Poliamidok újrafeldolgozhatósága

24. ábra Tapadó vizsgálat szabványos (EN ISO 4624:2002) mérési elrendezése [123]

Elsősorban festékek és vékony bevonati rétegek minősítésére alkalmazzák. A vizsgálathoz először a felület előkészítését követően úgynevezett alumínium mérőbabákat ragasztanak rá. A ragasztó térhálósodása után a babák körül egy speciális vágó szerszámmal körülvágják a bevonati réteget, majd a babák főtengelyére merőlegesen, egy berendezés segítségével állandó sebeséggel letépik azokat. Az ISO 4624:2002-es szabvány alapján 90 másodperc alatt be kell következnie a tönkremenetelnek [116].

Egy másik, az adhézió minősítésére szolgáló eljárás a rácsvágásos vizsgálat. A rácsvágásos vizsgálathoz felhasznált speciális vágóeszköz több, egyenlő távolságra elhelyezett pengét tartalmaz, amelyekkel párhuzamos vágásokat ejtünk a felületen.

Ezt követően az első vágásra merőlegesen megismételve a folyamatot, egy négyzetrácsos minta alakul ki. A négyzet alakú területen belüli rétegelválás mennyisége alapján a bevonat adhézióját vizuálisan 0 és 5 közötti értékek szerint osztályozhatjuk. Ez az érték 0, hogyha nem tapasztalunk rétegelválást és a vágások közötti levált terület függvényében az alábbi értékeket veszi fel: 1 - kevesebb, mint 5%, 2 - 5 és 15% között van, 3 - 15 és 35% között van, 4 - 35 és 65% között van, 5 - 65%-nál nagyobb. Ezt követően a mintán adott adhéziós szilárdsággal rendelkező ragasztószalagos vizsgálatot végzünk. A használandó ragasztószalag típusát és leválasztásának módját, valamint a leválasztott terület részletes osztályozását a MSZ EN ISO 2409:2013-as szabvány írja le. Ez a módszer gyors, olcsó és egyszerű, azonban csak 250 µm-nél vékonyabb rétegek esetén alkalmazható [123, 154].

polimer kompozitok esetén. A termikus folyamatok közé tartozik a pirolízis, a fluid- ágyas pirolízis és a mikrohullámokkal segített pirolízis is. A folyamat során a mátrixanyag kémiai lebontása hő hatására, oxigénszegény vagy oxigénmentes környezetben, szabályozott körülmények között történik. Ezek hatására gázok (szén- dioxid, hidrogén, metán stb.), folyékony (olaj) és szilárd végtermék (pirolízis koksz) keletkezik, valamint az erősítőszálak is visszanyerhetők. A folyamat a mátrixtól függően 450-700 °C közötti hőmérsékleten megy végbe. A fizikai újrafeldolgozáskor a hőre lágyuló polimer kompozit aprítása, majd fröccsöntés vagy extrúzió során való újrafeldolgozása történik. Az eljárás során egy alacsony fordulatszámú vágó- vagy zúzógépet használnak annak érdekében, hogy a nagyobb méretű darabokat kisebb (50-100 mm), majd a feldolgozási eljáráshoz szükséges méretre aprítsák. Ennek a módszernek a hátránya a szilárd hulladék heterogenitása, és a termék tulajdonságainak romlása az egymást követő ciklusokban az anyag degradációja miatt. Ez a makromolekulák hosszának és a molekulatömeg csökkenésével járhat, amely nagyban befolyásolja a mechanikai tulajdonságokat. A termoplasztikus polimerekhez adalékolt stabilizátoroknak, kompatibilizáló szereknek köszönhetően akár tízszeres egymás utáni fröccsöntés vagy extrudálás is megvalósítható észrevehető molekulalánc-tördelődés nélkül [4, 155, 156]. A stabilizátorok javítják a feldolgozhatóságot, valamint védik az anyag tulajdonságait mind a feldolgozás során, mind a termék életciklusa alatt a kívánt felhasználási területen (hő, fény). A kompatibilizátorok pedig javítják a polimer keverékek mechanikai tulajdonságait.

