Како еволуирајућа технологија компатибилизатора омогућава рециклажу мешаног пластичног отпада?

Добављачи адитива и академици имају велики број готових или неразвијених решења за мешање некомпатибилних полимера како би се формирали материјали бољих перформанси и стабилнији материјали. Многа су развијена са циљем надоградње рециклиране пластике, често, али не искључиво, рециклираног материјала након потрошње (PCR). Многи, али не сви, користе технике калемљења малеинског анхидрида како би премостили границу између поларних и неполарних полимера или између неполарних, али и даље некомпатибилних полимера (нпр. PE и PP).

Америчка компанија Intermix Performance Materials је стартап компанија основана прошле године ради комерцијализације развоја технологије адитива за компатибилизацију етилен-пропилена са вишеблоковним компонентама, лиценциране од стране Универзитета Корнел. Основали су је Џеф Коутс, професор хемије и хемијске биологије на школи Тиш на Корнелу, Ендру Ариз, пословни аналитичар, и Тинг-Веи Лин, главни истраживач.

„HDPE и изотактички полипропилен (iPP) су најпроизведеније комерцијалне пластике на свету и имају слична оптичка својства, што процес сортирања ове две пластике у великим размерама чини изазовним“, каже Лин. Упркос сличним хемијским структурама, HDPE и iPP су некомпатибилни један са другим и стога производе крхак и безвредан материјал када се мешају топљењем. Ово омета ефикасност рециклаже ових пластика. Пријављено је да се мање од 7% и 1% тежине HDPE и iPP респективно рециклира.

Кроз партнерство са успостављенимрециклажа пластикеКомпанија Интермикс је добила серију пелета направљених од старог конопца и рибарских мрежа, углавном рециклираних из мора. Ове морске пластике имају однос тежине HDPE и iPP од приближно 1:1. Компанија каже да су мешавине крхке и да се не растежу без већег издужења. Додавањем 2% тежине компатибилизатора компаније, жилавост се може повећати на преко 800% издужења при кидању.

Лин каже да компатибилне мешавине HDPE/iPP „сада постају обећавајући материјали који се могу поново прерадити у производе без обзира на састав и неодвојивост рециклиране мешавине HDPE/iPP. Ово може значајно смањити трошкове рециклаже пластике и повећати ефикасност рециклаже.“

Интермикс тренутно има пет запослених који су фокусирани на истраживање производа и развој пословања и сарађује са бројним произвођачима ливница како би повећао производњу компатибилизатора са грамске на килограмску скалу. Лин каже: „Производи направљени од рециклираних мешавина HDPE/iPP ускоро би могли бити могући.“

Шведска компанија Nexam Chemical развила је концепт познат као „реактивна рециклажа“ како би побољшала перформансе мешаних рециклираних полимера које је тешко рециклирати. Један пример је рециклирани PP који садржи HDPE. „Nexamite R201 реагује са полимером и формира мешавину PP/PE како би се обезбедила компатибилност PP и PE“, каже Ларс Орн, главни маркетинг директор компаније. Код мешавина од 85% rPP и 15% rHDPE, тестови затезања су показали мање варијације.

Још један пример примене је ПЕ који садржи ПА. Када је Нексамит Р405 додат мешавини од 93% ХДПЕ и 7% ПА6, тестови затезања су показали побољшана механичка својства и изглед површине. Граница течења је такође побољшана, а чврстоћа на лом је упоредива са чврстоћом чистог ХДПЕ-а.

Охрн није открио специфичну хемијску реакцију која је коришћена, али је рекао да није заснована на калемљењу малеинског анхидрида. Он каже: „Делимира на полиолефинима, али такође може да премости и реагује са поликондензатима. Као и код свих реактивних екструзија, потребна вам је права мешавина и унос енергије да бисте добили најбоље резултате.“ Nexamite R201 и R405 су доступни у облику мастербача.

Најновији додатак портфолију компаније Nordic Grafting Company (NGC) је Acti-Tech Compatibilizer 16MA11F, базиран на калемљеном малеинском анхидриду (MA) Vistamaxx, полукристалном кополимеру компаније ExxonMobil. Нови адитив је у складу са прописима EU 10/2011 о контакту са храном и пружа рециклерима и прерађивачима универзални компатибилизатор који се лако додаје како би се повећала вредност мешавина које садрже различите полимере за паковање, укључујући полиолефине, EVOH, PA и PET, према NGC-у, који је лиценциран од стране ExxonMobil-а за ову технологију.

