Reciclarea polimerilor
Reciclarea polimeri omogeni - o sarcină relativ simplă în cazul în care structura lor este păstrată și nu în timpul fabricării, sau în timpul utilizării inițiale a fost nici o degradare semnificativă (vezi de exemplu [1].). Desigur, procesul de degradare, care poate fi o consecință a modificărilor structurale și morfologice induse prin descreșterea greutății moleculare, formarea ramurilor, alte grupe chimice și m. P. conduce la o deteriorare semnificativă a proprietăților fizice. În cazul în care materialele secundare care rețin proprietățile lor, pot fi utilizate în aceleași aplicații ca polimerii primari, materialele secundare cu proprietăți reduse cel puțin pot fi utilizate numai în anumite aplicații. De aceea, în timpul reciclării mecanice a polimerilor omogeni, provocarea este de a preveni degradarea în continuare în timpul procesului, care este de a evita înrăutățirea proprietăților materialelor finale. Acest lucru se poate realiza alegerea corecta a echipamentelor de prelucrare, condițiile de prelucrare (vezi cap. 4 și 8), precum și introducerea stabilizatorilor (vezi cap. 3 și 7).
În acest capitol considerăm legătura dintre proprietățile polimerilor omogene, cu condițiile prelucrării acestora (în ordinea în care proprietățile polimerilor modificați odată cu creșterea numărului de etape de prelucrare), precum și tipul de mașini utilizate; În plus, examinăm dependența proprietăților structurii originale.
Reciclarea de poliolefine și PVC
Reciclarea mecanică a poliolefine este un domeniu foarte important al reciclării industriei. Desigur, marfa în vrac este necesar să se poliolefine și, prin urmare, un număr mare de produse din poliolefine și ușurința lor relativă de colectare a face o reciclare simplă și economică. Ca și în cazul altor polimeri, precum și proprietățile finale ale valorii economice poliolefina depinde de gradul de degradare în timpul utilizării inițiale și condițiile de reciclare. Mai mult decât atât, structura chimică a poliolefine este foarte importantă pentru proprietățile de formare a polimerului reciclat.
Diferite tipuri structurale de polietilenă comercială (PE) afectează puternic comportamentul acestor materiale atunci când reciclarea. Desigur, razvet-vlennost (scurt sau lung lanț) afectează cinetica de degradare, și așa asupra proprietăților finale ale materialului reciclat care a trecut prin mai multe etape de prelucrare. Acest comportament este de o importanță deosebită pentru acele materiale plastice care sunt expuse nu numai la degradarea termomecanic în timpul prelucrării, dar și alte influențe distructive asupra utilizării ulterioare. Foto-oxidare și a altor tipuri de degradare cauza o varietate de modificări structurale și morfologice, în funcție de structura PE.
Reciclarea PE discutată în mai multe monografii [2-5] și într-un număr de lucrări [6-19].
Proprietățile de corelare / etapele de procesare vor fi discutate, de exemplu, de diferite tipuri de polietilenă comerciale și diverse tipuri de degradare experimentate de material în timpul utilizării.
Polietilenă de înaltă densitate
Principala sursă de polietilenă de înaltă densitate recuperată (HDPE) sunt containere pentru lichide și film de ambalare; În plus, creșterea volumului de containere reciclabile din carburant a vehiculului. În toate cazurile, greutatea moleculară a produselor second-hand din HDPE rămâne foarte ridicată, deoarece distrugerea experimentată de acest tip de material, pentru utilizare pe termen scurt este neglijabil. Această din urmă împrejurare a sugerat că proprietățile materialelor reciclate sunt similare cu cele ale polimerului original. Tabel. 5.1 prezintă o comparație a probelor HDPE obținute din sticle reciclate și din polimerul original. Se vede clar că cele mai multe dintre proprietățile sunt foarte apropiate. După cum sa menționat mai sus, rezultatul utilizării pe termen scurt a sticlelor și lipsa de degradare substanțială, cu toate că unele schimbări structurale au avut loc, eventual, în timpul reciclării; acest lucru este indicat prin extinderea distribuției maselor moleculare. In plus, in mod semnificativ diferit modul de elasticitate și alungire la rupere și material reciclat ceva mai mare rezistență la tracțiune.
