Μελέτη αξιοποίησης φυσικών αντιοξειδωτικών από υπολείμματα καφέ ως σταθεροποιητές επεξεργασίας κατά τη μηχανική ανακύκλωση του πολυπροπυλενίου

Γαλανοπούλου, Χριστίνα

dc.contributor.author	Γαλανοπούλου, Χριστίνα
dc.date.accessioned	2023-03-26T16:54:14Z
dc.date.available	2023-03-26T16:54:14Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57312
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25010
dc.rights	Default License
dc.subject	Πολυμερή	el
dc.subject	Ανακύκλωση	el
dc.subject	Πλαστικά	el
dc.subject	Καφές	el
dc.subject	Αντιοξειδωτικά	el
dc.subject	Κυκλική οικονομία	el
dc.subject	Επανεπεξεργασία	el
dc.subject	Φυσικά αντιοξειδωτικά	el
dc.subject	Οξειδωτική υποβάθμιση	el
dc.subject	Ανάτηξη-ανασταθεροποίηση	el
dc.subject	Πολυπροπυλένιο	el
dc.title	Μελέτη αξιοποίησης φυσικών αντιοξειδωτικών από υπολείμματα καφέ ως σταθεροποιητές επεξεργασίας κατά τη μηχανική ανακύκλωση του πολυπροπυλενίου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023
heal.abstract	Στην εποχή μας, η έρευνα έχει επικεντρωθεί στην αξιοποίηση πράσινων τεχνολογιών για την ανακύκλωση πολυμερικών υλικών και στην αναβάθμιση των προϊόντων της, ώστε να οδηγηθούν σε έναν επιπλέον κύκλο ζωής. Στο πλαίσιο αυτό κυμαίνεται η αντικατάσταση των συνθετικών αντιοξειδωτικών προσθέτων, που χρησιμοποιούνται για τη σταθεροποίηση των πολυμερών, με φυσικά αντιοξειδωτικά, με στόχο τη μείωση του φαινομένου της μετανάστευσης, που παρατηρείται, και το οποίο ενέχει αρνητικές επιπτώσεις για τον άνθρωπο και το περιβάλλον. Οι αρχές της κυκλικής οικονομίας εξυπηρετούνται σε μεγαλύτερο βαθμό, όταν τα φυσικά αντιοξειδωτικά που χρησιμοποιούνται προέρχονται από υπολειμματικές πηγές, όπως είναι τα υπολείμματα καφέ (Spent Coffee Residue, SCR). Έτσι, ενώ πραγματοποιούνται έρευνες σχετικά με την απομόνωση αντιοξειδωτικών από φυτικές πηγές, ελάχιστες λαμβάνουν χώρα με χρήση υπολειμματικών πηγών για την απομόνωσή τους. Σε αυτήν την κατηγορία, εντάσσεται και η παρούσα ερευνητική εργασία, κατά την οποία απομονώνονται αντιοξειδωτικές ενώσεις από υπόλειμμα καφέ. Το εκχύλισμα αντιοξειδωτικών που απομονώνεται, υπόκειται σε χαρακτηρισμούς ως προς την αντιοξειδωτική του ικανότητα και ως προς μια συνολική εκτίμηση των ενώσεων/συστατικών που την προσδίδουν. Στη συνέχεια, ενσωματώνεται σε ανακυκλωμένο PP μετά τη χρήση (Post-Consumer Recycled PP, PCR-PP), αρχικά, σε συγκέντρωση 4% wt. (masterbatch) και στη συνέχεια, αραιώνεται σε τελική συγκέντρωση 1% wt. (compound) και εξετάζεται αν η αντιοξειδωτική δράση που προσδιορίστηκε στο προηγούμενο στάδιο είναι ικανή να σταθεροποιήσει εκ νέου το πολυμερές. Η επίδοση κατά την ανάτηξη συγκρίνεται με ένα συνθετικό πρωτογενές αντιοξειδωτικό πρόσθετο (Irganox 1010), το οποίο προστίθεται στις ίδιες συγκεντρώσεις στο PCR-PP. Επίσης, η μελέτη της οξειδωτικής υποβάθμισης και της σταθεροποίησης επιτυγχάνεται με ανάτηξη με πολλαπλούς κύκλους εκβολής και αντίστοιχους χαρακτηρισμούς για κάθε κύκλο εκβολής προς εξέταση της χημικής του δομής, των θερμικών Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών xx Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ ιδιοτήτων και των δεικτών που καθορίζουν την οξειδωτική υποβάθμιση. Επίσης, εξετάζεται και η περίπτωση απευθείας χρήση υπολείμματος καφέ ως αντιοξειδωτικό πρόσθετο, όπου πραγματοποιείται η ίδια πειραματική διαδικασία. Πιο