הקדמה: Recycling Imperative ואת איכות ה Gap

מחזור פלסטי הוא אבן הפינה של אסטרטגיות הפחתה של פסולת גלובלית רכיב קריטי של הכלכלה המעגלית מדי שנה, מיליוני טונות של לאחר-consumer ו- post-industrial פלסטיק נאספים במטרה להסיט חומר מקרקעות ואוקיאנוסים. עם זאת, המציאות של מחזור ממוחזר של איכות מכני הוא כי פולימרים עוברים השפלה משמעותית במהלך מחזור החיים הראשון שלהם שוב ושוב במהלך מחזור הדם ההיסטורי, כי היא לעתים קרובות להפחית את ההשפעות של לחץ דם נמוך, כי יש השפעה מגנטית, כי יש השפעה מגנטית נמוכה, כי יש השפעה מגנטית נמוכה יותר, כי יש השפעה מזיקה, כי יש השפעה מזיקה, כי יש השפעה מזיקה, כי לחץ דם, כי יש ירידה של לחץ דם נמוכה יותר, כי יש השפעה מגנטית, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח מופחתת ירידה של לחץ דם נמוך יותר לחץ דם נמוך יותר לחץ דם נמוך יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח מופחתת השפעה מזיקה, 000 כוח לחץ דם

כדי לגשר על הפער הזה ולאפשר ייצור של פלסטיק ממוחזר באיכות גבוהה מתאים יישומים תובעניים כגון אריזה, רכיבי רכב ומוצרי צרכנים, התעשייה פנתה לתוספים כימיים שיכולים לשחזר את השלמות פולימרית.בין היעיל ביותר של אלה הם מרחיבי שרשרת. אלה תוספים מיוחדים מגיבים כימית עם קבוצות קצה של רשתות פולימרים מקודמות כדי לקישור אותם, ביעילות לשחזר את המשקל המולקולרית ולשחזר את המאפיינים של ביצועים אלה.

הבנת האתגר של הפלסטיקים המחודשים

לפני ההתמקדות במנגנוני של מרחיבי שרשרת, חיוני להבין את האופי של ההשפלה פולימרית המתרחש במהלך מחזור החיים של מוצר פלסטי.רוב פולימרים חשובים מבחינה מסחרית - כולל פוליאתילן terephthalate (PET), פולימיד (PA), פוליקרבונט (PC), וחומצה פולילאקטית (PLA) - רגישים להפחתה תרמית, תרמיה ומדוקסטיבית.

במהלך שלב העיבוד הראשוני והשימוש בו, פולימרים נחשפים לחום, לקרינת UV, לחות וללחץ מכני.תנאים אלה לשבור את השרשראות המולקולריות הארוכות לשבריריות קצרות יותר, צמצום המשקל המולקולרי הממוצע (Mn ו- Mw) התוצאה היא אובדן של תכונות מכניות: החומר הופך להיות יותר מלוטש ממוחזר, פחות קשה, יותר נוטה להיכשל תחת עומס.

ההשפלה מורכבת במהלך עיבוד מחדש.החדירה, הזרקה עובש, או מפוצץ צעדים המשמשים להמיר פתיתי ממוחזר או אגן לתוך מוצרים מוגמרים כרוכים בטמפרטורות גבוהות ואת שערי כי עוד לשבור את השרשראות פולימרים.ללא התערבות, הביצועים של המוצר המחזר הסופי ממשיך לרדת עם כל מחזור עיבוד.זה, תופעה זו, המכונה ירידה נכסים, היא מכשול גדול להשגת מציאות מעגלית עבור פלסטיק מעגלי.

מרחיבי שרשרת מתייחסים לבעיה זו ישירות על ידי תגובה כימית לקבוצות הקצה התפקודיות שנשארות על רשתות פולימרים המידרדרות, מתחברות מחדש אותם ומשחזרות משקל מולקולרי.הם לא רק מפלסטיקים פיזיים שמשפרים באופן זמני; הם יוצרים קשרים כימיים קבועים שמשפרים ביסודם את תכונות החומר.

מכניזם של פעולה עבור שרשרת Extenders

מרחיבי שרשרת פועלים באמצעות מגוון רחב של תגובות כימיות בהתאם לקבוצות התפקודיות שלהם ואת הכימיה פולימר המטרה.העיקרון הבסיסי הוא זהה: התוסף מכיל שני אתרים או יותר תגובתיים שיכולים לחבר יחד שני שברים נפרדים של שרשרת פולימרים, להגדיל את אורך שרשרת ובכך את משקל מולקולרית כמה מרחיבי שרשרת להציג גם ענף או חסימת צלב מוגבל, אשר יכול לשפר עוד כוח היתוך וביצועים מכניים.