Производи компаније Acti-Tech могу се додавати у свим фазама процеса рециклаже: током интерне или пре потрошачке рециклаже од стране калупа, током регранулације са или без филтрације од стране рециклера или током регранулације од стране рециклера или модификатора. Компанија каже: „Представља идеално решење за рециклажу мешаних полимерних сировина из постиндустријске рециклаже (PIR) или постпотрошачке рециклаже (PCR), као и интерног отпада, омогућавајући да се ове рециклиране пластике користе у новим или постојећим производима без угрожавања перформанси крајње употребе.“

Према NGC-у, Acti-Tech 16MA11F показује побољшану дисперзију и смањену величину дисперговане фазе честица PA и PET у полиолефинским подлогама (типичан однос PA/PE од 40/60). Квентин Ле Пиуф, менаџер за развој пословања компаније, каже: „Поред тога, додавање 4% Acti-Tech Compatibilizer 16MA11F рециклираним баријерним филмовима (LDPE 60% / PA 30% / EVOH 10%) резултирало је већим опоравком филма и оптичких својстава у поређењу са некомпатибилизованим мешинама и нижим трошковима.“

Акти-Тек адитиви се тренутно тестирају у различитим врстама отпада пре потрошње, после индустрије и након потрошње, укључујући амбалажу од вишеслојне заштитне фолије, као и термоскупљајуће рукаве, контејнере за козметику и хемикалије за заштиту биља обликоване дувањем, круту амбалажу, ојачане/вишеслојне цеви и црева, мреже за рибарство, простирке и тепихе.

Према Ле Пиуфу, Acti-Tech 16MA11F се такође може користити као средство за везивање за био-базиране (скроб, целулоза), дрвене композитне (WPC) и природне влакнасте (NFC) материјале. Неколико примена које користе овај универзални компатибилизатор биће комерцијализовано у наредним месецима“, каже он.

Проширивање домета

Компанија Polyscope Polymers са седиштем у Холандији, чије је основно пословање засновано на стирен-малеинском анхидриду, тврди да је значајно повећала свој тржишни удео у овом сектору током последње деценије. Очекује се да ће њено преузимање од стране Vertellus-а почетком ове године подржати њене амбиције за будући раст. „Овом аквизицијом, Polyscope проширује своје присуство на тржишту специјалних адитива“, рекао је Патрик Муезерс, извршни директор Polyscope-а, „и моћи ћемо да искористимо глобалне ресурсе, могућности и снажну лидерску позицију на тржишту Vertellus-а како бисмо боље служили нашим постојећим и новим купцима.“

Потенцијалне синергије између портфолија Polyscope и Vertellus се тренутно истражују. muezers каже: „Нове синергије ће се наставити појављивати, али се етилен MA кополимер ZeMac који нуди Vertellus показао као веома комплементаран тренутној понуди Polyscope-а.“

„Комбинација наших адитива ће нам помоћи да одговоримо на питања наших купаца о оптимизацији Xibond мешавина“, рекао је он. „Већ видимо све већу потражњу за одрживијим решењима. На пример, покренули смо низ пројеката за подршку преради био-базиране пластике у PLA/PBAT комбинацијама са нашим адитивима. У овом пројекту, наши Xibond компатибилизатори су кључни за постизање оптималних перформанси у применама и развоју, укључујући прелазак са традиционалних PE кеса на биоматеријалне кесе за куповину.“

„Поред тога, све више видимо могућности да понудимо решења за повећање цикличности различитих полимера. Неки од наших купаца чак откривају да наши компатибилизатори помажу у мешању 'пластичне мешавине' са АБС-ом како би се направиле мешавине које могу учинити ПЕТ/АБС мешавине доступним за примене као што су електрична кућишта“, објашњава Муезерс.

„Коначно, стекли смо искуство у вези са Xibox сервисним моделом, који користимо да помогнемо нашим купцима да убрзају развој производа, скраћујући недеље, а у неким случајевима и месеце, од процеса развоја. Користимо мале мини екструдере за брзо тестирање формулација наших купаца.“

Наводно је концепт скрининга Xibox усвојило неколико купаца који се суочавају са изазовом рециклаже више материјала.
Производи компаније Tisan Engineering Plastics из Турске, Olebond, су полимери калемљени малеинским анхидридом, произведени реактивном екструзијом. Компанија тврди: „У зависности од нивоа калемљења и врсте полимера, Olebond помаже у побољшању својстава материјала делујући као компатибилизатор, средство за везивање, модификатор удара и везиво.“

Олебонд 7401 је базиран на ПП са високим садржајем малеинске киселине додате да делује као средство за везивање између полимера и пунила. Компанија каже да 7401 такође помаже у побољшању механичких својстава мешавина ПП и некомпатибилних полимера као што је ПА.
Олебонд 7402 се користи као компатибилизатор и средство за везивање у применама као што су материјали за каблове без халогена, вишеслојне цеви, ламинати и мешавине ПЕ са другим полимерима. Као компатибилизатор, каже се да Олебонд 7402 побољшава међуфазну адхезију ПЕ на полимере као што су ПА и други полиолефини. Тисан каже: „Олебонд 7402 обезбеђује оптималну дисперзију између минералних пунила, влакана и полимерних подлога и побољшава механичка својства модификоване пластике. На пример, када се користи у модификованим материјалима пуњеним талком, Олебонд 7402 удвостручује дисперзију талка.“