συγκεκριμένα, κατά την απομόνωση του εκχυλίσματος των φυσικών αντιοξειδωτικών βρέθηκε πως το εκχύλισμα έχει υψηλή αντιοξειδωτική δράση αντίστοιχη του συνθετικού αντιοξειδωτικού, ενώ τα αποτελέσματα ήταν παρόμοια με αυτά προηγούμενης διπλωματικής, οπότε η μέθοδος απομόνωσης μπορεί να χαρακτηριστεί επιτυχής και επαναλήψιμη. Στη συνέχεια, μελετήθηκε η ενσωμάτωση των φυσικών αντιοξειδωτικών προσθέτων στο πολυμερές, τόσο με τη μορφή εκχυλίσματος όσο και ξηρού SCR. Στις περισσότερες θερμικές ιδιότητες, που μελετήθηκαν, οι θερμοκρασίες τήξης, κρυστάλλωσης και αποικοδόμησης ήταν κοντά σε αυτές του συνθετικού αντιοξειδωτικού, ενώ σε σχέση με το μη σταθεροποιημένο η επίδραση ήταν θετική, με τις αντίστοιχες θερμοκρασίες να είναι ελάχιστα αυξημένες. Η αντιοξειδωτική δράση παρατηρήθηκε, καταρχάς, στις τιμές των δεικτών οξειδωτικής υποβάθμισης OOT (Oxidative Onset Temperature) και OIT (Oxidative Induction Time), όπου και στις δύο περιπτώσεις οι τιμές ήταν υψηλότερες σε σχέση με το μη σταθεροποιημένο PCR-PP. Πιο συγκεκριμένα, για το OOT, δηλαδή για τη θερμοκρασία στην οποία ξεκινά η οξειδωτική υποβάθμιση, στο compound με το εκχύλισμα βρέθηκε κατά 50 °C μεγαλύτερη, ενώ στο compound με το ξηρό SCR κατά 26 °C αυξημένη σε σχέση με το μη σταθεροποιημένο PCR-PP. Από την άλλη, ο δείκτης OIT, δηλαδή ο χρόνος που απαιτείται για να ξεκινήσει η οξειδωτική υποβάθμιση, στο εκχύλισμα ήταν τριπλάσιος και στο ξηρό SCR διπλάσιος, σε σύγκριση με το PCR-PP, στοιχεία που υποδεικνύουν τη θετική συνεισφορά των αντιοξειδωτικών στην καθυστέρηση της οξειδωτικής υποβάθμισης του πολυμερούς. Κατά την ανάτηξη των υλικών, στο μη σταθεροποιημένο PCR-PP, παρατηρήθηκε οξειδωτική υποβάθμιση μέσω θραύσης των αλυσίδων, η οποία οδήγησε σε αύξηση του ρυθμού ροής τήγματος (MFR) κατά 4 g/10 min στον 5ο κύκλο εκβολής. Η σταθεροποίηση του PCR-PP με το εκχύλισμα κατά την ανάτηξη αποτυπώθηκε στην διατήρηση της τιμής MFR, περίπου στα 11.5 g/10 min μετά από πέντε κύκλους εκβολής, ενώ για το ξηρό SCR παρατηρήθηκε σταθεροποίηση Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών xxi Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ στους 3 πρώτους κύκλους στην τιμή 9 g/ 10 min. Παράλληλα, σε κάθε δείγμα που εξετάστηκε, διαπιστώθηκε πως δεν υπάρχει εμφάνιση καρβονυλικών ενώσεων, στοιχείο που υποδηλώνει την έναρξη οξειδωτικών αντιδράσεων. Ακόμη, η οξειδωτική υποβάθμιση φαίνεται πως επιβραδύνεται με την παρουσία του εκχυλίσματος των φυσικών αντιοξειδωτικών σε σχέση με το μη σταθεροποιημένο υλικό, ενώ στο compound με το ξηρό SCR η επιβράδυνση αυτή είναι ακόμη πιο έντονη, καθώς οι αντίστοιχοι χρόνοι OIT είναι αρκετά υψηλότεροι. Αξίζει να αναφερθεί πως στις τιμές OOT και OIT παρουσιάζεται πτώση κατά τη διάρκεια των κύκλων, γεγονός που οφείλεται στην κατανάλωση των αντιοξειδωτικών. Έτσι, μπορεί να θεωρηθεί πως υπάρχει ικανοποιητική προστασία της πολυμερικής μήτρας από την οξειδωτική υποβάθμιση με χρήση φυσικών αντιοξειδωτικών, ενώ η χρήση απευθείας υπολείμματος καφέ, χρήζει περαιτέρω διερεύνηση.	el
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα
heal.committeeMemberName	Φιλιππόπουλος, Κωνσταντίνος
heal.committeeMemberName	Δέτση, Αναστασία
heal.academicPublisher	Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Υλικών. Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	197
heal.fullTextAvailability	false