תגובות עם Condensation Polymers

היישום הנפוץ ביותר עבור מרחיבי שרשרת הוא עם פולימרים condensation כגון PET, PA, ו- PC. אלה פולימרים מכילים קבוצות קצה תגובתיות כגון חומצות קרקליטיליק (COOH), hydroxyls (OH), ו amines (NH2). a bifunctional או רב תפקודי שרשרת רב תפקודית מרחיבה עם קבוצות קצה אלה, הפיכה שתי שרשראות יחד באמצעות מולקולה קטנה או תגובה.

עבור PET, מנגנון השפלה הדומיננטי במהלך מחזור הוא פיסול שרשרת הידרוליטי, אשר מייצר carboxyl ו hydroxyl קבוצות קצה קצה.התראות הפנימית (IV) של PET טיפות באופן יחסי עם העלייה בקבוצות קצה carboxyl. שרשראות ממוחזרות עבור PET להגיב בדרך כלל עם קבוצות carboxyl.

עבור פולימדאס, פיסול שרשרת מתרחשת בעיקר באיגרות האג"ח של amide, יצירת amine ו carboxyl קבוצות קצה. Difunctional isocianates להגיב עם קבוצות amine ו carboxyl כדי ליצור קישורי urethane ו amide, בהתאמה, שיקום של רירית פוליגרפית. , אפריבית מבוססת אפריטיס הם גם יעיל עבור פולימדמים, להגיב בעיקר עם קבוצות carboxyl.

תגובות עם Biopolymers

PLA, פוליסטר ביומדלד הנגזר ממשאבים מתחדשים, משמש יותר ויותר באריזה פריטים חד פעמיים. עם זאת, PLA רגיש מאוד להשפלה תרמית הידרוליטית במהלך עיבוד, המוביל לירידה מהירה במשקל מולקולרי ומהירויות התכה. שרשראות מרחיבים על בסיס תחמוצות מרובות פונקציונליות או isocianates משמשים להגיב עם הקרboxyl ו-xyl של קבוצות קצה של יעילות מוגברת של מוצרי ריפבה כמו ריפאוגרפיה מולקולרית ותהליך ייצור זה מאפשר.

השפעות על מחסומים וצלב

בעוד הרחבה שרשרת ליניארית היא המטרה העיקרית עבור רוב היישומים, כמה מרחיבי שרשרת נועדו להציג תואר מבוקר של סניף שרשרת ארוכה (LCB) זה מועיל במיוחד עבור פולימרים כמו PET ו PA המשמש בתבנית מפוצץ ומדורג, שבו כוח היתוך ורחבה מוליכה נדרשת עיבוד דרמטי של ג'ל חומרים עמידים מתוחים באופן משמעותי, אשר מונעים נפיחות וקיר דק יותר עם שלוש קבוצות מתוחכמות יותר, או מופעלת לחץ דם יעיל יותר, אם כי הוא מסוגל לשפר את תהליכי עיבוד מתוחים בצורה יעילה יותר.

סוגים של צ'רצ'ינים וכימיה

הבחירה של מרחיב שרשרת תלויה בסוג הפולימרים, שיפורי הנכסים הרצויים, תנאי עיבוד, דרישות רגולטוריות (במיוחד עבור יישומי מגע למזון) השיעורים הנפוצים ביותר של מרחיבי שרשרת ביישומים מחזור כוללים epoxy מבוסס, isocyanate מבוסס, carbodiimide מבוסס, ותוספים מבוססי טיפול.

ארכיון תגיות: Afoxy-based chain Extenders

תרכובות epoxy פונקציונליות הן בין הגדלים הצדדיים והנפוצים ביותר של יישומים פוליסטר ופולימידמידה מחזורי. מוצרים מסחריים כגון styrene-acrygomers עם glycidyl methacrylate (GMA) קבוצות פונקציונליות זמינים כמו אדניפים שניתן להוסיף בקלות במהלך exgocy. אלה מכילים מספר רב של epoxyreoxy מגיבה במהירות זרז חשמלי.

