Μηχανική ανακύκλωση πολυμερών από απόβλητα ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού

Γουρζή, Μαρία Αλεξάνδρα; Gourzi, Maria Alexandra

dc.contributor.author	Γουρζή, Μαρία Αλεξάνδρα	el
dc.contributor.author	Gourzi, Maria Alexandra	en
dc.date.accessioned	2024-10-11T08:07:08Z
dc.date.available	2024-10-11T08:07:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60290
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27986
dc.rights	Default License
dc.subject	Πολυπροπυλένιο (PP)	el
dc.subject	Ακρυλονιτρίλιο-Βουταδιένιο-Στυρένιο (ABS)	el
dc.subject	Πολυστυρένιο υψηλής αντοχής (HIPS)	el
dc.subject	Θερμομηχανική καταπόνηση	el
dc.subject	Ανάτηξη-ανασταθεροποίηση	el
dc.subject	Polypropylene (PP)	en
dc.subject	Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS)	en
dc.subject	High Impact Polystyrene (HIPS)	en
dc.subject	Thermomechanical degradation	en
dc.subject	Remelting-restabilization	en
dc.title	Μηχανική ανακύκλωση πολυμερών από απόβλητα ηλεκτρικού και ηλεκτρονικού εξοπλισμού	el
dc.title	Mechanical recycling of polymers from waste electrical and electronic equipment	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Materials	en
heal.classification	Plastic Waste	en
heal.classification	Polymers	en
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.classification	Πλαστικά απόβλητα	el
heal.classification	Υλικά	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-11
heal.abstract	Nowadays there is a significant growth and progress in the research of polymers recycling due to the increased plastic wastes’ production. In this context, the need to recycle Waste of Electronic and Electrical Equipment (WEEE) in particular, is more urgent than ever. The main reason behind the importance of WEEE's recycling, is the variety of valuable chemical compounds that can be found in them, such as polymers and various metals. However, a fundamental drawback during the polymers' recycling is the thermomechanical degradation which leads to their oxidation cycle, and therefore requires restabilization with the appropriate antioxidant additives. In this diploma thesis, collaborators of the laboratory firstly processed the WEEE and then sent for testing three (3) polymeric materials derived from refrigerators, for which the method remelting and restabilization (mechanical recycling) was studied. For this purpose, the three (3) polymeric streams (PP, ABS and HIPS) were homogenized, using a twin-screw extruder, where the antioxidants’ embodiment in the PP and HIPS was also conducted. At this point, it is worth highlighting that before the addition of the antioxidants, the degradation profile of each polymer was studied, to select the most suitable temperature profile while simulating an extrusion cycle of industrial scale. The materials, both before and after their restabilization, were subjected additionally to five (5) extrusion cycles in a single-screw extruder. The characterization of their degradation level was carried out by examining key – properties, such as rheological, thermal, spectroscopic, color and molecular weight. For the PP-rich waste stream, two different batches of non-stabilized materials (Neat A and B), were tested because they had different rheological behavior. Based on the mechanism of PP degradation, primary and secondary antioxidant systems