Контроль переработанного полиэтилена (ПЭ)
Контроль переработанного полиэтилена (ПЭ)
Введение
Использование переработанного полиэтилена (ПЭ) становится неотъемлемой частью устойчивого развития промышленности и ответственного подхода к ресурсам. Однако качество рециклата напрямую влияет на свойства конечных изделий и стабильность технологических процессов. Поэтому строгий и всесторонний контроль характеристик переработанного ПЭ является критически важным этапом его внедрения в новые производственные циклы. Данная статья охватывает ключевые аспекты контроля качества рециклированного полиэтилена.
1. Объекты испытаний
Объектами контроля качества переработанного ПЭ являются:
- Регранулят переработанного ПЭ: Наиболее распространенная форма поставки. Представляет собой гранулы различного размера и формы, полученные после очистки, сортировки, измельчения, мойки, агломерации/экструзии и грануляции отходов ПЭ.
- Агломерат переработанного ПЭ: Менее обработанная форма, чем регранулят, представляющая собой спеченные под действием тепла и механического усилия хлопья пленочных отходов ПЭ (часто ПЭНП/ПЭВП).
- Дробленка (флекс) переработанного ПЭ: Измельченные, промытые, но не переплавленные частицы отходов ПЭ (чаще всего бутылочного ПЭТ, но относится и к дробленым ПЭ-канистрам, ящикам и т.д.). Требует последующей переработки в агломерат или регранулят.
- Образцы готовых изделий (опционально): Для оценки влияния конкретной партии рециклата проводят испытания образцов изделий, изготовленных с его использованием (например, пленки, трубы, емкости).
2. Область испытаний
Контроль качества переработанного ПЭ направлен на оценку характеристик, определяющих его пригодность для производства конкретной продукции и стабильность переработки. Ключевые области испытаний включают:
- Физико-механические свойства:
- Прочность на растяжение, относительное удлинение при разрыве.
- Прочность на раздир (для пленочных материалов).
- Ударная вязкость (особенно важно для жестких ПЭ, таких как ПЭВП).
- Твердость.
- Реологические свойства:
- Индекс расплава (ПТР, MFR/MVR) – критически важный параметр, указывающий на текучесть расплава, степень деградации полимера и влияющий на технологичность переработки.
- Вязкость расплава.
- Термические свойства:
- Температура плавления (Tₘ).
- Температура кристаллизации (Tс).
- Термостабильность (ОИТ – температура начала окисления).
- Химический состав и чистота:
- Определение типа ПЭ (ПЭНП, ПЭВП, ПЭСП и их смеси).
- Содержание летучих веществ (включая влажность).
- Содержание золы (минеральные наполнители, примеси).
- Содержание других полимеров-примесей (контаминация).
- Наличие и идентификация опасных химических веществ (в соответствии с требованиями заказчика или нормативов).
- Морфология и внешний вид:
- Цвет (колориметрия, визуальная оценка).
- Наличие посторонних включений (визуальный осмотр, анализ под микроскопом).
- Размер и форма гранул/частиц.
- Степень гомогенизации расплава (под микроскопом).
- Эксплуатационные свойства (в зависимости от назначения):
- Стойкость к УФ-излучению (для изделий, эксплуатируемых на открытом воздухе).
- Стойкость к химическим реагентам.
- Миграция компонентов (для контакта с пищевыми продуктами, водой, косметикой).
3. Методы испытаний
Контроль качества переработанного ПЭ осуществляется с использованием стандартизированных методов испытаний, преимущественно международных (ISO, ASTM) или национальных (ГОСТ). Основные методы:
- Определение физико-механических свойств:
- ASTM D638 / ISO 527: Испытания на растяжение.
- ASTM D882 / ISO 527-3: Испытания на растяжение тонких пленок.
- ASTM D1004 / ISO 6383-1: Испытания устойчивости пленки к раздиру.
- ASTM D256 / ISO 179/180: Определение ударной вязкости (Шарпи, Изод).
- ASTM D2240 / ISO 868: Определение твердости по Шору.
- Определение реологических свойств:
- ASTM D1238 / ISO 1133: Определение индекса расплава (ПТР).
- ASTM D3835 / ISO 11443: Определение вязкости расплава с использованием капиллярного реометра.