יתרון מרכזי אחד של הרחבות שרשרת מבוסס epoxy הוא היכולת שלהם לשפר את תאימות של זרמי פולימר מעורב. כאשר מחזור האריזה רב שכבתית או פסולת לאחר consumer מעורב, תוספי epoxy יכול לפעול כמו compatibilizers, צמצום מתח בין גזעי בין שלבים לא-מסוגים ושיפור המאפיינים המכניים של תערובת. a-דוגמה ידועה היא שימוש רב פונקציונלית של סגסוגת מולקולארית למנוע ספקטרום קטן.

ארכיון תגיות: Isocyanate-based chain Extenders

Diisocianates כגון Hexamethylene diisocyanate (HDI) ו methylene diphenyl diisocyanate (MDI) הם מאוד תגובתי עם קבוצות hydroxyl ו amine, להרכיב urethane ו urea קישורים, בהתאמה, הם יעילים עבור פוליסטרים, פולימדמס, לייצר גירוי גבוה שלהם פוטנציאל רעיל (במיוחד עבור תהליכים מכניים).

Isocianates משמשים גם במחזור של קצף פוליאורטן ותרמופלסטים. במערכות אלה, מרחיב שרשרת מגיב עם קבוצות הידרוקסיל או amine על שרשראות פוליאורתטן degraded, לשחזר תכונות elastomeric ומאפשר עיבוד מחדש לתוך קצף חדש או חלקי עובש.

שרשרת מבוססת פחמימות

Carbodiimides יעילים במיוחד עבור ייצוב ושרשרת-extending פוליסטרים כמו PET ו- PLA. הם מגיבים במיוחד עם קבוצות קצה carboxyl כדי ליצור קישורי N-acylurea, ביעילות לחסל את קבוצות חומצה הקרקומית כי קטאז הידרדרות הידרוליטית נוספת.אפקט כפול זה - הרחבה שרשרת וייצוב - יוצרות יקר ערך עבור reboxyliing יישומים הם לעתים קרובות חשיפה יעילה נגד סדקים (picials) כמו גם תכונות אחרות.

Anhydride-based chain Extenders

פולימרים פונקציונליים זכריים משמשים בדרך כלל כמו מרחיבי שרשרת ו compatibilizers עבור פולימיד ופוליסטרים. קבוצת ahydride מגיבה במהירות עם amine hydroxyl קצות, ויצרת איתיקים מחזוריים ו קישורי ester.aated פוליאולfins משמשים נרחב כדי לשפר את החתך בין polyolefins ממוחזרים והנדסת פולימרים ב multicy-חומריות, בעוד הם מציעים יעיל של שרשרת יעילה.

דרישות מעבר למשפחות פולימר

השימוש במשכי שרשרת הוכח במגוון רחב של מערכות פולימרים ממוחזרות.כאן, אנו בודקים את אזורי היישום החשובים ביותר.

מקור: Bottle-to-Bottle and Beyond

מחזור PET הוא אחת הדוגמאות המוצלחות ביותר של מחזור לאחר-consumer, עם 4-L / g תשתית מבוססת היטב של איסוף ועיבוד.עם זאת, את המהירויות הפנימיות (IV) של rPET בדרך כלל טיפות מ- 0.80L / g עבור ייצור בקבוק צהובה-הדרגה נמוכה מ-00L / g לאחר מחזור מחזור מחזור מחזור מחזור אחד.

Polyamides: יישומי רכב והנדסה

תרופות ממחזוריות (PA6 ו- PA66) מגרד לאחר-תעשייתי (כגון פסולת סיבים או ספירות עובש) ומקורות לאחר-consumer (כגון שטיח רכב או תיקי אוויר) נוטים להפחית תכונות מכניות בשל ירידה תרמית הידרוליטית של חומרי ניקוי תרמיים.שרשרת מרחיבה גם את רמות ה-RPA פונקציונליות של מוצרי epPA או isocianates לשחזר את הכוח, ההשפעה דורשנית, עמידות, ופגיעה בשרירים של חומרים אלה, כדי להרחיב את רמות השרשרת ההפעלה של חומרים אלה.

PLA ממוחזר: הרחבת המעגליות של ביופוחיות

מחזור PLA עדיין מתפתח, אבל זה גדל עם התרחבות של תשתית ייצוג תעשייתית מחזור מחזורי. האתגר הראשון עם rPLA הוא השפלה תרמית מהירה במהלך עיבוד מחדש, אשר מוביל לירידה חמורה במהירויות התכה משקל מולקולרית. ההרחבה מרחיבי שרשרת, במיוחד epoxies פונקציונליות ו isocianates, יכול לשפר באופן דרמטי את עוצמת ההיתוך של rA, המאפשרת להורדת חומרים מכניים ופות, כדי לפתוח תכונות חדשות.

