Аннотация: Стандарты GRI GM13 и GM17 категорически запрещают использование постпотребительского полиэтилена (PCR) при производстве геомембран. В настоящей статье рассматриваются причины этого запрета, опираясь на результаты исследований в области стабильности окисления (OIT), сопротивления медленному росту трещин (SCR), инженерных рисков и химического состава вторичных смол. Приводятся сравнительные данные, демонстрирующие деградацию свойств при введении PCR, и делается обоснованный вывод о невозможности его использования в ответственных инженерных конструкциях.
Введение
Современные полиэтиленовые геомембраны применяются в инженерных барьерных системах, таких как полигоны твёрдых бытовых отходов, хвостохранилища и резервуары. Их надёжность определяется стабильностью физико-химических свойств в течение десятилетий. Именно поэтому международные стандарты — GRI GM13 (для HDPE) и GRI GM17 (для LLDPE) — устанавливают жёсткие требования к сырью. Среди них — прямой запрет на добавление постпотребительского вторичного полиэтилена (PCR) в состав сырья:
“No post-consumer resin (PCR) of any type shall be added to the formulation.”
— GRI GM13 Rev. 18, April 2024, Section 6.1.1
Что делает PCR столь неприемлемым для геомембран? Ответ кроется в его неоднородности, склонности к деградации и негативном влиянии на ключевые свойства, определяющие срок службы материала.
Состав и нестабильность PCR
PCR представляет собой переработанный полиэтилен, собранный из потребительских отходов: упаковки, плёнки, бутылок. Его основная проблема — непредсказуемость состава. В отличие от первичного (Virgin) или производственного вторичного полиэтилена (PIR), PCR содержит:
- остатки других полимеров (PP, PET),
- наполнители, пигменты, клей,
- следы органики и загрязнений.
По данным Koerner & Hsuan, GSI, такая смесь обладает широким разбросом молекулярной массы, различной кристалличностью и нестабильным поведением при сварке и длительной нагрузке [1].
Влияние PCR на OIT
Oxidative Induction Time (OIT) — время окислительной индукции, параметр, характеризующий устойчивость полиэтилена к окислительной деградации. Согласно GRI GM13, минимальное значение OIT составляет 100 мин, а High-Pressure OIT (HP-OIT) — время окислительной индукции при высоком давлении, 400 мин.
Исследования [NCHRP Report 714, Appendix B] показали, что добавление незначительного количества (5-10%) PCR приводит к снижению OIT до менее 50 мин, даже при наличии антиоксидантов [2]. Причины:
- повторное термоокислительное старение сырья,
- присутствие примесей-катализаторов (например, металлические остатки),
- разрыв цепей макромолекул при переработке [3].
“Even minor PCR additions (5–10%) reduce the OIT below acceptable thresholds.”
— NCHRP, 2012
PCR и сопротивление медленному росту трещин (SCR)
Одним из самых критичных свойств HDPE-геомембран является способность противостоять медленно развивающимся трещинам. Это определяется методом NCTL (ASTM D5397) и должно составлять не менее 500 часов до разрушения.
По данным [Grace Hsuan et al., Drexel University, 2010], включение PCR в состав HDPE уменьшает сопротивление растрескиванию до менее 100 ч, что классифицируется как хрупкое разрушение [4]. Основные причины:
- снижение молекулярной массы,
- увеличение числа дефектов (включений),
- ухудшение межцепьевых взаимодействий.
“PCR compromises the entanglement density needed to resist SCG (slow crack growth).”
— Hsuan, GSI White Paper #6
Инженерные риски
Геомембраны из PCR потенциально:
- имеют непредсказуемый срок службы;
- быстрее деградируют под воздействием температуры, УФ, химикатов;
- теряют прочность сварных швов;
- демонстрируют ухудшение герметичности швов .
Использование таких материалов может привести к утечкам токсичных веществ, загрязнению подземных вод и нарушению экологических регламентов. Поэтому GRI, а также большинство спецификаций заказчиков (например, US EPA 40 CFR Part 258) запрещают PCR.
PIR как альтернатива
Важно различать PCR и PIR. Post-industrial resin — это технологические обрезки и отходы собственного производства, обладающие известными характеристиками. Такие материалы при строгом контроле могут быть допустимы в составе геомембран, если не влияют на ключевые свойства.
Заключение
Запрет PCR в GRI GM13 и GM17 — это не «предосторожность», а результат глубоких научных исследований и практики применения. Включение PCR:
- существенно снижает OIT и SCR;
- нарушает консистенцию материала;
- повышает риски отказа систем.
Для надёжных инженерных барьерных решений использование PCR неприемлемо.
Список источников
- Koerner, R. M. & Hsuan, G. Y. (2003). Lifetime Prediction of Geosynthetics, GSI White Paper #6.
- National Cooperative Highway Research Program (NCHRP). (2012). Use of Recycled Plastics in Highway Infrastructure, Report 714, Appendix B.
- TA Instruments. (2009). Oxidative Induction Time Testing in Polymers. Application Note.
- Hsuan, G. Y., Koerner, R. M., & Lord, A. E. Jr. (2010). Stress Crack Resistance in HDPE Geomembranes Containing Recycled Resins. Drexel University/GSI Report.
- ASTM D5397-20. Standard Test Method for Evaluation of Stress Crack Resistance of Polyolefin Geomembranes Using Notched Constant Tensile Load Test.
- GRI GM13 Rev. 18 (2024). Test Methods, Properties and Frequencies for High Density Polyethylene (HDPE) Smooth and Textured Geomembranes.
- GRI GM17 Rev. 10 (2024). Test Methods, Properties and Frequencies for Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) Smooth and Textured Geomembranes.
- Solmax Technical Bulletin (2021). Geomembrane Longevity and Resin Selection.
- Layfield Group. (2020). Material Selection in Geomembrane Applications.