Ανακύκλωση βιομηχανικού και αστικού υπολείμματος πολυπροπυλενίου μέσω εκβολής αντιδρώντος συστήματος

Χριστίδης, Σάββας; Christidis, Savvas

dc.contributor.author	Χριστίδης, Σάββας	el
dc.contributor.author	Christidis, Savvas	en
dc.date.accessioned	2016-09-19T12:13:24Z
dc.date.available	2016-09-19T12:13:24Z
dc.date.issued	2016-09-19
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/43589
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12455
dc.rights	Default License
dc.subject	Πολυπροπυλένιο	el
dc.subject	Ανακύκλωση	el
dc.subject	Εκβολή αντιδρώντος συστήματος	el
dc.subject	Δείκτης ροής τήγματος	el
dc.subject	Παρά-βενζοκινόνη	el
dc.subject	Polypropylene	en
dc.subject	Recycling	en
dc.subject	Melt flow index (MFI)	el
dc.subject	Reactive extrusion	el
dc.subject	Para-benzoquinone (p-BQ)	el
dc.title	Ανακύκλωση βιομηχανικού και αστικού υπολείμματος πολυπροπυλενίου μέσω εκβολής αντιδρώντος συστήματος	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πλαστικά	el
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/d081219407370d9b5b4efde32c82866772453d3b
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-07-10
heal.abstract	Το πολυπροπυλένιο (PP) είναι ένα ημικρυσταλλικό πολυμερές με καλές φυσικές, μηχανικές και θερμικές ιδιότητες. Οι κυριότερες ιδιότητες του είναι μεγάλη ακαμψία, χαμηλή πυκνότητα υλικού και αντίσταση σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Προσφέρει επίσης καλή αντοχή σε κρούση, χημική αντίσταση, σκληρότητα υλικού, διαφάνεια για χρήση σε συσκευασία και ευκολία στην κατεργασία και στη μορφοποίησή του. Οι ιδιότητες αυτές το καθιστούν ιδιαίτερα σημαντικό πολυμερές καθώς βρίσκει εφαρμογές σε πολλούς τομείς. Το πολυπροπυλένιο χρησιμοποιείται ευρέως σε συσκευασίες τροφίμων, σε ιατρικές εφαρμογές, στην αυτοκινητοβιομηχανία αλλά και σε αντικείμενα γενικής χρήσης όπως σακούλες, μπουκάλια, πώματα, καρέκλες. Η συνεχώς, όμως, αυξανόμενη ζήτηση προϊόντων πολυπροπυλενίου οδηγεί σε αύξηση του όγκου των αντίστοιχων απορριμμάτων. Το γεγονός αυτό καθιστά αναγκαία την ανακύκλωση των πλαστικών αυτών απορριμμάτων και την αξιοποίησή τους για την παραγωγή προϊόντων υψηλής ποιότητας. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η συμπεριφορά του πολυπροπυλενίου για μεταβολή των ρεολογικών του ιδιοτήτων μέσω εκβολής αντιδρώντος συστήματος. Συγκεκριμένα επιδιώχθηκε η ανακύκλωση βιομηχανικού υπολείμματος PP από εφαρμογές παραγωγής φιλμ για την αξιοποίησή του όχι αποκλειστικά σε κλειστού κύκλου (closed-loop) εφαρμογές, αλλά και σε άλλου είδους μορφοποιήσεις του υλικού. Στην συνέχεια επιδιώχθηκε και η ανακύκλωση αστικού υπολείμματος PP από εφαρμογές έγχυσης, το οποίο παρουσίαζε σχετικά υψηλότερο αρχικό δείκτη ροής τήγματος(MFI) από το βιομηχανικό υπόλειμμα. Γενικά, η οξείδωση, που αποτελεί το πρόβλημα για την επαναχρησιμοποίηση του υλικού σε κλειστού τύπου εφαρμογές, εξελίσσεται μέσω επαναλαμβανόμενων, διαδοχικών αντιδράσεων, οι οποίες μπορούν να οδηγήσουν μέχρι την ολική υποβάθμιση της ποιότητας του πολυμερούς. Ένας γενικός μηχανισμός θερμοοξειδωτικής αποδόμησης, που ισχύει και στην περίπτωση του ΡΡ,είναι ηθερμομηχανική σχάση των πολυμερικών αλυσίδων, η οποία οφείλεται αποκλειστικά σε συνθήκες αποθήκευσης και διεργασίες μορφοποίησης, τόσο κατά το πρώτο όσο και κατά το δεύτερο κύκλο ζωής της ανακύκλωσης του υλικού. Η εφαρμογή της ανακύκλωσης εκβολής αντιδρώντος συστήματος περιλαμβάνει τήξη πολυμερούς σε εκβολέα παρουσία αντιδραστηρίων τα οποία έχουν σκοπό, μέσω των αντιδράσεών τους με τις πολυμερικές αλυσίδες, να αυξήσουν το υποβαθμισμένο μοριακό βάρος και να βελτιώσουν τις ιδιότητες του πολυμερούς. Τα αντιδραστήρια, που χρησιμοποιήθηκαν για την συγκεκριμένη εκβολή αντιδρώντος συστήματος ήταν (1) το υδροξείδιο του ισοπροπυλοβενζενίου (DCP) που λειτουργεί ως εκκινητής, δηλαδή δημιουργεί ρίζες στην πολυμερική αλυσίδα, (2) η παρα-βενζοκινόνη (p-BQ), της οποίας η δράση σχετίζεται με το να συνδέσει τις δημιουργημένες ελεύθερες ρίζες μεταξύ τους. Το αντιδραστήριο αυτό, που ονομάζεται επιμηκυντής αλυσίδας (chainextender), βοηθάει στην ένωση των ριζών και στη δημιουργία διακλαδώσεων μεταξύ των αλυσίδων. Επίσης χρησιμοποιήθηκε και σταθεροποιητής Irg568®, ο οποίος είχε ως στόχο την δέσμευση μέρους του συνόλου των δημιουργημένων ελεύθερων ριζών.