A Consolidated Approach for Analytical Testing of Recycled Industrial Plastics

Význam tématu

Recyklace průmyslových plastů, zejména technických polymerů jako polyamid (PA), je klíčová pro dosažení cirkulární ekonomiky a snížení emisí CO₂ v automobilovém průmyslu. Polyamidy nahrazují těžší kovy v kritických dílech, přičemž recyklace pomáhá omezit odpad a spotřebu surovin bez kompromisů na bezpečnosti a výkonu.

Cíle a přehled studie

Cílem případové studie bylo zhodnotit vliv podílu regrindu PA na vlastnosti materiálu a finálních ozubených kol formovaných vstřikováním. Testovala se směs 0–100 % virgin a recyklovaných pelet v rámci bezpečnostně kritického komponentu řízení vozu.

Použitá metodika a instrumentace

• Thermogravimetrická analýza (TGA)
• Diferenciální skenovací kalorimetrie (DSC) a modulovaná DSC (MDSC)
• Size-exclusion chromatography/Gel permeation chromatography (APC s HFIP jako mobilní fázi)
• Pyrolyzní GC-APGC-HRMS s vysokorozlišovacím Time-of-Flight MS
• Statistická analýza dat (PCA, S-Plot) v softwaru UNIFI

Hlavní výsledky a diskuse

• TGA ukázala, že 100 % recyklátu vykazuje nižší tepelnou stabilitu – teplota maximální rychlosti rozkladu je o 10–20 °C nižší než u virgin materiálu.
• DSC prokázala obdobné teploty tání a stupeň krystalinity, avšak vzrůstající entalpická relaxace (křehnutí) s vyšším podílem regrindu.
• MDSC umožnila kvantifikaci entalpické relaxace korelující s obsahem recyklátu.
• APC-GPC odhalila pokles hlavní molekulové hmotnosti MP z 126 kDa (0 % RG) na 97 kDa (100 % RG) a nárůst rozptýlení molekulových hmotností.
• Py-APGC-HRMS v kombinaci s PCA a S-Plot oddělila chemické otisky virgin a recyklovaných vzorků a umožnila identifikaci charakteristických markerů (např. N-vinylkaprolaktam).

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a robustní analýza kvality regranulátů i hotových dílů.
• Sledování degradace polymerních řetězců a optimalizace obsahu recyklátu.
• Podpora vývoje bezpečných a udržitelných automobilových komponent.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozvoj cílených pyrolyzačních markerů pro různé polymerní materiály.
• Integrace umělé inteligence a strojového učení pro rychlejší hodnocení dat.
• Standardizace testovacích protokolů a legislativní rámcov pro recyklované plasty.

Závěr

Kombinovaný analytický přístup spojující TGA, DSC/MDSC, APC-GPC a py-APGC-HRMS poskytuje komplexní pohled na strukturu a vlastnosti virgin i recyklovaných polyamidových materiálů. Tento workflow podporuje širší nasazení recyklovaných plastů v bezpečnostně kritických aplikacích automobilového průmyslu a přispívá k udržitelné výrobě bez kompromisů na kvalitě.

Reference

1. Recycling International, 2012. Study proves green potential of recycled polyamide.
2. EuRIC Position Paper, 2021. Revision of the ELV and 3R type approval Directives.
3. Rethmann C., 2022. Evaluation of polymer recycling for safety-relevant components, FH Osnabrück.
4. TA Instruments Application Note TA454, 2018. Nonisothermal Crystallization Kinetics.
5. Wudy K., Drummer D., 2018. Aging effects of PA12 in SLS: Molecular weight distribution and thermal properties.
6. Nasa J.L. et al., 2020. Plastics in Heritage Science: Analytical Pyrolysis Techniques Applied to Objects of Design, Molecules.
7. Stevens D.M. et al., 2012. Detection and Identification of Extractable Compounds from Polymers, Waters Application Note.