- Определение термических свойств:
- ASTM D3418 / ISO 11357-3: Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) для определения Tₘ и Tc.
- ASTM D3895 / ISO 11357-6: Определение термостабильности (ОИТ) методом ДСК.
- ASTM D3850: Термогравиметрический анализ (ТГА) для определения термостабильности и содержания золы.
- Анализ химического состава и чистоты:
- ASTM D792 / ISO 1183: Определение плотности (косвенный метод идентификации типа ПЭ).
- ИК-Фурье спектроскопия (FTIR) / ASTM E1252: Идентификация полимеров и основных добавок.
- ASTM D4019: Определение содержания воды методом Карла Фишера.
- ASTM D1603: Определение содержания летучих веществ.
- ASTM D5630 / ISO 3451-1: Определение содержания золы.
- Газовая хроматография-масс-спектрометрия (ГХ-МС): Идентификация и количественное определение летучих органических соединений (ЛОС) и мигрантов.
- Экстракция и гравиметрический/хроматографический анализ на содержание других полимеров.
- Оценка морфологии и внешнего вида:
- Визуальный осмотр (согласно внутренним стандартам или ASTM D6290).
- Световая микроскопия / Стереомикроскопия.
- Колориметрия (ASTM D6290, ASTM E1347, ISO 7724).
- Определение эксплуатационных свойств:
- Ускоренное атмосферостойкое старение (ASTM G154 / ISO 4892).
- Испытания на химическую стойкость (ASTM D543 / ISO 175).
- Миграционные испытания (имитация контакта с пищевыми средами по EU 10/2011, FDA, СанПиН и др.).
4. Испытательное оборудование
Для проведения перечисленных испытаний требуется специализированное оборудование:
- Универсальные испытательные машины: Для испытаний на растяжение, сжатие, изгиб, раздир. Оснащаются прецизионными силоизмерительными датчиками и климатическими камерами для испытаний при различных температурах.
- Приборы для определения индекса расплава (ПТР-метры): Автоматические или полуавтоматические приборы с калиброванными капиллярами и заданной нагрузкой.
- Реометры: Капиллярные реометры для детального изучения реологии расплава при различных скоростях сдвига и температурах.
- Дифференциальные сканирующие калориметры (ДСК): Для измерения тепловых эффектов (Tₘ, Tc, степень кристалличности, ОИТ).
- Термогравиметрические анализаторы (ТГА): Для измерения изменения массы образца в зависимости от температуры в контролируемой атмосфере (термостабильность, содержание наполнителей/золы).
- ИК-Фурье спектрометры (FTIR): Для идентификации полимеров и функциональных групп. Оснащаются приставками для анализа в отражении, пропускании, методом нарушенного полного внутреннего отражения (ATR).
- Газовые хроматографы-масс-спектрометры (ГХ-МС): Для анализа летучих веществ и мигрантов.
- Приборы Карла Фишера: Кулонометрические или объемные титрователи для точного определения содержания воды.
- Муфельные печи: Для определения содержания золы.
- Микроскопы: Световые микроскопы (включая стереомикроскопы) для визуального контроля чистоты и морфологии.
- Колориметры/Спектрофотометры: Для объективного измерения цвета.
- Камеры искусственного старения: Ксеноновые или УФ-камеры для оценки стойкости к атмосферным воздействиям.
- Экстракционное оборудование: Сокслеты, ускоренные растворительные экстракторы.
- Оборудование для пробоподготовки: Прессы для изготовления образцов, микротомы, дробилки, мельницы, сушильные шкафы.
Заключение
Эффективный контроль качества переработанного полиэтилена требует комплексного подхода, охватывающего все стадии его поставки – от входного сырья до оценки свойств конечного продукта. Стандартизированные методы испытаний и точное, поверенное оборудование являются основой для получения достоверных и воспроизводимых результатов. Систематический контроль позволяет не только гарантировать соответствие рециклата техническим требованиям производителей, но и управлять его дозировкой в рецептурах, прогнозировать поведение материала в процессе переработки и эксплуатации, минимизировать риск брака и, в конечном счете, способствовать развитию устойчивой и экономически эффективной перерабатывающей отрасли. Особое внимание должно уделяться корректному отбору проб, учитывающему потенциальную неоднородность партий рециклата.
