Стабилизация производительности и качества вторичного полиэтилена высокой плотности

Ян Кервер | 15 июля 2021 г.

Разложение полиэтилена высокой плотности (HDPE) может стать серьезной проблемой для переработчиков. Хотя ПЭВП является одним из наиболее часто перерабатываемых пластиков и его можно отделить различными методами, на практике переработка этого полимера не является полностью эффективной. Ниже приведены способы корректировки обработки для решения проблемы снижения производительности и качества и удовлетворения высокого спроса на этот материал, глобальная рыночная стоимость которого в 2019 году составила 68 миллиардов долларов США1.

Тепло и сдвиг в процессе переработки полиэтилена высокой плотности могут усугубить любой существующий износ от предыдущего использования. Эта деградация может изменить структуру смолы за счет появления гелей и пятен, вызвать побочные реакции, которые изменяют цвет полимера, или вызвать изменения в текучести расплава — все это может отрицательно повлиять на производительность и качество вторсырья.

Загрязнения из потока рециркуляции, такие как кислотные соединения, также могут инициировать разложение, что делает их «способностями к разложению». Они могут присутствовать из-за остатков катализатора при производстве полимеров, вызывая побочные реакции, приводящие к образованию кислот, или они могут быть введены из потока рециркуляции. Кислоты разрушают структуру полимерных цепей ПЭВП и снижают эффективность антиоксидантов, если только в них не присутствует антацид.

Существует высокий глобальный спрос на материалы, переработанные после потребительской переработки (PCR), обусловленный обязательствами крупных брендов в области устойчивого развития и новыми правилами, поощряющими повторное использование пластмасс для поддержки безотходного производства. В частности, рынок вторичного полиэтилена высокой плотности естественного цвета расширился в 2020 году2, главным образом, благодаря растущему спросу со стороны компаний, производящих потребительские товары (CPG).

Для снабжения рынка переработчикам важно сохранять свойства бывшего в употреблении полиэтилена высокой плотности, включая цвет, в процессе его переработки. Одна из проверенных стратегий заключается в добавлении стабилизаторов к содержимому ПЦР до того, как он будет подвергнут тепловым и сдвиговым нагрузкам.

Химическая стабилизация содержимого ПЦР из ПЭВП позволяет:

Как стабилизаторы работают с HDPE

Производители смол строго контролируют структуру своих первичных материалов, чтобы обеспечить превосходную стабильность физических и визуальных свойств. Они часто добавляют базовый уровень смесей стабилизаторов, чтобы предотвратить влияние суровых условий процесса на эти свойства во время преобразования в конечный продукт.

Эти смеси стабилизаторов обычно состоят из нескольких компонентов, в том числе:

Если базовый уровень стабилизатора в ПЭВП достаточен только для ограниченного использования (переработка смолы) и исчерпан к моменту сбора конечного продукта для переработки, содержание ПЦР не будет защищено от разложения в суровых условиях переработки. Вот почему некоторые переработчики добавляют в расплав стабилизаторы при переработке лома в ПЦР-содержание. Они обнаружили, что стабилизация предлагает привлекательное соотношение выгод и затрат. Переработанный полиэтилен высокой плотности, который сохраняет свои первоначальные свойства, цвет и технологичность, часто может стоить дороже.

Количественная оценка стабилизации HDPE

Влияние стабилизаторов на переработанный полиэтилен высокой плотности можно определить путем тестирования времени окислительной индукции (OIT), текучести расплава и сохранения цвета.

Время окислительной индукции является мерой устойчивости полимера к окислительному разложению. Он показывает, насколько хорошо детали, изготовленные из этого материала, могут противостоять старению (например, растрескиванию, растрескиванию, ослаблению или разрушению) под воздействием элементов окружающей среды, включая тепло, кислород, свет и радиацию.

Тестирование на OIT характеризует термоокислительную стабильность полиолефинов, особенно полиэтилена (ПЭ). Это чувствительный показатель уровня антиоксидантных добавок в полимере. Стандарт ASTM D3895 определяет метод испытаний OIT с использованием дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC). Вкратце, это испытание на ускоренное термическое старение.

Во время этого испытания смола подвергается контролируемому нагреву выше точки плавления в атмосфере азота. После расплавления смола подвергается воздействию чистого кислорода, и запускается таймер, поскольку основной антиоксидант со временем расходуется. Когда первичный антиоксидант полностью израсходован, это обозначается изменением теплового потока и определяется время индукции. В целом, более длительное время OIT предполагает более высокий уровень стабилизации. На практике OIT является хорошим вариантом для быстрого испытания, когда тепловое старение нецелесообразно. Лучше всего использовать его вместе с тепловым старением, поскольку разные приложения могут иметь одинаковые результаты OIT, но разные результаты теплового старения. При переработке часто можно увидеть результаты OIT, близкие к нулю.