Меню сайта

загрузка...

Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Вторичная переработка полимеров

Пэт

Смешение исходного полимера с повторно переработанным материалом является обычной практикой в промышленном производстве ПЭТ. Переработанный полимер во многих случаях поступает с того же самого завода в виде резанного материала без значительной деструкции при первичном производстве, и имеет характеристики, близкие к исходному материалу. Однако, хотя восстановленный ПЭТ обладает этим свойством, обычно гомополимерные смеси ПЭТ содержат лишь небольшие концентрации восстановленного полимера, поскольку даже его незначительное количество может вызвать изменение макроскопических свойств.

Ла Мантия и Скаффаро изучали свойства монополимерных смесей ПЭТ, сравнивая исходный ПЭТ для бутылок (характеристическая вязкость 0,81 дл г-1) с использованными бутылками из ПЭТ [17] В этой работе принимались во внимание различные аспекты анализа свойств. Авторы исследовали влияние процедуры приготовления, состава и влажности (то есть наиболее важных для промышленного производства параметров) на реологические и механические свойства.

Обычно восстановленный ПЭТ (ВПЭТ) добавляется в оригинальный полимер после промывки и помола, а затем полученные хлопья смешиваются с оригинальным ПЭТ в таблетках. Очевидно, что в промышленных приложениях всегда присутствует ВПЭТ и потому существует вероятность получить смеси с полимером, переработанным несколько раз с возможным изменением свойств. Для исследования этого эффекта были приготовлены смеси с массовыми отношениями 25/75, 50/50 и 75/25 между исходным и переработанным материалом; использовались хлопья ВПЭТ из бутылок (Б) и переработанный на одношнеко-вом экструдере ВПЭТ из бутылок. Целью исследования было выявление различий в конечных свойствах смесей, приготовленных из двух различных исходных материалов. Использование повторно переработанного ПЭТ стимулирует применение материала, восстановленного через расплав. Испытания были проведены с влажным (ОВБ — одношнековый/влажный/из бутылок) и сухим (ОСБ — одношнековый/сухой/из бутылок) образцами. Анализируемые смеси были приготовлены из сухих компонентов с помощью смесителя с двумя роторами, вращающимися в противоположных направлениях. Все материалы были полностью охарактеризованы [17]. Полученные результаты показывают, что Б и ОСБ обладают свойствами, очень близкими к свойствам исходного полимера; для влажного экструдированного ВПЭТ обнаружено сильное снижение молекулярной массы с очевидными последствиями для его свойств.

Рисунки 6.11-6.13 демонстрируют основные разрывные свойства — модуль упругости, прочность при растяжении, удлинение при разрыве — в зависимости от концентрации ВПЭТ в смесях, содержащих Б, ОСБ и ОВБ. Хорошо видно, что монополимерные смеси, содержащие Б или ОСБ, имеют свойства, очень близкие к свойствам исходного материала, причем они почти линейно зависят от

состава и проявляют минимум в области состава 50/50. Минимум плохо выражен, но он хорошо воспроизводится.

Для объяснения природы и причины возникновения этого минимума следует рассмотреть морфологические изменения в твердом состоянии. В частности, присутствие повторно переработанного компонента (даже притом, что молекулярные массы Б и ОСБ очень близки к чистому ПЭТ) может вызвать появление кристаллических агрегатов переменного размера и плохо связанных между собой. Эта морфология отличается от морфологии исходного ПЭТ и в материале имеются зоны с пониженной сопротивляемостью и ухудшенными механическими свойствами. Калориметрические испытания указывают на присутствие острого пика плавления в районе 245 °С для исходного ПЭТ и около 250 °С для Б, тогда как для смеси, содержащей 50 % Б, обнаружено два расплывчатых пика в областях 230 и 265 "С. Наличие второго пика в смеси является ясным свидетельством присутствия особых кристаллических областей с иной морфологией, которые расплавляются по отдельности. Это поведение согласуется с ранее виденным поведением монополимерных смесей ПП [5], о чем мы говорили в предыдущем разделе.

Что касается смесей, содержащих ОВБ, то их поведение значительно отличается от поведения смесей, содержащих Б и ОСБ. Величины модуля упругости и прочности при растяжении (рис. 6.11 и 6.12) подчиняются правилу аддитивности смесей или несколько ниже. Для удлинения при разрыве ситуация иная. При низком содержании В ПЭТ эти величины близки к своим значениям для чистого, оригинального ПЭТ, тогда как при большой концентрации В ПЭТ они близки к значениям для чистого ОВБ; таким образом, для этого материала свойства

смесей описываются S-образной кривой. S-образная кривая характерна для систем, свойства которых задаются преимущественно матрицей, и которые проявляют фазовую инверсию. В обоих случаях, то есть когда матрица состоит из исходного ПЭТ или из ОВБ, свойства смесей подобны. При промежуточном составе матрицей служит компонент с меньшей вязкостью.

На основе анализа кривых течения всех материалов можно заключить, что все они при небольших значениях сдвиговой скорости проявляют преимущественно ньютоновское поведение. Даже если невозможно определить величину этого параметра при его переработке в экструдере, при определении вязкости разумно считать поведение полимера ньютоновским. Беря в расчет вязкости и состав смеси, можно рассчитать состав фазовой инверсии; он составляет примерно 30 %, что подтверждает положение точки инверсии, видимое на кривой разрывное удлинение-состав.

Вязкости очень близки к вязкостям чистых компонентов, но в этом случае минимумов не наблюдается. Это является косвенным подтверждением того, что присутствие Б и ОСБ оказывает влияние только на твердое состояние, то есть на морфологию кристаллов.

Кривая для смеси, содержащей ОВБ, также имеет S-образную форму с точной инверсией вблизи 30 %, подобно тому, что наблюдалось для кривой зависимости от состава

Подводя итог, укажем, что монополимерные смеси, содержащие ВПЭТ, дают материалы с характеристиками, близкими к характеристикам исходного материала если перед вторичной переработкой сырье тщательно просушивалось. Свойства смесей ниже чем следовало ожидать на основании правила аддитивности смесей, особенно если характеристики двух компонентов близки между собой.

Присутствие небольшого минимума на кривых свойство-состав связано с изменениями в морфологии и, в частности, в присутствии кристаллических агрегатов, разнообразных по размеру и плохо связанных между собой. Если молекулярные массы компонентов не совпадают, то для получения хороших механических свойств следует вводить небольшие количества восстановленного компонента. Если, напротив, молекулярные массы близки, то можно использовать большие количества В ПЭТ. В любом случае следует избегать близких концентраций обоих компонентов.