Выбор технологических параметров переработки полимерных отходов и областей использования получаемых из них изделий обусловлен их физико-химическими, механическими и технологическими свойствами, которые в значительной степени отличаются от тех же характеристик первичного полимера. К основным особенностям вторичных полимеров, на примере вторичного полиэтилена низкой плотности (ВПЭНП), которые определяют специфику его переработки, следует отнести: низкую насыпную плотность; особенности реологического поведения расплава, обусловленные высоким содержанием геля; повышенную химическую активность вследствие изменений структуры, происходящих при переработке первичного полимера и эксплуатации полученных из него изделий. Кроме того, вторичные полимеры характеризуются резким снижением разрушающего напряжения и особенно относительного удлинения, морозостойкости и теплостойкости при сравнительно низких напряжениях сдвига, а также текучести расплава вследствие образования гель-фракции. Показатели физико-механических свойств ВПЭНП, полученного из отходов сельскохозяйственной пленки с различным содержанием сшитых фрагментов, приведены в табл. 2 (данные ХСКТБ «Машприборпластик»).
Аналитическим и практическими методами апробирования вторичной переработки установлено, что физико-механические свойства полиэтиленовой пленки, отслужившей один-два сезона для укрытия парников, после повторного регранулирования (рециклинга) почти полностью восстанавливается.
Таблица 2.1 – Показатели физико-механических свойств ВПЭНП
| Номер партии | Содержа-ние нераст-воримой фракции, % | Стой-кость к растрес-киванию, ч | Разрушаю-щее напря-жение при растяжении, МПА | Относи-тельное удлинение при раз-рыве, % | Морозо-стойкость, оС | Показатель текучести расплава, г/10 мин |
| - | 10,5 | - 20 | 0,34 | |||
| 10,0 | - 30 | 0,03 | ||||
| 10,8 | - 40 | 0,23 | ||||
| - | 12,0 | - 30 | 0,1 | |||
| 10,2 | - 60 | 0,36 | ||||
| ПЭНП марки 10803-020 | 16,0 | 600-800 | - 70 | 2,0 |
Опытно-аналитическими методами показано, что предшествующее вторичной переработке ультрафиолетовое облучение усиливает чувстви-тельность полимерной пленки к последующему фотоокислению гораздо сильнее, чем одна повторная переработка.
Старение (деструкция) вторичных полимеров развивается по тем же законам, что и деструкция первичных полимеров, но имеет свою специфику.
В настоящее время установлено, что механизм старения всех промышленных термопластов (ПП, ПЭ, ПС и ПВХ) имеет много общего, но есть и специфические отличия. Общим для них является то, что в процессе старения происходит локализованный разрыв полимерных цепей, при этом окислению, как правило, в большей мере подвергаются аморфные области.
Данные об изменении физико-механических характеристик первичного и вторичного ПЭНП при атмосферном старении представлены в таблице 2.2 (данные ХСКТБ «Машприборпластик»). Из данных, приведенных в таблице, видно, что характер изменения физико-механических характеристик для ПЭНП и ВПЭНП неодинаков: у первичного полимера наблюдается монотонное снижение и прочности и относительного удлинения, которые составляют 30 и 70 % соответственно после старения в течение 5 месяцев. Для ВПЭНП характер изменения этих показателей несколько отличается: разрушающее напряжение практически не изменяется, а относительное удлинение уменьшается на 90 %.
Таблица 2.2 – Изменение физико-механических свойств полиэтилена в процессе атмосферного старения
| Продолжительность старения, мес. | ПЭНП | ВПЭНП | ||
| σр, МПа | ε, % | σр, МПа | ε, % | |
| Исходный образец | 13,0 | 10,5 | ||
| 0,5 | 13,2 | 10,0 | ||
| 1,0 | 13,0 | 10,5 | ||
| 1,5 | - | - | 10,3 | |
| 2,0 | 12,6 | 11,5 | ||
| 3,0 | 10,0 | 11,5 | ||
| 4,0 | 9,1 | 10,6 | ||
| 5,0 | 8,8 | - | - |
Необходимо отметить, что на физико-механические показатели значительное влияние оказывают климатические условия эксплуатации первичного материала и изделий: так, пленки из ПЭ, эксплуатировавшиеся в южных районах, обладают более низким качеством по сравнению с сырьем из центральных и северных регионов Украины.
Характерной особенностью реологических свойств ВПЭНП является то, что его текучесть увеличивается с повышением температуры переработки: при повышении температуры со 160 до 270 оС показатель текучести расплава при нагрузке 2,16 кН увеличивается с 0,02 до 0,19 г/10 мин, т.е. примерно в 10 раз. Показатель текучести расплава первичного полимера, содержащего такое же количество гель-фракции, как и вторичный, при повышении температуры переработки в таком же интервале практически не меняется (рис. 2.1).
Ввиду того, что физико-механические показатели ВПЭ ниже, чем у первичного, уровень равновесных напряжений во вторичном полимере может изменяться.
Рисунок 2.1. Зависимость физико-механических характеристик (1 – содержание гель-фракции; 2 – ПТР; 3 – относительное удлинение при разрыве; 4 – прочность при растяжении) от продолжительности переработки (τ) при одноразовой переработке и числа циклов (один цикл – 5 мин) при многократной переработке (п).
В процессе вторичной переработки в полимере протекают дополнительно механохимические и термоокислительные процессы, и изменение его свойств зависит от кратности переработки.
При исследовании влияния кратности переработки на свойства полу-чаемых изделий показано, что 3–5-кратная переработка оказывает незначи-тельное влияние. Заметное снижение прочности начинается при 5–10-кратной переработке.
Из всего сказанного выше следует, что вторичное полиэтиленовое сырье, полученное из отходов сельскохозяйственной пленки, следует подвергать модификации с целью улучшения качества и повышения срока службы изделий из него.