A Brüggemann GmbH több adalékanyagot is kínál a poliamidok újrafeldolgozhatóságához. Többek között nagy viszkozitású, nagy molekulatömegű anyagokhoz láncszakító adalékokat, amelyek a molekulatömeg szabályozott és reprodukálható tömegcsökkenésével, valamint a viszkozitás pontos beállításával könnyebb fröccsönthetőséget tesz lehetővé az újrafeldolgozás során. Ezek azonban az újrafeldolgozással gyártott termékek minőségét és mechanikai tulajdonságait is nagyban befolyásolhatják [157].

Kuan-Hua Su és társai [158] a PA 6 tizenhat fröccsöntési cikluson keresztül történő újrafeldolgozását vizsgálták a mechanikai és reológiai tulajdonságváltozások elemzésén keresztül, stabilizátor alkalmazása nélkül. Megvizsgálták a ciklusok függvényében, továbbá az anyag molekulatömegének, molekulatömeg-eloszlásának és a kristályos részarányának változását is. A kutatáshoz polikondenzációs PA 6-ot alkalmaztak. A PA 6 kémiai szerkezetének változásait FTIR-rel elemezték, amely eredményei alapján a feldolgozás előtti PA 6 és a 16. ciklus utáni minta spektrumai nem mutattak jelentős különbséget (25. ábra). Kimutatták, hogy az anyag kémiai szerkezete, Young-modulusa és szakadási nyúlása csak kis mértékben változik a fröccsöntéssel történő újrafeldolgozás hatására [158, 159]. A mechanikai vizsgálatok elvégzésekor azt tapasztalták, hogy a folyáshatár folyamatosan növekedett (a 16.

ciklus végére mintegy 25%-kal). A szakadási nyúlás a 13. ciklusig nem változott, majd ezt követően csökkenni kezdett. Ennek oka az lehet, hogy a többszöri feldolgozás miatt a molekulaláncok hosszának eloszlásfüggvénye kiszélesedett. Az ütésállóság

25. ábra FTIR spektruma az 1. ciklus utáni (a) és a 16. ciklus utáni PA 6-nak (b) [158]

A kristályos részarány meghatározására DSC berendezést alkalmaztak. A mérés eredményei azt mutatták, hogy a több cikluson keresztül feldolgozott PA 6 magasabb kristályosodási hőmérséklettel és szűkebb exoterm csúcsszélességgel rendelkezett. Ez azt jelzi, hogy a feldolgozott PA 6 kristályosodási sebessége fokozatosan növekszik, amely a molekulatömeg csökkenésének köszönhető, hiszen a lánchasadás okozta kisebb molekulák nagyobb mobilitással rendelkeznek. A második felfűtés során pedig megfigyelhető a feldolgozási ciklusok számának növekedésével a fő endoterm csúcs mellett egy kisebb csúcs is, amely a 16. ciklusig folyamatosan növekszik (26. ábra) [158].

26. ábra A második felfűtés és a hűtéshez tartozó DSC görbék primer PA 6 (a), 1-szer (b), 4-szer (c), 8-szor (d), 12-szer (e) és 16-szor (f) feldolgozott mintánál [158]

Az ismételt fröccsöntési ciklusok hatását 35 m/m% PA 6,6-tal és 30 m/m%

talkummal adalékolt PA 6 rendszeren is vizsgálták. A 7. feldolgozási ciklus után ebben az esetben is nagymértékben (35%) megnövekedett a minták folyóképessége. Továbbá csökkent a kristályos részaránya (18%-ról 9%-ra), a szakítószilárdsága, a határhajlító feszültsége és a hajlító modulusa 35-37%-kal. Megállapították, hogy az alkalmazott keverékaránnyal egészen 4 ciklusig feldolgozható a PA 6 anélkül, hogy degradációt szenvedne [160].

