Переработанный пластик, тестирование полиэтилена (ПЭ)

Переработанный пластик: тестирование полиэтилена (ПЭ)

Введение
Полиэтилен (ПЭ) является одним из наиболее распространенных типов пластика, широко используемым в упаковке, производстве тары, труб, пленок и множества других изделий. В свете глобальных усилий по сокращению пластикового загрязнения и перехода к экономике замкнутого цикла, переработка ПЭ приобретает критическое значение. Однако вторичный (рециклированный) ПЭ существенно отличается от первичного по своим свойствам из-за процессов деградации во время эксплуатации, сбора, сортировки и самой переработки. Поэтому комплексное тестирование переработанного полиэтилена – не просто формальность, а обязательное условие для обеспечения его качества, безопасности и пригодности для последующего применения. Данная статья рассматривает основные аспекты испытаний переработанного ПЭ.

1. Объекты испытаний

Объектами испытаний являются различные виды переработанного полиэтилена, полученные из вторичного сырья. Типичные источники включают:

• Отходы потребления (Пост-потребительские, PCR):
  • ПЭТ-бутылки (крышки и этикетки часто содержат ПЭ).
  • Пленки (упаковочные, стрейч, пузырчатые, сельскохозяйственные).
  • Канистры и флаконы (от бытовой химии, косметики).
  • Тара и упаковка (ведра, крышки, контейнеры).
  • Изделия культурно-бытового назначения.
• Производственные отходы (Пост-индустриальные, PIR):
  • Обрезь пленок, литников, бракованные изделия.
  • Несоответствующая спецификациям гранула.
• Формы поставки:
  • Флекс: Измельченные и отмытые хлопья пластика.
  • Агломерат: Спекшиеся под нагревом частицы пластика.
  • Гранулят: Однородные гранулы, полученные после экструзии и грануляции флекса или агломерата.
• Типы ПЭ: Тестируется конкретный тип переработанного полиэтилена:
  • ПЭВД / ПЭНП (Полиэтилен высокого давления / низкой плотности, LDPE)
  • ПЭСД / ПЭСП (Полиэтилен среднего давления, иногда MDPE)
  • ПЭНД / ПЭВП (Полиэтилен низкого давления / высокой плотности, HDPE)
  • Смеси ПЭ разных типов (требуют особого внимания при тестировании).
  • Сополимеры этилена (LLDPE, mLLDPE).

2. Область испытаний

Тестирование переработанного ПЭ охватывает широкий спектр характеристик, необходимых для оценки его пригодности и прогнозирования поведения в конечном изделии. Ключевые области включают:

• Механические свойства: Определение прочности на растяжение, удлинения при разрыве, модуля упругости, ударной вязкости, твердости. Показывают, как материал будет сопротивляться нагрузкам.
• Реологические свойства: Измерение индекса расплава (ИР, MFI), вязкости расплава. Критически важны для оценки текучести при переработке (экструзия, литье под давлением).
• Термические свойства: Определение температуры плавления, температуры начала кристаллизации, степени кристалличности (ДСК), температуры тепловой деформации под нагрузкой (HDT/Vicat). Характеризуют поведение материала при нагреве и охлаждении.
• Физико-химические свойства:
  • Плотность.
  • Содержание влаги (особенно важно перед переработкой).
  • Содержание летучих веществ.
  • Зольность (показатель количества минеральных примесей).
• Состав и чистота:
  • Идентификация типа полимера (ИК-спектроскопия).
  • Определение содержания не-ПЭ примесей (другие пластики, бумага, металлы).
  • Определение содержания гомополимера ПЭ в смесях.
• Старение и стабильность:
  • Оксидативная индукционная время (ОИТ) – оценка устойчивости к окислению.
  • Ускоренные климатические испытания (УФ, тепло, влага).
• Специфические для применения свойства:
  • Барьерные свойства (для упаковки).
  • Миграция компонентов (особенно для контакта с пищевыми продуктами или чувствительными веществами).
  • Электрические свойства (для изоляции).
  • Цвет и внешний вид.