were selected to restabilize the streams. In the first (Neat A) the antioxidants selected were: 0.5% wt. Irgacycle PS 030G, 1.0 wt% Irgacycle PS 030G and 0.5 wt% Bruggolen TP-R2090 and in the second (Neat B), 1.0 wt% Irgacycle PS 030G. Based on the characterization methods, it was found that 0.5 wt% Bruggolen TP-R2090 optimally stabilized the material and thus, it would be beneficial to test it in larger quantities (scale-up) and different batches of PP. Three (3) different temperature profiles were tested for the ABS-rich stream and the one of 250 oC was chosen, based on which some conclusions were drawn regarding the degradation mechanism of the material. Finally, at the first batch of the HIPS-rich stream (Neat A), three (3) different temperature profiles were tested, and the selected profile was the one of 240 oC. Based on the mechanism of HIPS degradation, primary and secondary antioxidant systems were selected to restabilize the streams. The antioxidants system used to restabilize the first batch (Neat A) was 0.5 wt% Irganox® 1076 and 0.5 wt% Irgafos® 168, which did not sufficiently stabilize the material. For the second batch (Neat B), no significant thermomechanical degradation was observed, so the system of 0.5 wt% Irganox® 245 and 0.5 wt% Irgafos® 168 tested did not result in any changes regarding the properties of the material. Overall, based on the forementioned results, the ability to effectively restabilize the examined polymeric waste streams, so that they are protected throughout reprocessing and further, during their second life cycle was shown. For PP, since the mechanism of its thermo-oxidative degradation was known, an appropriate system of antioxidant additives was found. For ABS, the corresponding degradation mechanism was verified as a first step, so that different additive systems can be investigated further, as subsequent research work. Regarding HIPS, additional research on its restabilization is needed.	en
heal.abstract	Στις μέρες μας υπάρχει σημαντική ανάπτυξη, όσο και πρόοδος στον τομέα της ανακύκλωσης πολυμερών, καθώς η παραγωγή των πλαστικών απορριμμάτων αυξάνεται συνεχώς. Σε αυτό το πλαίσιο, η ανάγκη για ανακύκλωση των Αποβλήτων Ηλεκτρικού και Ηλεκτρονικού Εξοπλισμού (ΑΗΗΕ) συγκεκριμένα, είναι πιο επιτακτική από ποτέ. Ο βασικότερος λόγος που καθιστά την ανακύκλωση των ΑΗΗΕ αναγκαία είναι η ποικιλία των πολύτιμων χημικών ενώσεων που συναντώνται σε αυτά, όπως τα πολυμερή και διάφορα μέταλλα. Ένα σημαντικό μειονέκτημα όμως στην ανακύκλωση των πολυμερών είναι η θερμομηχανική τους καταπόνηση, η οποία οδηγεί στον κύκλο οξείδωσής τους και για αυτόν τον λόγο απαιτείται ανασταθεροποίηση (restabilization) με κατάλληλα αντιοξειδωτικά πρόσθετα. Στην συγκεκριμένη διπλωματική εργασία, συνεργάτες του εργαστηρίου πρώτα επεξεργάστηκαν τα ΑΗΗΕ και στην συνέχεια έστειλαν προς εξέταση τρία (3) πολυμερικά υλικά που προέρχονται από ψυγεία, για τα οποία μελετήθηκε η μέθοδος της ανάτηξης - ανασταθεροποίησης, (μηχανική ανακύκλωση). Για τον λόγο αυτόν, τα τρία (3) πολυμερικά ρεύματα (PP, ABS και HIPS) ομογενοποιήθηκαν με αξιοποίηση δικόχλιου εκβολέα, όπου και πραγματοποιήθηκε η ενσωμάτωση των αντιοξειδωτικών προσθέτων στο PP και το HIPS. Σε αυτό το σημείο αξίζει να σημειωθεί ότι πριν την ενσωμάτωση των προσθέτων, μελετήθηκε ο τρόπος με τον οποίο καταπονείται