Тестирование переработанного пластика полиэтилена (PE)

Тестирование переработанного пластика полиэтилена (PE)

Введение
Полиэтилен (PE) – один из наиболее распространенных и широко перерабатываемых полимеров в мире. Использование вторичного (рециклированного) PE позволяет сократить потребление первичных ресурсов и уменьшить нагрузку на окружающую среду. Однако качество регранулята или рециклята PE напрямую влияет на возможность его применения в новых изделиях. Поэтому комплексное тестирование свойств переработанного полиэтилена является критически важным этапом перед его дальнейшим использованием. Эта статья рассматривает ключевые аспекты такого тестирования.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний выступают различные формы и виды вторичного полиэтилена:

• Регранулят: Основная форма поставки вторичного PE для производителей изделий. Представляет собой гранулы, полученные после очистки, дробления, агломерации, промывки, сушки и экструзии исходного сырья. Может быть:
  • Гомогенным (из одного типа PE, например, только HDPE или только LDPE).
  • Смесевым (содержащим смесь различных типов PE, например, HDPE и LDPE).
• Дробленка/Флекс: Измельченные (дробленые) хлопья очищенного вторичного PE, полученные после мойки и сушки. Часто является промежуточным продуктом перед гранулированием.
• Агломерат: Сплавленные под действием температуры и механического воздействия частицы пленки или других тонкостенных изделий, образующие неправильные по форме гранулы размером 3-10 мм.
• Изделия из вторичного PE: Готовые продукты, произведенные с использованием рециклата (бутылки, канистры, пленки, трубы, элементы строительных конструкций и т.д.), требующие контроля качества.
• Конкретные типы полиэтилена:
  • Полиэтилен высокой плотности (HDPE / ПЭВД): Бутылки, канистры, крышки, трубы, жесткая упаковка.
  • Полиэтилен низкой плотности (LDPE / ПЭНД): Пленки (упаковочные, сельскохозяйственные, термоусадочные), пакеты, мягкие контейнеры.
  • Линейный полиэтилен низкой плотности (LLDPE / ЛПЭНД): Растяжимые пленки, гибкие крышки, покрытия.
  • Смеси вышеуказанных типов (например, HDPE/LDPE).

2. Область испытаний

Тестирование охватывает широкий спектр свойств, необходимых для оценки качества рециклата и его пригодности для целевых применений:

• Физико-механические свойства:
  • Плотность.
  • Индекс расплава (MFR/MFI) - текучесть расплава.
  • Механическая прочность: предел прочности при растяжении, относительное удлинение при разрыве, модуль упругости при растяжении.
  • Прочность при ударе (ударная вязкость).
  • Твердость.
  • Сопротивление раздиру (для пленок).
  • Сопротивление продавливанию (для пленок).
• Термические свойства:
  • Температура плавления и кристаллизации.
  • Температура теплодеформации (HDT).
  • Стабильность размеров при нагреве (усадка).
  • Окислительно-термическая стабильность.
• Химические свойства и состав:
  • Определение типа полимера (PE).
  • Идентификация и количественное определение добавок (стабилизаторы, красители и т.д.).
  • Определение степени деградации (карбонильный индекс, изменение молекулярной массы).
  • Анализ содержания летучих веществ.
  • Определение уровня загрязнений (несортовые пластики, металлы, органика, минеральные включения).
  • Анализ миграции компонентов (важно для упаковки пищевых продуктов или детских товаров).
• Внешний вид:
  • Цвет (колориметрия).
  • Наличие включений, черных точек.
  • Степень глянца/матовости.
  • Однородность цвета и структуры.
• Специфические свойства для рециклата:
  • Остаточное содержание влаги.
  • Содержание золы (неорганические остатки).
  • Запах (ольфактометрическая оценка).
  • Содержание хлора (особенно важно для HDPE из пост-потребительских отходов).

