Οικολογική προσέγγιση τεχνολογικής αναβάθμισης πολυμερών συμπύκνωσης

Abstract

Given that they comprise a large portion of municipal wastes, recycling of bottles made of poly(ethylene terephthalate) is of major ecological importance. Equally significant is the discovery of non-toxic flame retardants, compatible with polyamide 6, one of the polymers that are most frequently employed in applications where enhanced fire resistance is required. For the purpose of its successful recycling, poly(ethylene terephthalate) was subjected to reactive extrusion. At low additive concentrations of the additive used, the molecular weight of the polymer was found to increase. Moreover, the melt viscosity was enhanced and the crystallinity was reduced due to the development of branching, provoked by the introduction of the additive. Simultaneously, the tensile modulus and tensile strength increased, while the elongation at break decreased. Beyond a specific additive amount, degradation reactions predominated, resulting in the gradual reduction of molecular weight and the increase of crystallinity. The alterations, induced in the molecular architecture of the originally linear polymer, were quantitatively estimated through two models, which provided the pertinent information by exploiting respectively the intrinsic and melt viscosity data. The improvement of the fire resistance of polyamide 6 was unsuccessfully attempted via the combined addition of clay and melamine cyanurate, a substance that decreases the viscosity of the polymer during combustion, so as to facilitate its withdrawal from the fire source. On the contrary, reduction of the flammability of the produced (through the melt technique) polymer/clay nanocomposites was achieved by introducing melamine polyphosphate; the substance in question, similarly to clay, promotes the development of a protective coating on the surface of the burning polymer. The structure of the nanocomposites was mixed intercalated/exfoliated. Melamine cyanurate provoked molecular weight increase, while melamine polyphosphate exerted the opposite effect. The incorporation of the melamine cyanurate limited the reduction in crystallinity induced by the introduction of layered silicates. In the presence of melamine polyphosphate, additional reduction in nanocomposites crystallinity was discovered. All additives deteriorated the thermal stability of the polymer and enhanced its tensile modulus, yet at the expense of its toughness.

Δεδομένου ότι αποτελούν ένα μεγάλο μέρος των αστικών απορριμμάτων, η ανακύκλωση φιαλών κατασκευασμένων από πολυ(τερεφθαλικό αιθυλενεστέρα) είναι μείζονος οικολογικής σημασίας. Εξίσου σημαντική είναι η ανακάλυψη μη-τοξικών επιβραδυντών καύσης, συμβατών με το πολυαμίδιο 6, ενός από τα πολυμερή που χρησιμοποιούνται συχνότατα σε εφαρμογές όπου απαιτείται ενισχυμένη πυρανθεκτικότητα. Με σκοπό την επιτυχή ανακύκλωσή του, πολυ(τερεφθαλικός αιθυλενεστέρας) υποβλήθηκε σε εκβολή αντιδρώντος συστήματος. Σε χαμηλές συγκεντρώσεις του προσθέτου που χρησιμοποιήθηκε, το μοριακό βάρος του πολυμερούς βρέθηκε ότι αυξάνει. Επιπλέον, ενισχύθηκε το ιξώδες τήγματος και ελαττώθηκε η κρυσταλλικότητα λόγω της, προκληθείσας από την εισαγωγή του προσθέτου, ανάπτυξης διακλαδώσεων. Ταυτοχρόνως, το μέτρο ελαστικότητας και η αντοχή σε εφελκυσμό αυξήθηκαν, ενώ η επιμήκυνση κατά τη θραύση μειώθηκε. Πέραν συγκεκριμένης ποσότητας του προσθέτου, επικράτησαν αντιδράσεις αποδόμησης, με αποτέλεσμα τη σταδιακή ελάττωση του μοριακού βάρους και την αύξηση της κρυσταλλικότητας. Οι μετατροπές, που προξενήθηκαν στη μοριακή αρχιτεκτονική του αρχικώς γραμμικού πολυμερούς, εκτιμήθηκαν ποσοτικά μέσω δύο μοντέλων, τα οποία παρείχαν τις σχετικές πληροφορίες αξιοποιώντας αντίστοιχα τα δεδομένα οριακού αριθμού ιξώδους και ιξώδους τήγματος. Η βελτίωση της πυρανθεκτικότητας του πολυαμιδίου 6 επιχειρήθηκε ανεπιτυχώς διά της συνδυασμένης προσθήκης αργίλου και κυανουρικής μελαμίνης, μίας ουσίας που μειώνει το ιξώδες του πολυμερούς κατά τη διάρκεια της καύσης, ώστε να διευκολύνει την απομάκρυνσή του από την εστία της πυρκαγιάς. Αντίθετα, ελάττωση της ευφλεκτότητας των παρασκευασθέντων (μέσω τεχνικής τήγματος) νανοσυνθέτων πολυμερούς/αργίλου επιτεύχθηκε εισάγοντας πολυφωσφορική μελαμίνη η εν λόγω ουσία, όμοια με την άργιλο, προωθεί την ανάπτυξη προστατευτικής επικάλυψης στην επιφάνεια του καιόμενου πολυμερούς. Η δομή των νανοσυνθέτων ήταν μικτή εμφωλιασμένη/αποφολιδωμένη. Η κυανουρική μελαμίνη προκαλούσε αύξηση του μοριακού βάρους του πολυμερούς, ενώ αντίθετη ήταν η επίδραση της πολυφωσφορικής μελαμίνης. Η ενσωμάτωση της κυανουρικής μελαμίνης περιόριζε την ελάττωση στην κρυσταλλικότητα που προξενούσε η εισαγωγή του φυλλοπυριτικού. Παρουσία της πολυφωσφορικής μελαμίνης ανιχνεύτηκε πρόσθετη ελάττωση στην κρυσταλλικότητα των νανοσυνθέτων. Όλα τα πρόσθετα επιδείνωσαν τη θερμική σταθερότητα του πολυμερούς και ενίσχυσαν το μέτρο ελαστικότητας, δαπάνη βεβαίως της δυθραυστότητάς του