θερμομηχανικά το κάθε πολυμερές, ώστε να επιλεγεί το καταλληλότερο θερμοκρασιακό προφίλ για την προσομοίωση ενός βιομηχανικού κύκλου εκβολής. Οπότε τα υλικά, τόσο πριν όσο και μετά την ανασταθεροποίηση τους υποβλήθηκαν επιπλέον σε πέντε (5) κύκλους εκβολής σε μονοκόχλιο εκβολέα. Ο χαρακτηρισμός του βαθμού καταπόνησης τους πραγματοποιήθηκε ελέγχοντας ιδιότητες των δειγμάτων, όπως ρεολογικές, θερμικές, φασματοσκοπικές, το χρώμα και το μοριακό βάρος. Για το ρεύμα πλούσιο σε PP, εξετάστηκαν δύο διαφορετικές παρτίδες υλικών μη σταθεροποιημένων υλικών (Neat A και B), επειδή είχαν διαφορετικές ρεολογικές ιδιότητες. Με βάση τον μηχανισμό αποικοδόμησης του PP επιλέχθηκαν συστήματα πρωτογενών και δευτερογενών αντιοξειδωτικών για την ανασταθεροποίηση των ρευμάτων. Στην πρώτη (Neat A), τα αντιοξειδωτικά που επιλέχθηκαν ήταν τα 0,5% κατά βάρος Irgacycle PS 030G, 1,0% κατά βάρος Irgacycle PS 030G και 0,5% κατά βάρος Bruggolen TP-R2090 και στην δεύτερη (Neat B), 1,0% κατά βάρος Irgacycle PS 030G. Μέσω των μεθόδων χαρακτηρισμού διαπιστώθηκε ότι το 0,5% κατά βάρος Bruggolen TP-R2090 σταθεροποίησε βέλτιστα το υλικό αυτό, οπότε θα ήταν ωφέλιμο να εξεταστεί και σε μεγαλύτερες ποσότητες (scale - up) και διαφορετικές παρτίδες ΡΡ. Στο ρεύμα που το βασικό του πολυμερές ήταν το ABS εφαρμόστηκαν τρία (3) διαφορετικά θερμοκρασιακά προφίλ και επιλέχθηκε αυτό στους 250 oC, βάσει του οποίου εξάχθηκαν και κάποια συμπεράσματα σχετικά με τον μηχανισμό καταπόνησης του υλικού. Τέλος, στην μια παρτίδα του ρεύματος που περιείχε HIPS (Neat A), εξετάστηκαν τρία (3) διαφορετικά θερμοκρασιακά προφίλ, επιλέγοντας το προφίλ των 240 oC. Με βάση τον μηχανισμό αποικοδόμησης του HIPS επιλέχθηκαν συστήματα πρωτογενών και δευτερογενών αντιοξειδωτικών για την ανασταθεροποίηση των ρευμάτων. Το σύστημα αντιοξειδωτικών που χρησιμοποιήθηκε για την ανασταθεροποίηση της πρώτης παρτίδας ήταν 0,5 % κατά βάρος Irganox® 1076 και 0,5 % κατά βάρος Irgafos® 168, το οποίο δεν σταθεροποίησε επαρκώς το υλικό. Ως προς την δεύτερη παρτίδα (Neat B), δεν παρατηρήθηκε σημαντική καταπόνηση, οπότε το σύστημα 0,5 % κατά βάρος Irganox® 245 και 0,5 % κατά βάρος Irgafos® 168 που εξετάστηκε δεν επέφερε μεταβολές στις ιδιότητες του υλικού. Συνολικά μέσω των αποτελεσμάτων, φάνηκε η ικανότητα των πολυμερών να αποτελεσματική ανασταθεροποίηση, έτσι ώστε να προστατεύονται κατά την επανεπεξεργασία, αλλά και κατά την χρήση σε έναν δεύτερο κύκλο ζωής. Στο PP για το οποίο ήταν γνωστός ο μηχανισμός θερμοοξειδωτικής αποικοδόμησης, βρέθηκε κατάλληλο σύστημα και συγκέντρωση αντιοξειδωτικών προσθέτων. Στο ABS εξακριβώθηκε ως πρώτο στάδιο, ο αντίστοιχος μηχανισμός υποβάθμισης , οπότε σε επόμενη ερευνητική εργασία μπορούν να εξεταστούν περαιτέρω κατάλληλα συστήματα προσθέτων. Αναφορικά με το HIPS χρειάζεται να συνεχιστεί η έρευνα σχετικά με την ανασταθεροποίηση του.	el
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.advisorName	Vouyiouka, Stamatina	en
heal.committeeMemberName	Vouyiouka, Stamatina	en
heal.committeeMemberName	Βουγιούκα, Σταματίνα	el
heal.committeeMemberName	Charitidis, Costas	en
heal.committeeMemberName	Χαριτίδης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Γιώργος	el
heal.committeeMemberName	Papadopoulos, George	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	132 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false