Aceste diferențe pot fi rezultatul unor mici schimbări în structura și morfologia. În special, în timpul prelucrării PE se topesc pot avea loc în lacrimi lanțuri (cu scăderea greutății moleculare) și ramificarea (creșterea greutății moleculare), față de care reacția de reticulare greu determinată prin măsurarea greutății moleculare, și se pot schimba proprietățile finale ale materialului reciclat.
polimeri reciclați testat, cel puțin două sau trei cicluri de tratament, și în fiecare dintre ele se topește produce degradarea suplimentară a materialului. În plus, creșterea cantității de polimeri reciclate și utilizarea amestecurilor de materiale reciclate și virgine (vezi cap. 6) conduce la faptul că un procent semnificativ din materiale plastice reciclate recuperate din nou și din nou. Acest lucru înseamnă că proprietățile de mai multe materiale plastice reciclate sunt în continuă schimbare, cu o creștere a numărului de cicluri de prelucrare în direcția de deteriorare a acestora. De exemplu, în tabelul. 5.2 prezintă modificările anumitor proprietăți ale eșantionului HDPE (combustibil canistră) după 15 cicluri de reciclare de turnare prin injecție.
Se vede clar că modificările proprietăților mecanice sunt relativ mici, deși viteza de curgere a topiturii este redus semnificativ. Această din urmă împrejurare poate fi explicată prin puternica dependență a viscozității asupra greutății moleculare și înseamnă că prelucrabilitatea schimbat semnificativ.
Rezultatul arată clar că proprietățile HDPE recuperate depind nu numai proprietățile produselor reciclate, dar, de asemenea, de natura și numărul ciclurilor de prelucrare. Mai mult, deoarece proprietățile topiturilor, determinarea prelucrabilității polimerului și proprietățile materialului solid într-o anumită măsură, afectează reciclarea
Astfel, este necesar să se cunoască relația dintre proprietățile și ciclurile de procesare pentru a fi în măsură să ofere un anumit grad de caracteristici probabile ale materialelor plastice reciclate și, prin urmare, disponibile pentru a defini domeniul de aplicare al acestor materiale. Desigur proprietățile finale vor depinde nu numai de numărul de cicluri de procesare, dar, de asemenea, proprietățile materialelor recuperate, natura procesului și condițiile sale.
Fig. 5.1 arată curbele de curgere a eșantionului HDPE (canistră). Datele se referă la eșantionul care a trecut printr-un număr de cicluri de procesare pe extruder cu un singur șurub. Vâscozitatea scade odată cu creșterea numărului de cicluri de reciclare în întreaga gamă de viteze de forfecare. Acest lucru înseamnă că, dacă re-extrusions subliniază termomecanice care acționează asupra topiturii pentru a provoca o anumită degradare a polimerului. Această schemă simplă, dar este contrar celui observat pentru aceeași probă trece prin extruder cu șnec dublu (fig. 5.2). În acest caz, situația este n-cat de mult mai dificilă, deoarece o ușoară scădere a viscozității are loc numai la viteze mari de forfecare și la viteze reduse, un efect invers al stresului termomecanice drept cauza discontinuități lanțurile și creșterea moleculare în principal datorită formării de ramuri cu lanț lung și reticulare [6, 11-15]. Structura moleculara finală depinde de contribuția relativă a acestor două procese. În special, o creștere a temperaturii și timpului de procesare (într-un extruder cu un singur șurub) este favorabil pentru ruperea lanțurilor, rezultând într-un final scade viscozitatea topiturii. Mai mult decât atât, natura concurenței între două mecanisme pot modifica atunci când un exces de oxigen în timpul prelucrării [13] sau în funcție de structura moleculară a probei HDPE [12, 13] De exemplu, sa demonstrat că ridicat
