Obecnie tylko 16% produkowanych tworzyw sztucznych jest poddawanych recyklingowi. Spowodowane jest to najczęściej aspektem ekonomicznym. W większości przypadków taniej jest wyprodukować nowy surowiec niż poddać recyklingowi zużyty. Wiele tworzyw sztucznych zawiera dodatki lub jest mieszanką różnych polimerów co sprawia, że trudniej je poddać recyklingowi. Materiał używany do recyklingu mógł być wystawiony na różne warunki, które mogą wpływać na jego właściwości w przeciwieństwie do świeżo wyprodukowanego surowca.
Niemniej, z roku na rok coraz więcej tworzyw sztucznych poddawanych jest recyklingowi. Znaczącą rolę w recyklingu tworzyw sztucznych odgrywa analiza termiczna. Poddając materiały badaniom termicznym w łatwy i szybki sposób możemy określić skład i właściwości tworzywa sztucznego, a później zdecydować czy poddać je recyklingowi czy nie.
W cyklu życiowym plastików, analiza termiczna jest używana w 3 głównych obszarach:
1. Badanie surowców. Analiza termiczna pozwala określić z jakim typem polimeru mamy do czynienia. Czy jest to PET czy HDPE? Jaka jest jego czystość? Jakie jest stężenie danych komponentów w mieszance polimerowej?
2. Badanie produktu końcowego. Analiza Termiczna pozwoli nam określić czy tworzywo spełnia sztywno ustalone normy.
3. R&D nowych produktów. Podczas badań nad rozwojem nowych materiałów, analiza termiczna pomoże w pełni je scharakteryzować. Dzięki temu możemy znaleźć odpowiednie dodatki, które pomogą uzyskać dane właściwości termiczne i zapobiegną niechcianym przemianom. W fazie rozwoju nowych produktów, korzystając z metod analizy termicznej możemy scharakteryzować materiał i określić jakie dodatki są potrzebne w celu uzyskania pożądanych właściwości.
Zastosowanie analizy termicznej w badaniu tworzyw sztucznych
Przykładem wykorzystania analizy termicznej a będąc bardziej precyzyjnym: termograwimetrii, jest sprawdzenie stabilności materiału poddanego recyklingowi. Wykorzystując analizator Hitachi NEXTA STA200 wykonano badanie trzech typów PET: kolejno 90%, 60%, 0% zawartości PET pochodzącego z recyklingu - rysunek poniżej.
Rys. 1. Pomiar termograwimetryczny próbek zawierających PET za pomocą instrumentu NEXTA STA200.
Na podstawie wyników badań możemy określić, czy materiał będzie stabilny podczas użytkowania w wysokiej temperaturze lub czy wytrzyma procesy produkcyjne. W przypadku badania termograwimetrycznego badamy ubytek masy próbki badanej. Możemy zaobserwować, że przebieg krzywych o zawartości recyklatu 0% i 60% nieznacznie się różni. Natomiast próbka o zawartości recyklatu 90% zaczyna degradować (tracić masę) w niższej temperaturze niż dwie wyżej wymienione.
Rys. 2. Jednoczesny analizator termograwimetryczny (STA): NEXTA STA200. Przykładowy pomiar z wykorzystaniem systemu RealView™ (wykonane w trakcie pomiaru wysokorozdzielcze zdjęcia są przypisywane do danej temperatury i czasu).
Kolejnym przykładem wykorzystania analizy termicznej w recyklingu jest badanie DSC, które umożliwia nam identyfikację materiału na podstawie charakterystycznych przemian jak topnienie lub przejście szkliste. Dodatkowo pozwala wykryć bardzo małe zanieczyszczenia w próbce, które mogą wpływać na właściwości materiału.
Aby zobrazować zdolność do wykrywania małych ilości zanieczyszczeń wykonano badanie polimeru HDPE z 0,5% zawartością PP na niezwykle czułym analizatorze NEXTA DSC600. Te dwa polimery mają różne temperatury topnienia, więc łatwo możemy zaobserwować pik topnienia PP. Na wykresie widzimy zależność przepływu ciepła od temperatury. Przy około 130°C obserwujemy pik topnienia, który pochodzi od przemiany endotermicznej - wymagającej ciepła. Gdyby zachodziła jakaś przemiana egzotermiczna pik byłby odwrócony w stronę dodatnich wartości przepływu ciepła, gdyż w obu przypadkach pomiar porównujemy z próbką referencyjną, w której nie występują żadne przemiany. Na wykresie po przybliżeniu możemy zaobserwować również pik topnienia dla polipropylenu w temp. około 160°C, którego zawartość w próbce wynosi tylko 0,5%.
Rys. 3. Analiza termiczna polimeru HDPE z 0,5% zawartością PP z wykorzystaniem analizatora NEXTA DSC600.
Rys. 4. Skaningowy kalorymetr różnicowy NEXTA DSC600.
Podsumowanie
Podsumowując, instrumenty do analizy termicznej odgrywają bardzo ważną rolę w recyklingu tworzyw sztucznych. Analiza termiczna umożliwia nam na identyfikację surowców i ich zanieczyszczeń na początkowym etapie przetwarzania, a później zbadanie produktów końcowych. Pozwala sprawdzić czy produkty spełniają przyjęte normy. Jest to szczególnie istotne w działach R&D, gdzie podczas opracowywania nowych materiałów możemy sprawdzić jaki wpływ na jego właściwości ma zawartość surowca pochodzącego z recyklingu. Instrumenty analizy termicznej są nieodzownym elementem nowoczesnego laboratorium.
Urządzenie może zostać wyposażone w system RealView™, który umożliwia obserwację próbki na żywo wewnątrz pieca. System ten zbiera wysokorozdzielcze zdjęcia i przypisuje je do danej temperatury i czasu. Pozwala to na dokładne zbadanie jak dany materiał zachowuje się w trakcie pomiaru i zaobserwowanie efektów, których w standardowym pomiarze moglibyśmy nie zauważyć na wykresie.
Na zakończenie, jeśli są Państwo zainteresowani w pełni wykorzystaniem potencjału analizy termicznej w procesie recyklingu tworzyw sztucznych i poszukują Państwo niezawodnych, precyzyjnych rozwiązań, serdecznie zapraszamy do kontaktu z naszą firmą:
