Тестирование переработанного пластика полиэтилентерефталата (PET)

Тестирование переработанного пластика полиэтилентерефталата (ПЭТ)

Введение
Переработка полиэтилентерефталата (ПЭТ) является ключевым направлением в решении экологических проблем, связанных с пластиковыми отходами, и в построении экономики замкнутого цикла. Однако для гарантии безопасности и функциональности изделий из вторичного ПЭТ, а также для его успешного внедрения в новые производственные циклы, необходимо проведение тщательного и всестороннего тестирования. Данная статья рассматривает основные аспекты испытаний рециклированного ПЭТ.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний являются различные формы и стадии переработанного ПЭТ:

1. Флексы (хлопья): Очищенные и измельченные хлопья ПЭТ, полученные после сортировки и дробления использованных бутылок или других изделий. Это первичная форма после механической переработки.
2. Регранулят: Гранулы, полученные в результате экструзии и грануляции флексов. Может быть как в чистом виде, так и с добавками (например, для повышения вязкости - сшивающие агенты).
3. Преформы: Полуфабрикаты, полученные литьем под давлением из регранулята, предназначенные для последующего выдува в бутылки.
4. Готовые изделия: Конечная продукция, изготовленная из регранулята или содержащая его в своем составе (бутылки, волокна, листы, упаковочная лента и т.д.).
5. Сравнительные образцы: Первичный ПЭТ гранулят или изделия из него, используемые как эталон для сравнения свойств.

2. Область испытаний

Тестирование рециклированного ПЭТ охватывает широкий спектр характеристик, критически важных для его дальнейшего применения:

• Идентификация и чистота: Подтверждение того, что материал действительно является ПЭТ и определение уровня загрязнений (другие полимеры, металлы, органические вещества, влага).
• Физико-механические свойства:
  • Предел прочности при растяжении
  • Относительное удлинение при разрыве
  • Модуль упругости (жесткость)
  • Ударная вязкость (хрупкость)
  • Твердость
• Термические свойства:
  • Температура плавления (Tm)
  • Температура стеклования (Tg)
  • Температура начала кристаллизации (Tс)
  • Термическая стабильность (деградация)
  • Вязкость расплава (MFI/MVR) - косвенный показатель молекулярной массы и деградации цепи.
• Рекологические свойства: Поведение расплава материала при переработке (вязкость, текучесть).
• Оптические свойства: Цвет (координаты цветности, желтизна), прозрачность/мутность (особенно важно для бутылок).
• Барьерные свойства: Проницаемость для газов (O2, CO2) и паров воды (важно для упаковки).
• Миграция веществ: Потенциальный переход нежелательных веществ (олигомеры, продукты деградации, загрязнители из первичного использования) в моделируемые пищевые среды или воздух.
• Органолептические свойства: Влияние материала на вкус и запах упакованных продуктов.
• Морфология: Степень кристалличности, размер сферолитов (влияет на механические и оптические свойства).

3. Методы испытаний

Для оценки вышеперечисленных характеристик применяются стандартизированные методы испытаний:

• Спектроскопия:
  • ИК-Фурье спектроскопия: Идентификация ПЭТ, обнаружение загрязнений другими полимерами, оценка степени деградации (изменение пиков).
  • УФ-Видимая спектроскопия: Измерение цветности и желтизны.
• Хроматография:
  • Газовая хроматография с масс-спектрометрией (ГХ-МС): Анализ летучих органических соединений, мигрантов, остатков моющих средств, мономеров.
  • Жидкостная хроматография (ВЭЖХ): Анализ нелетучих веществ, олигомеров, некоторых добавок.
• Термический анализ:
  • Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК): Определение Tg, Tm, Tc, степени кристалличности, теплоты плавления/кристаллизации.
  • Термогравиметрический анализ (ТГА): Оценка термической стабильности, содержания влаги, наполнителей.
• Физико-механические испытания:
  • Испытания на растяжение, изгиб, удар по стандартным методикам (ISO 527, ISO 178, ISO 180/179) на универсальных испытательных машинах.
  • Измерение твердости (например, по Шору D).
• Рекометрия: Измерение вязкости расплава (MVR/MFI по ISO 1133) на капиллярных вискозиметрах. Оценка реологических свойств расплава на ротационных реометрах.
• Анализ барьерных свойств: Измерение скорости передачи газов (OТR) и паров воды (WVTR) на специализированных приборах согласно стандартам (ISO 15105, ASTM D3985, ASTM F1249).
• Испытания на миграцию: Выдержка образцов в контакте с модельными пищевыми средами (водные, кислотные, спиртовые, жировые) при заданных температурах и времени с последующим анализом экстрактов (ГХ-МС, ВЭЖХ, спектрофотометрия) по стандартам (EU 10/2011, FDA).
• Органолептическая оценка: Контрольные испытания на запах и вкус (сенсорный анализ).
• Определение влажности: Карл Фишер титрование или гравиметрические методы (сушка).
• Определение степени кристалличности: Рентгеноструктурный анализ (РСА).
• Анализ загрязнений: Просеивание, микроскопия, рентгенофлуоресцентный анализ (XRF) для определения тяжелых металлов.

4. Испытательное оборудование

Для реализации указанных методов испытаний используется широкий спектр специализированного оборудования:

• Спектрофотометры: ИК-Фурье спектрометры, УФ-Види спектрометры (колориметры).
• Хроматографы: Газовые хроматографы с различными детекторами (МС, ПИД, ПЗД), жидкостные хроматографы (ВЭЖХ) с УФ, МС или РИД детекторами.
• Приборы термического анализа: ДСК-анализаторы, ТГ-анализаторы, ТГА/ДСК комбинированные приборы.
• Универсальные испытательные машины: Электромеханические или гидравлические машины с климатическими камерами (при необходимости).
• Приборы для испытания на удар: Маятниковые копры (Изод, Шарпи).
• Твердомеры: Твердомеры по Шору.
• Вискозиметры расплава: Капиллярные вискозиметры (приборы для измерения MVR/MFI).
• Реометры: Ротационные реометры (капиллярные или коаксиальные цилиндры).
• Приборы для анализа барьерных свойств: Анализаторы проницаемости для газов и паров воды.
• Оборудование для испытаний на миграцию: Термостаты, печи, вытяжные шкафы.
• Титрователи: Автоматические титраторы по Карлу Фишеру.
• Микроскопы: Оптические и электронные микроскопы.
• Анализаторы элементного состава: Рентгенофлуоресцентные спектрометры (XRF).
• Сушильные шкафы, весы аналитические, сита и др.

Заключение
Тестирование переработанного ПЭТ – это сложный, но абсолютно необходимый процесс, требующий комплексного подхода и применения разнообразных методов и высокоточного оборудования. Регулярный и всесторонний контроль качества на всех стадиях переработки – от флексов до готовой продукции – позволяет гарантировать соответствие материала строгим требованиям безопасности (особенно для пищевой упаковки), обеспечивать стабильность технологических процессов и предсказуемость эксплуатационных характеристик конечных изделий. Только надежные данные испытаний могут стать основой для доверия к рециклированному ПЭТ и способствовать его широкому и ответственному использованию в различных отраслях промышленности.