Conținutul de grupe vinii duce la o creștere semnificativă a viscozității topiturii - reducerea greutății moleculare - și ramificări cu lanț lung [13]. Vlachopulos și colab. [12] a constatat că discontinuitățile dominante lanțurile din copolimeri (care este prezentat în ramificare cu lanț), în timp ce reticulare este principalul mecanism de degradare în homopolimeri. Creșterea presiunii de extrudare ca numărul de cicluri de procesare pentru ultima probă, și o picătură în proba de copolimer apar datorită creșterii și scăderea greutății moleculare, așa cum a confirmat aceste mecanisme. Acest lucru înseamnă că este foarte dificil de prezis schimbarea structurii HDPE reciclat și prin urmare proprietățile reologice și mecanice, deoarece acest material constă dintr-un homopolimer și copolimer rășini. În plus, homopolimerii poate conține o cantitate de grupări vinii. calitatea de extrudare a materialului obținut sticlele de reciclare testate în aceeași lucrare [12], de fapt, să nu depindă de trecerea prin extruder, indicând faptul că ambele mecanisme joacă același rol, și că materialul recuperat este, după cum deja Se presupune un amestec de copolimer și homopolimer HDPE.
Aceste date arată că tipul de mașină pentru condiții de reciclare și de prelucrare în mod semnificativ, și, uneori, o influență decisivă asupra proprietăților finale ale materialului secundar - în acest caz HDPE probă. Ca un exemplu, în Fig. 5.3 și 5.4 prezintă modulul de elasticitate și alungirea la rupere în funcție de numărul de treceri prin extruder. Proprietățile mecanice ale celor două probe au variat destul de diferit.
Curba modulului de elasticitate crește cu numărul de etape de prelucrare, în timp ce alungirea la comportamentul pauză prezintă o tendință opusă. Mai mult decât atât, curba modulului eșantionului, procesat într-un singur extruder șurub este mai mare decât cea a probei extrudat într-un extruder cu două șnecuri, dar amplitudinea alungire la rupere de mai jos. mutare neașteptată, în funcție de numărul de cicluri de procesare a modulului a fost atribuită creșterii cristalinității [11] la greutate moleculară mai mică. Același motiv pentru care determină o scădere a greutății moleculare, atrage după sine o scădere a alungirii la rupere. Mai multe creștere pronunțată a modulului și scăderea alungirea la rupere a probei prelucrate într-un extruder cu un singur șurub, reflectă faptul că degradarea mai semnificativă a topiturii în aparat. Acest lucru se datorează în principal o mai mare timpul de prelucrare.
Efectul structurii asupra proprietăților mecanice ale HDPE reciclat devine clar dacă ne uităm la amploarea rezistenței la fisurare la tensiune externă date în tabelul. 5.3. Datele se referă la probele de homopolimer și copolimer, precum și o probă de material folosit după 0 și 4 treceri printr-un singur extruder șurub.
Două mostre de bază prezintă o fractură de rezistență de deteriorare sub stres extern, dar care se încadrează proprietățile copolimerului după repetate de reciclare catastrofale. Crack valoarea rezistenței materialului reciclat după patru treceri prin extruder este redusă prin
20%, deși constă în principal din copolimer. O modificare substanțială a rezistenței la fisurare a copolimerului este aparent contrabalansată fracțiune îmbunătățit comportamentul homopolimer.
Aceste date arată clar influența structurii și naturii echipamentului de reciclare HDPE asupra proprietăților finale ale polimerului reciclat.
Cererea principală este fabricarea de containere din HDPE reciclat pentru lichide (printre care - sticla multistrat cu un strat interior din HDPE reconstituit), conducte de drenaj, granule și folii pentru pungi și saci pentru deșeuri.