерение цветовых координат в системе CIE Lab*, Delta E).
7. Испытания на старение:
   • Термическое старение: ISO 188 (воздушная печь при повышенных температурах).
   • УФ-старение: ISO 4892 (различные циклы имитации солнечного света).
   • Химическая стойкость: ISO 175 (погружение в стандартные реагенты с оценкой изменения массы, размеров и свойств).

4. Испытательное оборудование

Для реализации перечисленных методов испытаний требуется специализированное лабораторное оборудование:

1. Универсальная испытательная машина: Оснащенная силоизмерительным датчиком, климатической камерой (для испытаний при различных температурах) и захватами для испытаний на растяжение, изгиб, сжатие.
2. Маятниковый копер: Для измерения ударной вязкости по Изоду или Шарпи, включая копры с климатическими камерами для низкотемпературных испытаний.
3. Твердомеры: Твердомеры по Шору (типа D) или по Роквеллу (шкала R).
4. Дилатометр / Прибор HDT: Устройство для измерения температуры теплодеформации под нагрузкой.
5. Дифференциальный сканирующий калориметр (DSC): Для анализа тепловых переходов.
6. Термогравиметрический анализатор (TGA): Для исследования термостабильности и состава.
7. Прибор для определения индекса расплава (MFR/MFI): Капиллярный реометр.
8. Весы аналитические: Высокой точности для измерения плотности гидростатическим методом и водопоглощения.
9. Инфракрасный Фурье-спектрометр (FTIR): С приставками для измерения в проходящем свете, отражения или ослабленного полного отражения (ATR).
10. Газовая хроматограф-масс-спектрометр (ГХ-МС): С системой пробоподготовки (headspace, твердофазная микроэкстракция – SPME).
11. Пиролизер: Связанный с системой ГХ-МС.
12. Ионный хроматограф (ИХ): С кондуктометрическим или масс-спектрометрическим детектированием.
13. Атомно-эмиссионный спектрометр с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-АЭС) или Масс-спектрометр с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС): Для элементного анализа.
14. Спектрофотометр: Для измерения цвета (например, сферический или 0°/45° геометрии).
15. Камеры старения:
    • Воздушные термостаты/печи.
    • Ксеноновые дуговые лампы или лампы УФ-излучения (QUV).
16. Оптический микроскоп / Стереомикроскоп: Для визуального контроля загрязнений и морфологии поверхности.
17. Плавильно-литьевой пресс / Лабораторный экструдер: Для изготовления стандартных образцов для механических испытаний из гранулята.

Заключение
Комплексный анализ вторичного ABS является неотъемлемой частью процесса его внедрения в новые производственные циклы. Систематическое исследование механических, термических, реологических, химических свойств и чистоты материала с использованием стандартизированных методов и специализированного оборудования позволяет достоверно оценить его качество, выявить возможные отклонения от первичного аналога, определить области целесообразного применения и обеспечить надежность конечной продукции. Полученные данные критически важны как для производителей вторичного сырья (для контроля качества и сертификации), так и для его потребителей (для гарантии соответствия материала техническим требованиям конкретного изделия). Понимание специфики поведения rABS после переработки способствует устойчивому развитию и эффективному использованию пластиковых ресурсов. Данные испытания также помогают выявить потенциальные проблемы, связанные с наличием примесей или деградацией полимера, которые могут негативно сказаться на процессе переработки и свойствах готовых изделий.