Остале врсте Олебонда укључују производе на бази АБС-а и ЕВА-е који се могу користити као компатибилизатори у различитим производима. 7404 је АБС калемљен малеинским анхидридом, а 7405 је етилен винил ацетат (ЕВА) калемљен малеинским анхидридом.
Корејска компанија SK Functional Polymer (SKFP) испоручује компатибилизаторе и акцелераторе рециклаже који, како се каже, омогућавају корисницима да претворе мешани пластични отпад у материјале високе вредности (компанија је настала аквизицијом Arkema-иног пословања са функционалним полиолефинима од стране SK Geo Centric 2020. године).

Лолита Огел, менаџерка за развој пословања компаније у Француској, каже: „SKFP је усмерио велики део својих истраживачких напора на развој реактивних полиолефина који чине механички рециклиране пластичне мешавине компатибилним. Лотадер реактивни терполимери и Оревац калемљене смоле се широко користе као компатибилизатори за различите мешавине. SKFP не само да има решења за рециклирана решења за мешавине као што су rPET/rPE, rPET/rPP, rPA/rPE, rPA/rPP, rPA/rPET... такође и за PE/EVOH мешавине.“

Лотадер 4210 малеинска киселина је комерцијално доступна за надоградњу рециклираног PE и EVOH вишеслојног отпада (коначни материјал је ограничен на примену која није у прехрамбеној индустрији). SKFP каже да још један успешан пример користи Лотадер AX у рециклираном PET-у контаминираном полиолефинима који нису потпуно елиминисани током процеса сортирања.

Компанија SKFP каже да је такође показала да је њен нови асортиман високо хетерогених Lotryl T акрилатних кополимера високо ефикасно решење за појачавање рециклираних стиренских смола, нудећи значајно побољшана својства удара. Компанија такође нуди решења за побољшање отпорности на удар и модулацију вискозности rABS материјала комбиновањем нереактивних Lotryl високо поларних кополимера са реактивним Lotader AX. Хаугел каже: „Комбинација поларности и реактивности ових смола је кључ успешног побољшања рециклираног пластичног отпада.“

За калемљене полиолефини компаније Orevac се каже да се широко користе као средства за везивање за пуњене PP и PE модификоване материјале. Асортиман производа обухвата калемљени PP, калемљени HDPE/LLDPE и калемљени EVA. Садржај реактивног малеинског анхидрида у овим производима варира, али што је већи садржај, то су ефикаснији као средства за везивање. Погодни су за употребу са ATH, MDH, другим минералним пунилима, као и стакленим и природним влакнима.

Председник петрохемикалије Салваторе Монте каже да се компатибилност различитих полимера може постићи употребом реактивних полимера за калемљење: као што су ПП калемљен малеинским анхидридом, биполарни кополимери (нпр. SEBS), иницијатори калемљења слободних радикала (нпр. диизопропилбензен пероксид) и органометални агенси за купловање (нпр. титанати). Већина произвођача модификатора ће разматрати хетероатомске титанатне агенсе за купловање само када постоје проблеми са пунилима или адхезијом на различите подлоге“, каже он. Али у ствари, то су термички стабилни катализатори који могу реполимеризовати различите полимере у растопу екструдера, баш као што се титаноцен и ZN катализатори користе за полимеризацију мономера.

Рекао је: „Једна од предности хетероатомског титанатног катализатора је то што резултујући полимер брже тече на нижим температурама, са благим повећањем затезне чврстоће и значајним повећањем издужења. Коришћење додатка катализатора од 0.2% по тежини за смањење температуре обраде је нови начин за проширење прозора обраде за различите полимере, као што су PC који обично захтева високе температуре обраде (изнад 300°C) и PVC који је обично осетљив на топлоту.“

Монте наводи да је при овој брзини додавања, адитив удвостручио излаз екструзије провидног профила кућишта рачунарског чипа од uPVC-а на смањеној температури обраде од 47°C. Такође побољшава ток растопа на смањеној температури обраде од 100°C за бризгање PC модификатора ојачаног стакленим влакнима са 40% стаклених влакана, који купци користе већ дуги низ година за производњу основа за млинске камене ливењем модификатора на челичне лимове.

Модификатори и компатибилизатори ће играти кључну улогу у преласку са линеарне на циркуларну економију, каже Дау, који развија додатне производе за подршку рециклажи некомпатибилних комбинација материјала. Његов полимерни модификатор Retain 3000, дизајниран за рециклажу постиндустријских филмова који садрже EVOH, наводно минимизира желирање, док се квалитет Fusabond користи као модификатор удара и компатибилизатор у полиолефинским рециклатима након потрошње.