Εξετάστηκαν διάφορες συνταγές των ουσιών αυτών κατά την εκβολή αντιδρώντος συστήματος με στόχο τη μείωση του δείκτη ροής τήγματος (MFI) και επομένως την αύξηση του μοριακού βάρους του πολυμερούς. Συμπερασματικά, διαπιστώθηκε ότι η εφαρμογή της εκβολής αντιδρώντος συστήματος είναι εφικτή για το ΡΡ, παρά το γεγονός ότι η ευρεία χρήση της συγκεκριμένης τεχνικής ανακύκλωσης αφορά κυρίως πολυμερή σταδιακού πολυμερισμού, όπως ΡΕΤ και ΡΑ 66. Ειδικότερα, απεδείχθη ότι η χρήση ποσότητας επιμηκυντή (p-BQ) 1 phr σε συνδυασμό με 0,05 phr DCP και 0,1% Irg568® οδήγησε σε σημαντική μείωση του MFI (αύξηση μοριακού βάρους) στην περίπτωση του αστικού υπολείμματος ΡΡ από εφαρμογές έγχυσης, όπου το απόρριμμα παρουσίαζε αρχικά υψηλή τιμή δείκτη τήγματος. Ως προς την πρακτική εφαρμογή της τεχνικής, προέκυψαν ικανοποιητικά αποτελέσματα με τη χρήση ξηρής προανάμειξης του πολυμερούς με τα αντιδραστήρια, καθώς και με την ξήρανση του εκβληθέντος υλικού, ώστε να απομακρύνονται υγρασία και τυχόν υπολειπόμενες ποσότητες αντιδραστηρίων. Τέλος, αξίζει να σημειωθεί ότι ο απαιτούμενος χρόνος αντίδρασης στο εσωτερικό του εργαστηριακού εκβολέα, που χρησιμοποιήθηκε βρέθηκε ικανοποιητικός ήδη από τον πρώτο κύκλο εκβολής, γεγονός που είναι ενθαρρυντικό για την εφαρμογή της τεχνικής σε πιλοτικά ή βιομηχανικά συστήματα εκβολής όπου οι χρόνοι παραμονής είναι υψηλότεροι.	el
heal.abstract	Polypropylene (PP) is a semicrystalline polymer with good physical, mechanical and thermal properties. Higher stiffness at lower density and resistance to igher temperatures are the key properties. PP offers good impact strength, chemical resistance, hardness, transparency for use in packaging and it can be referred as an easily constructed material, characterized by good processibility in processes as injection moulding and extrusion. These properties make PP especially important as it finds applications in many fields. PP is widely used not only in food packaging, medical applications, automotive industry but also in objects of everyday life such as bags, bottles or chairs. However, the growing demand of polypropylene’s products increases the volume of the corresponding waste. This makes urgent the recycling of plastic waste and its use for the production of high quality products. This thesis studied the rheological melt behavior of polypropylene during reactive extrusion recycling. Specifically, the recycling of scrap fromPP film production applications was pursued for the utilization not only in closed-loop recycling, but also in open-loop.The recycling of domestic waste PP from injection applications was also intended, and the relevant waste grade exhibited higher melt flow index (MFI) than scrap PP from films. Generally, the thermooxidation, which is a problem for the reuse of the material in the closed-type applications, proceeds by repeated, sequential reactions which can lead to the complete deterioration of the quality of the polymer. A general mechanism of thermooxidative degradation, also in the case of PP, is the cleavage of the polymeric chains, occurring during processing, storage and service life. The reactive extrusion recycling includes remelting of the polymer waste in an extruder, in the presence of reagents which intend, through their reaction with the polymer chains, to improve the molecular weight and thus the properties of the polymer. The reagents used for the specific reactive extrusion system was (1) hydroxide isopropyl benzene (DCP) that functions as an initiator, that generates radicals in the polymeric chain, (2) the p-benzoquinone (p-BQ), called chain extender, whose activity is related to link the generated free radicals together and potentially to induce branching between the chains. Also the processing stabilizer Irg568 ® was used, which aimed to thermally protect the polymer upon reprocessing. Different formulations of these substances during reactive extrusion were used in order to reduce the melt flow index (MFI) and thus to increase the molecular weight of the polymer. In conclusion, it was found that the application of extrusion reaction system is feasible for the PP, despite the widespread use of the technique for mostly recycling step polymerization polymers such as PET and PA 66. In particular, it was proved that the usage of extender (p-BQ) 1 phr in combination with 0,05 phr DCP and 0,1% Irg568 ® led to a significant reduction of MFI (molecular weight increase) in the case of urban 7 residue PP from infusion applications, which had initially high value of melt index. As far as the practical application of this process is concerned, satisfactory results were obtained using a dry premix of the polymer with reagents, and by drying the extruded material, in order to remove moisture and any remaining amounts of reagents. Finally, it is worth noting that the required reaction time inside the labextruder was found satisfactory since the first cycle extrusion, which is encouraging for the application of this technique in pilot or industrial extrusion systems where residence times are higher.	en
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Παπασπυρίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Ζιώμας, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	78 σ.
heal.fullTextAvailability	true