Moritzera és Heidericha [161] a PA 6 mátrixú, 60 m/m% folytonos üvegszál erősítésű, kiváló mechanikai tulajdonságokkal (400 MPa szakítószilárdság) rendelkező lemezeket hasznosították újra fizikai úton, fröccsöntéssel. Ehhez 20, 30 és 40 m/m% száltartalmú alapanyag-keveréket készítettek. Az így előállított

próbatesteken szakító- és ütvehajlító vizsgálatokat végeztek, amelynek eredményeit összehasonlították az eredeti lemez (60 m/m%) tisztán feldolgozott, és egy 60 m/m%

erősítőanyagot tartalmazó polikondenzációs alapanyag tulajdonságaival. Eredményül azt kapták, hogy a tisztán újrahasznosított anyag nagyobb szakítószilárdsággal, rugalmassági modulussal, és ütőszilárdsággal rendelkezik, mint a keverékek, de alulmúlják a kereskedelemben kapható granulátum tulajdonságait. Ezt az újrahasznosított anyagok során tapasztalható kisebb szálhosszúsággal indokolták.

Bernasconi és társai [162] 35 m/m% üvegszáltartalommal rendelkező PA 6-ot dolgoztak fel. A fröccsöntés során 25, 50, illetve 100%-ban adalékolták a polikondenzációs granulátumhoz. Figyelembe vették a fizikai feldolgozás során fellépő száltördelődést és az ebből adódó szálhossz-eloszlást is, amely nagyban befolyásolja a kialakuló mechanikai tulajdonságokat. Az tapasztalták, hogy a keverékben az újrafeldolgozott alapanyag mennyiségének növelésével nagymértékben csökkent az átlagos szálhosszúság és a húzófeszültség is.

Mantia és társai [163] a kutatásuk során az extrúziós többszöri újrafeldolgozás hatását vizsgálták a PA 6 tulajdonságaira szárított (24 órán át 120°C-on), és kondicionált (120 órán át szobahőmérsékleten) alapanyagokon. Ezekhez antioxidánst (nagy molekulatömegű foszfonit vegyületet - Sandostab P-EPQ) adva hasonlították össze a minták tulajdonságait. Arra a megállapításra jutottak, hogy csak abban az esetben eredményezhet jó mechanikai tulajdonságokat a többszörösen újrafeldolgozott PA 6, ha azt a feldolgozás előtt alaposan kiszárítják, ellenben csökken a minta rugalmassági modulusa (69%-kal) és szakadási nyúlása (13%-kal), és növekszik a szakító szilárdsága (17%-kal).

Mondragon és társai [164] PA 6-ból készült halászhálók fröccsöntéssel történő újrahasznosítását és az így legyártott minták tulajdonságait vizsgálták DSC, FTIR berendezéssel és szakítógéppel. Azt tapasztalták, hogy sem a használatuk, sem az újrafeldolgozásuk során nem éri károsodás a PA 6 hálókat. A feldolgozás előtt és után minden mintánál megtalálhatók voltak ugyanazok a funkciós csoportok. Továbbá a kristályos részarány minden esetben 28-32% volt. Végül a szakítóvizsgálatokból megállapították, hogy az újrafeldolgozott PA 6 minták mechanikai tulajdonságai nagyon hasonlóak a kereskedelmi forgalomban kaphatóéhoz.

Habár a polikondenzációval előállított poliamidok újrafeldolgozását már átfogóan vizsgálták a szakirodalomban, a nagy molekulatömegű, öntött PA 6 újrafeldolgozása még kevéssé kutatott terület. A téma fontosságát bizonyítja, hogy Európában évente közel 5000 tonna hulladék keletkezik ezekből az anyagokból a feldolgozásuk során.

Újrahasznosításuk ezidáig többnyire pirolízissel történt, vagy kis mennyiségben a fröccsöntésre szánt poliamidhoz adalékolták a molekulatömeg növelése érdekében.

Továbbá a feldolgozhatóságuk érdekében csúsztatószert, vagy stabilizálószert társítanak hozzájuk [165, 166].