3. Методы испытаний

Испытания проводятся по стандартизированным методикам, преимущественно международным или национальным стандартам. Основные методы включают:

• Механические испытания:
  • Растяжение: ГОСТ ISO 527 (определение прочности при растяжении, удлинения, модуля Юнга).
  • Изгиб: ГОСТ ISO 178 (определение модуля упругости при изгибе и прочности при изгибе).
  • Ударная вязкость по Шарпи/Изоду: ГОСТ ISO 179 (определение сопротивления ударным нагрузкам с надрезом и без).
  • Твердость по Шору: ГОСТ ISO 868 (оценка сопротивления вдавливанию).
• Реологические испытания:
  • Индекс расплава (ИР, MFI): ГОСТ ISO 1133 (измерение скорости течения расплава через капилляр под заданной нагрузкой при определенной температуре). Крайне важный тест для переработанного ПЭ.
• Термические испытания:
  • Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК): ГОСТ 34122 (определение температур плавления и кристаллизации, степени кристалличности).
  • Теплота сгорания / Калориметрия: ГОСТ Р 54247 (косвенная оценка состава, определение теплотворной способности).
  • Температура тепловой деформации (HDT/Vicat): ГОСТ ISO 75 / ГОСТ 15088 (определение температуры, при которой материал деформируется под нагрузкой).
• Физико-химические испытания:
  • Плотность: ГОСТ 15139 (градиентная колонна или метод погружения).
  • Содержание влаги: ГОСТ 24643 (метод высушивания или Карла Фишера).
  • Зольность: ГОСТ 26126 (прокаливание образца).
• Идентификация и чистота:
  • Инфракрасная спектроскопия (ИК-Фурье): ГОСТ 32338 / ГОСТ 33475 (идентификация основных полимеров и некоторых примесей).
  • Селективное растворение: Методы, основанные на различной растворимости полимеров в специфических растворителях.
  • Пиропроба (Тест на горение): Качественная оценка типа полимера.
• Оценка стабильности:
  • Оксидативная индукционная время (ОИТ): ГОСТ Р 57386 (ДСК-метод определения времени до начала экзотермического окисления).
  • Ускоренное климатическое старение: ГОСТ 9.707 (испытания в камерах УФ излучения, влаги и тепла).

4. Испытательное оборудование

Для проведения перечисленных испытаний используется специализированное оборудование:

• Универсальные испытательные машины: Для механических испытаний на растяжение, изгиб, сжатие. Оснащены силоизмерительными датчиками и системами регистрации деформации.
• Приборы для измерения ударной вязкости (копры): Маятниковые копры Шарпи/Изода для испытания образцов с надрезом и без.
• Дурометры: Для измерения твердости по Шору (шкалы А, D).
• Приборы для определения индекса расплава (пластометры): Автоматические или ручные приборы, точно контролирующие температуру и нагрузку.
• Дифференциальные сканирующие калориметры (ДСК): Для анализа термических свойств.
• Реометры: Капиллярные или ротационные для углубленного изучения реологии расплава (вязкости, вязкоупругих свойств).
• Приборы для определения температуры тепловой деформации (HDT/Vicat): Специализированные установки с термостатируемой ванной или камерой.
• Аналитические весы: Высокоточные весы для взвешивания образцов при определении плотности, влаги, зольности.
• Сушильные шкафы: Для подготовки образцов и определения влаги.
• Муфельные печи: Для определения зольности.
• Инфракрасные Фурье-спектрометры (ИК-ФТИР): Для идентификации полимеров и анализа химического состава.
• Камеры искусственного климата: Камеры УФ-старения, солевого тумана, термостаты для ускоренных испытаний на старение и стабильность.
• Оборудование для пробоподготовки: Прессы для изготовления пластин, микротомы для вырезки образцов, дробилки, мельницы.

Заключение
Тестирование переработанного полиэтилена – сложный, но абсолютно необходимый процесс. Он требует четкого понимания происхождения сырья, применения стандартизированных методов испытаний на соответствующем оборудовании и интерпретации результатов с учетом специфики вторичного материала. Только всесторонняя оценка позволяет гарантировать качество рециклата, прогнозировать его поведение в процессе переработки и обеспечивать требуемые характеристики конечного продукта. Это основа для построения устойчивой и эффективной цепи переработки ПЭ, способствующей снижению экологической нагрузки и рациональному использованию ресурсов. Важно помнить, что свойства переработанного ПЭ могут значительно варьироваться от партии к партии, что подчеркивает важность регулярного и систематического контроля качества.