3. Методы испытаний

Тестирование проводится с использованием стандартизированных методов, обеспечивающих воспроизводимость и сопоставимость результатов. Основными являются:

• Физико-механические:
  • Плотность: Градиентные колонны (ISO 1183), пикнометрический метод.
  • Индекс расплава (MFR/MFI): Капиллярный вискозиметр (ISO 1133).
  • Растяжение: Универсальная испытательная машина по ISO 527.
  • Ударная вязкость: Маятниковые копры (Изод/Шарпи по ISO 179/180).
  • Твердость: Твердомеры по Шору (ISO 868).
  • Сопротивление раздиру/продавливанию: Специализированные испытательные машины по ISO 6383, ISO 7765.
• Термические:
  • Температура плавления/кристаллизации: Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК) по ISO 11357.
  • Теплодеформация: Испытания на прогиб под нагрузкой при нагреве (HDT) по ISO 75.
  • Стабильность: Долговременные испытания при повышенных температурах или метод ОИТ (Окислительно-индукционное время) на ДСК.
• Химические/Состав:
  • Идентификация полимера: Инфракрасная спектрометрия (ИК-Фурье) по ASTM E1252, ISO 13199.
  • Загрязнения: Визуальный анализ, просеивание, микросжигание с определением золы (ISO 3451), спектральный анализ (ААС, ИСП-ОЭС, РФА).
  • Летучие вещества: Газовая хроматография с масс-спектрометрией (ГХ-МС) или статический/динамический анализ "головного пространства".
  • Деградация: ИК-спектроскопия с расчетом карбонильного индекса по ISO 5277, вискозиметрия расплава или ГПХ для оценки молекулярной массы.
  • Миграция: Моделирование условий контакта с пищевыми симулянтами и анализ экстракта (например, EN 1186, FDA CFR 21).
  • Вода: Карл Фишера титрование (ASTM E1064, ISO 15512).
• Внешний вид:
  • Цвет: Спектрофотометрия (ISO 11664, ASTM D2244).
  • Визуальная оценка: Сравнение с образцами или эталонами по стандартным методикам.

4. Испытательное оборудование

Для проведения вышеуказанных испытаний используется специализированное лабораторное оборудование:

• Универсальная испытательная машина (разрывная): Для испытаний на растяжение, сжатие, изгиб.
• Капиллярный вискозиметр (плавкомер): Для измерения индекса расплава.
• Приборы для определения плотности: Градиентные колонны с эталонными стеклами или автоматические пикнометры.
• Ударные копры: Маятникового типа (Изод, Шарпи) для измерения ударной вязкости образцов с надрезом и без.
• Твердомеры: Для определения твердости по Шору (типов A, D).
• Дифференциальный сканирующий калориметр (ДСК или ДСКА): Для анализа термических свойств (плавление, кристаллизация, ОИТ).
• Приборы для определения температуры теплодеформации (HDT/Vicat): С термостатируемой жидкостной ванной и механизмом измерения прогиба.
• Инфракрасный Фурье-спектрометр (ИК-Фурье): Для идентификации полимеров и оценки химической структуры (карбонильный индекс).
• Газовый хроматограф (ГХ): Часто в комбинации с масс-спектрометром (МС) для анализа летучих, мигрантов, состава добавок.
• Спектрометры: Атомно-абсорбционные (ААС), оптико-эмиссионные с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-ОЭС), рентгенофлуоресцентные (РФА) для элементного анализа.
• Титровальная установка Карла Фишера: Для точного определения влаги.
• Спектрофотометр / Колориметр: Для измерения цвета и цветовых различий.
• Сушильные шкафы и весы: Для подготовки образцов и взвешивания.
• Оборудование для пробоподготовки: Прессы для литья пластин, пресс-формы, микротомы для резки образцов, дробилки, мельницы.

Заключение
Тестирование переработанного полиэтилена – это сложный, но абсолютно необходимый процесс, требующий хорошо оснащенной лаборатории и квалифицированного персонала. Выбор конкретных методов и оборудования зависит от типа рециклата (гранулят, дробленка), его происхождения (пост-промышленный, пост-потребительский) и целевого применения будущих изделий. Комплексный подход к тестированию позволяет объективно оценить качество вторичного PE, гарантировать соответствие техническим требованиям заказчика и раскрыть его потенциал для создания новых, экологически более ответственных продуктов. Стандартизация методов обеспечивает надежность и сравнимость данных, что критически важно для доверия на рынке вторичных полимеров.