Multifaceted Evaluation of Changes in Physical Properties of Recycled Plastics by Advanced Recycling Process and Influencing Microstructural Changes (Part 2): Example of Application to Simulated Degraded Polypropylene

Význam tématu

Recyklace polypropylenu (PP) představuje klíčovou výzvu pro udržitelnost v plastovém průmyslu. Pokročilé recyklační procesy umožňují obnovit mechanické vlastnosti materiálu a snížit ekologickou stopu. Multifaktoriální analýza mikrofyzikálních změn zajišťuje hlubší porozumění struktuře a výkonu recyklovaných plastů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo zhodnotit vliv nového pokročilého recyklačního postupu na mechanické a strukturální vlastnosti simulovaně degradovaného PP. Na základě dříve popsaného přístupu (část 1) byly provedeny tyto úpravy a následná multifaktoriální hodnocení:

• Statický a vysokorychlostní tahový test pro určení modulů pružnosti, mezního přetvoření a pracovního příkonu při lomu.
• Vyhodnocení mikrostruktury technikami mikrotvrdosti, DSC, SPM a FTIR.

Použitá metodika a instrumentace

Pro komplexní analýzu byly využity následující přístroje:

• Univerzální zkušební stroj AGX-V2 se snímačem TRViewX pro statické tahové testy.
• Vysokorychlostní tahový stroj HITS-TX pro měření energie lomu.
• DUH-210 Dynamic Ultra Micro Hardness Tester pro stanovení dynamické mikrotvrdosti.
• DSC-60 Plus pro měření teploty počátku krystalizace.
• SPM-Nanoa pro mapování adheze a orientace polymerních struktur v mikrorozměru.
• IRXross a AIRsight infračervený a Ramanův mikroskop s transmisní FTIR analýzou poměrem pásů 998 cm⁻¹ a 971 cm⁻¹.

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky potvrdily, že recyklace výrazně zvýšila natažení při lomu (ze ~570 % na ~602 %) a pracovní příkon při vysoké rychlosti testu. Současně došlo k poklesu modulu pružnosti (z ~1649 MPa na ~1612 MPa) a mikrotvrdosti (HIT z ~74 MPa na ~70 MPa). DSC odhalila snížení teploty počátku krystalizace (z 122,06 °C na 121,64 °C), což naznačuje zvýšené propletení makromolekul. FTIR ukázala vyšší podíl helikální struktury, zatímco SPM prokázala homogennější distribuci orientace v recyklovaném materiálu. Tyto výsledky podporují hypotézu o tvorbě mezivrstvy s více tzv. tie molekulami, která zvyšuje tvárnost a odolnost proti lomu.

Přínosy a praktické využití metody

Multifaktoriální přístup nabízí komplexní náhled na vliv recyklačních technologií na vlastnosti PP. Prakticky lze tuto metodiku využít pro optimalizaci procesů obnovy plastů, zajištění kvality materiálu v chemické a automobilové výrobě a pro vývoj nových recyklačních zařízení.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozvoj integrovaných inline diagnostických systémů pro monitorování propletení a krystalizace polymerů. Kombinace pokročilých instrumentálních technik s umělou inteligencí umožní rychlejší a přesnější optimalizaci recyklačních procesů. Další oblasti aplikace zahrnují recyklaci složitých polymerních směsí a bioplastů.

Závěr

Studie prokázala, že pokročilý recyklační proces významně zlepšuje mechanické vlastnosti simulovaně degradovaného PP díky zvýšení propletení makromolekul a tvorbě mezivrstvy s tie molekulami. Multifaktoriální vyhodnocení se ukázalo jako efektivní nástroj pro charakterizaci změn na mikro i makro úrovni.

Reference

• The Japan Institute of Energy: Present and future of waste plastics: plastic resource circulation in sustainable society, str. 147