Δυναμικές θερμομηχανικές ιδιότητες εμπορικού ανακυκλωμένου PET και συμπεριφορά μετά τη γήρανση αυτού
Creators: name: Μαλίνης, Ιωάννης Κωνσταντίνου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Διαχείριση πλαστικών απορριμμάτων
Ανακύκλωση πολυμερών
Οδηγία ευρωπαϊκής επιτροπής ΕΚ 282/20084
Υλικά συσκευασίας τροφίμων
Περιβάλλοντα γήρανσης
DMA
Ενέργεια ενεργοποίησης
rPET
Plastic waste management
Recycling of polymers
European Commission Regulation directive 282/20084
Food packaging materials
Ageing environments
Activation energy

description: Ο πολυ(τερεφθαλικός αιθυλενεστέρας), ο γνωστός ΡΕΤ, ως ο κυριότερος αντιπρόσωπος της καθημερινής συσκευασίας τροφίμων και ποτών, κυριαρχεί στους τελικούς αποδέκτες στερεών απορριμμάτων λόγω της σύντομης διάρκειας χρήσης του. Η χημική δομή όμως του γραμμικού αυτού πολυεστέρα από τη μια και η αρκετά αναπτυγμένη τεχνολογία ανακύκλωσής του από την άλλη, είναι ικανές να διαθέτουν στο εμπόριο πια πρώτη ύλη προερχόμενη από διεργασίες ανακύκλωσης, γνωστή ως rPET. Μάλιστα, οι έλεγχοι έχουν δείξει ότι το rPET είναι κατάλληλο για επαφή με τρόφιμα, συνεπώς μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις των συσκευασιών τους. Η παρούσα διπλωματική εργασία ορμώμενη από την πρόσφατη αντικατάσταση παραδοσιακών πολυμερικών υλικών με νέα φιλικότερα προς το περιβάλλον, στοχεύει στη μελέτη θερμομηχανικών ιδιοτήτων των δυο πολυεστέρων και της ανταπόκρισής τους σε περιβάλλοντα γήρανσης. Πιο συγκεκριμένα επιστρατεύτηκε η Δυναμική Θερμομηχανική Ανάλυση (DMTA) όπου το μέτρο ελαστικότητας Ε΄ και το μέτρο αποθήκευσης Ε΄΄ καταγράφονται συναρτήσει της αυξανόμενης θερμοκρασίας. Η καταγραφή του σημείου Τg ως κορυφή της καμπύλης απωλειών tanδ είναι σημαντική ενώ η εφαρμογή ταλάντωσης με πολλαπλές συχνότητες f (από 0,1 έως 100 Hz) βοηθά στον υπολογισμό της Εα που αντιστοιχεί στην υαλώδη μετάβαση του υλικού. Αποθήκευση δοκιμίων των δυο πολυεστέρων σε θάλαμο ακτινοβολίας UV (254 nm) σήμανε επιταχυνόμενη φωτοξείδωση του υλικού, ενώ βύθιση δοκιμίων σε Η2Ο στους 50 οC σήμανε επιταχυνόμενη υδρόλυση του υλικού, σε διάστημα έως 4 εβδομάδες. Αποδείχτηκε ότι καταρχάς οι δυο πολυεστέρες έχουν κοντινά μηχανικά χαρακτηριστικά, με αυτά του rPET να είναι αμελητέως χαμηλότερα. Οι τιμές του Ε΄ διατηρούνται για το rPET σε υψηλές γενικά τιμές σε κάθε περίπτωση γήρανσης. Πιο αναλυτικά, η φωτοξείδωση για μικρό χρόνο έκθεσης έχει ως αποτέλεσμα την ελαφρά θερμομηχανική ενίσχυση του υλικού, συμπεραίνοντας ότι λαμβάνουν χώρα μικρής έκτασης αντιδράσεις διασταύρωσης μεταξύ των αλυσίδων, μέσω των εστερικών ομάδων που οξειδώνονται. Στο διάστημα των 4 εβδομάδων έκθεσης στο UV, δεν παρατηρείται υποβάθμιση του rPET. Από την άλλη, η σύντομη βύθιση σε θερμό Η2Ο έχει ως αποτέλεσμα την εκκίνηση της διεργασίας πλαστικοποίησης στη μάζα του υλικού, η οποία όμως δεν περνά στο φαινόμενο της υδρόλυσης του πολυεστέρα. Αυτό φαίνεται από τη συγκράτηση των τιμών Ε΄ σε καλά επίπεδα, παρά την υποχώρηση των σημείων Tg. Εν κατακλείδι, το rPET μπορεί επάξια να αντικαταστήσει το πρωτογενές ΡΕΤ ως υλικό συσκευασίας.
description: Poly(ethylene terephthalate), the well-known PET, as the main representative of the daily packaging of food and beverages, dominates the final recipients of solid waste due to its short life expectancy of use. However, the chemical structure of this linear polyester, on the one hand, and its fairly developed recycling technology on the other, are able to circulate raw materials derived from recycling processes, known as rPET. In fact, tests have shown that rPET is suitable for contact with food, therefore it can meet the requirements of their packaging. The present study, motivated by the recent replacement of traditional polymeric materials with new, more environmentally friendly ones, aims to study the thermomechanical properties of the two polyesters and their response to aging environments. More specifically, the Dynamic Thermomechanical Analysis (DMTA) was employed, where the modulus of elasticity E΄ and the storage modulus E΄΄ are recorded as a function of increasing temperature. Recording the Tg point as the peak of the tanδ loss curve is important while the application of oscillation with multiple frequencies f (from 0.1 to 100 Hz) helps to calculate the Ea corresponding to the glass transition of the material. Storage of samples of the two polyesters in a UV radiation chamber (254 nm) indicated accelerated photooxidation of the material, while immersion of samples in H2O at 50 ºC indicated accelerated hydrolysis of the material, over a period of up to 4 weeks. It turned out that at first the two polyesters have close mechanical characteristics, with those of rPET being negligibly lower. The values of E are maintained for rPET at generally high values in each case of aging. In more detail, photooxidation for a short exposure time results in a slight thermomechanical strengthening of the material, concluding that small-scale cross-linking reactions take place between the chains, through the ester groups that are oxidized. Over 4 weeks of UV exposure, no degradation of rPET is observed. On the other hand, the short immersion in hot H2O results in the initiation of the plasticization process in the mass of the material, which, however, does not pass into the phenomenon of hydrolysis of the polyester. This can be seen from the retention of E΄ values at good levels, despite the retreat of Tg points. In conclusion, rPET may well replace virgin PET as a packaging material.