PC ו-PC /ABS

פוליקרבונט ו- PC /ABS משלבים ב-Cycar, אלקטרוניקה, ויישומים בנייה. במהלך מחזור, PC עובר הידרוליזה ונפיחות שרשרת, וכתוצאה מכך כוח השפעה מופחתת וצהובון. שרשראות מרחיבים עם bis-epoxide או bis-oxazoline מבנים יעילים כדי לחבר מחדש את יחידות bisphenol-A, לשחזר את הביצועים פוליקרבמין בחזרה עבור 2.

המונחים: formulation

היישום המוצלח של מרחיבי שרשרת דורש אופטימיזציה זהירה של מינון, ערבוב תנאים, ופרמטרים עיבוד. כמה גורמים יש לשקול.

אופטימיזציה

מינון מרחיב שרשרת בדרך כלל נע בין 0.1 ל 5 wt%, בהתאם לסוג פולימר, מידת ההשפלה, ואת המשקל המולקולרי היעד משקל. Too Little תוספת יביא הרחבה שרשרת לא מספקת, בעוד יותר מדי יכול להוביל לענפים מופרזים, היווצרות ג'ל, או crosslinking כי פוגעת עיבוד ותפקוד מכני.לדוגמה, עבור rPET, מינון של 0.5-1.5 של מינון של מינון של מאסטר מבוסס epoxy עשוי להיות גבוה יותר, הוא 1 / 0.

שילוב ותגובה

מרחיבי שרשרת משולבים ביעילות רבה במהלך התמזגות תערובת של גלאורד דו-קרב עם אלמנטים מספיק ערבוב כדי להבטיח הפצה אחידה.זמן התגובה תלוי הטמפרטורה ואת תגובתן של קבוצות פונקציונליות. תוספי מזון המבוססים על אפיקסי דורשים בדרך כלל 1-3 דקות של זמן מגורים בטמפרטורות עיבוד של 250-280 מעלות צלזיוס עבור PET. Isocianas להגיב מהר יותר ועשויים לדרוש מגורים קצרים יותר או זמנים חשובים כדי למנוע פיזור נוסף של עיצוב.

סינרגיות עם תוספות אחרות

מרחיבי שרשרת משמשים לעתים קרובות בשילוב עם מערכי ייצוב אחרים ומגזרים נכסים.לדוגמה, הוספת ייצוב חום (כגון נוגד חמצון זרפי) לצד הרחבות שרשרת יכול להגן על הפולימר מפני חמצון תרמי נוסף. סוכנים נוקלינג יכולים לשמש כדי לשלוט על שערי קריסטל, במיוחד עבור rPET ו rPA. Fillers חיזוקים יכול גם להיות משולב עם הרחבים כדי להתאים את התכונות הסופיות של חומרים ממתכת.

השפעה כלכלית וסביבתית

השילוב של מרחיבי שרשרת בפלסטיקה מחזור יש השלכות כלכליות וסביבתיות משמעותיות.מנקודת מבט כלכלית, מרחיבי שרשרת מאפשרים למחזרים לייצר פלט ערכי גבוה יותר מזרמים קלט באיכות נמוכה יותר.במקום צמצום של rPET לתוך סיבים או רצועה, מרחיבי שרשרת מאפשרים ייצור של רזוסין ברמת הבקבוק שמשלבת מחיר פרמיה.

העלות של מרחיבי שרשרת עולה בדרך כלל על ידי הערך המוגבר של פולימר ממוחזר.לדוגמה, העלות המצטברת של הוספת epoxy שרשרת מרחיבה את Masterbatch ל rPET היא לעתים קרובות $05- $0.10 פאונד ל פאונד, בעוד ש- rPET בקבוקית בקבוק ניתן למכור עבור $ 10-0.20 פאונד יותר סטנדרטי.PET. זה יוצר תמריץ חיובי עבור מחזור כלכלי כדי לאמץ את הטכנולוגיה.

(בסביבותיה, מרחיבי שרשרת תומכים בכלכלה המעגלית על ידי מתן מחזור באיכות גבוהה המפחית את הביקוש לפולימרים בתולה.הייצור של פלסטיק בתולה הוא אנרגיה-רגישה ומייצר פליטות גזי חממה משמעותיות.על פי הערכות מ-APR (APR), השימוש ב- PET ממוחזר במקום של בתולה PET מקטין את צריכת האנרגיה ב- 60% ו- CO2 על ידי שיפור של חומרים ממריצים כגון:

כיוונים עתידיים וחדשנות

תחום הגדלים של שרשרת עבור פלסטיק ממוחזר מתפתח במהירות, מונע על ידי הביקוש לביצועים גבוהים יותר, קיימות גדולה יותר, וכדאיות רחבה יותר.כמה מגמות מתעוררות הן ראויות לציון.

ראשית, הפיתוח של מרחיבי שרשרת מבוססי ביו-כיו הוא צובר תאוצה.מרחיבי שרשרת מסורתיים נגזרים ממקורות פטרוכימיים; עם זאת, חלופות המבוססות על ביולוגית כגון שמן סויה או נגזרות שמן מזחלות מציעים טביעת רגל פחמן מתחדשת. אלה מרחיבי שרשרת מבוססי-ביו נבדקים עם rPET ו rPLA, המציגות תוצאות מבטיחות במונחים של יעילות שרשרת וטביעת רגל סביבתית.

שנית, תהליכי חדירה תגובתיים מעודנים כדי לאפשר ניטור בזמן אמת ושליטה בתגובות הארכה שרשרת. Near-infrared spectroscopy ומערכות מדידה מולקולנטיות מאפשר למעבדים להתאים את המינון באופן דינמי בהתבסס על מידת ההשפלה בפועל בחומר הנכנס. גישה זו סגורה ממקסימה את היעילות ומפחיתה את הפסולת.

שלישית, מרחיבי שרשרת מתוכננים במיוחד עבור זרמי פולימרים מעורבים ושברירי פסולת מורכבים. תוספי Multi-functional שיכולים להגיב עם סוגים רבים של קבוצות קצה פולימר - לדוגמה, מולקולה אחת המכילה גם epoxy ו פונקציונליות ahydride - נמצאים בפיתוח. אלה הרחבים שרשרת אוניברסלי יכול לפשט את מחזור של פסולת פלסטיק מעורבת, צמצום הצורך עבור אנרגיה יקרה ורגיש.

לבסוף, שינויים רגולטוריים ומחויבות מותג לכלול תוכן ממוחזר הם מניעים אימוץ נוסף.התקנות של האיחוד האירופי וחבילת בזבוז (PPWR) ויוזמות דומות בארה"ב מציבות מטרות לתוכן ממוחזר באריזות.המשכי שרשרת יהיו מפתח המאפשרת עמידה ביעדים אלה ללא שילוב של ביצועי מוצר.

מסקנה

מרחיבי שרשרת הם מעמד רב עוצמה ורב צדדי של תוספי פולימרים כי לשחק תפקיד חיוני בפלסטיק המודרני מחזור. על ידי חיבור כימי שבור שרשרת פולימרים, הם לשחזר משקל מולקולרי, תכונות מכניות, ואת יכולת תהליך כדי degraded חומרים ממוחזרים.ממבק בקבוק עד ל-bottle recling כדי עיבוד של הנדסה פולימידים ו biopomers, ומאפשרים ייצור גבוה של יישומים מפלסטיק מתאים עבור יישומים ממוחזרים המתאימים.

היתרונות הכלכליים והסביבתיים ברורים: ההסתמכות מופחתת על פולימרים בתולה, צריכת אנרגיה נמוכה יותר, ירידה בפליטת גזי החממה, ויצירת כלכלה פלסטית מעגלית באמת.כפי שהמחקר ממשיך ונוסחאות חדשות עולה, מרחיבי שרשרת יהפכו אפילו יעילים יותר וזמין, עוזרים לסגור את הלולאה על פסולת פלסטיק ולבנות עתיד בר קיימא יותר.

(מחזרים, מעבדים חומריים ומעצבי מוצר, הבנת היכולות והמגבלות של מרחיבי שרשרת חיונית למקסימום את הערך והביצועים של פלסטיק ממוחזרים.על ידי שילוב תוספים אלה לתהליכים שלהם, הם יכולים לייצר חומרים העומדים בסטנדרטים הגבוהים ביותר של איכות תוך תרומה למאמץ הגלובלי להפחית את זיהום הפלסטיק ואת המשאבים הסגנית.