Bronisław SAMUJŁO

Wpływ wprowadzenia recyklatu

do polietylenu uniepalnionego na wybrane wielkości charakteryzujące proces wytłaczania

W artykule przedstawiono wpływ zastosowania polietylenu recyrkulowanego na proces wytłaczania polietylenu dużej gęstości modyfikowanego bezhalogenowym środkiem opóźniającym palenie. Ustalono zależność ciśnienia i temperatury wytłaczanego tworzywa, momentu obrotowego ślimaka oraz wydajności procesu wytłaczania od prędkości obrotowej ślimaka oraz ilości wprowadzonego recyklatu. Zaobserwowano, że wprowadzenie do tworzywa poniżej 20% recyklatu nie wpływa niekorzystnie na proces wytłaczania.

Słowa kluczowe: wytłaczanie, polietylen uniepalniony, polietylen recyrkulowany

1. Wstęp

Ograniczenie palności polietylenu (PE) przeznaczonego do wytwarzania kształtowników, powłok i rur jest osiągane poprzez zastosowane różnorodnych środków zmniejszających palność, które w wielu przypadkach przyczyniają się do zwiększenia wydzielania dymów i toksycznych produktów rozkładu i spalania. Za najbardziej bezpieczne środki opóźniające palenie, nietoksyczne i zmniejszające wydzielanie dymu, są uznawane nieorganiczne wodorotlenki metali, w tym wodorotlenek glinu (ATH) [3, 7, 8]. Stosowanie ATH do zmniejszania palności PE-HD jest nadal ograniczone ze względu na występujące trudności przy jego wprowadzaniu do polietylenu w odpowiedniej ilości, warunkującej znaczny stopień uniepalnienia, prowadzeniu prawidłowego i wydajnego procesu wytłaczania oraz otrzymaniu wytłoczyny o wymaganych właściwościach [2÷8]. W dostępnej literaturze można odnaleźć stosunkowo niewiele informacji dotyczących procesu wytłaczania PE-HD zawierającego ATH w ilości powyżej 50% i są to najczęściej prace prowadzone w skali laboratoryjnej. Brak jest także doniesień dotyczących wykorzystania w tego typu zastosowaniach polietylenu wtórnego [3, 9]. Z tego względu, w ramach prowadzonych szerszych badań procesów i zjawisk związanych z otrzymywaniem, przetwórstwem oraz właściwościami polietylenu modyfikowanego ATH, podjęto badania dotyczące wpływu dodatku polietylenu wtórnego na proces wytłaczania PE-HD modyfikowanego ATH i innymi środkami pomocniczymi [3÷5].

2. Część doświadczalna

2.1. Wytworzenie tworzywa

W relacjonowanych badaniach wykorzystano tworzywo bazowe oparte na polietylenie dużej gęstości Lupolen 5021 DX (ρ = 950 kg/m³, MFR (190ºC; 2,16 kg) = 0,3 g/10 min), do którego wprowadzano ATH Martinal^®OL-104G (d₉₀ = 2,2 ÷ 5,2 μm, ρ = 2400 kg/m³, BET = 3 ÷ 5 m²/g) w ilości 60% oraz środki pomocnicze do procesu wytłaczania w ilości 3% (próbka oznaczona jako 1) [4, 5]. Jako polietylen wtórny zastosowano regranulat otrzymany w procesie rozdrabniania nożowego odpadów produkcyjnych rur instalacyjnych z PE-HD. Regranulat wprowadzano do tworzywa bazowego w ilościach od 10 (próbka 2) do 20% (próbka 3), częściowo zastępując w recepturze oryginalny PE-HD. Proces mieszania przeprowadzono przy wykorzystaniu linii technologicznej wytłaczania z granulowaniem, w której skład wchodziła dwuślimakowa wytłaczarka współbieżna ZE-25-33D firmy Berstorff, głowica wytłaczarska z dyszą dwukanałową, urządzenie ochładzające, urządzenie osuszające oraz granulator [1, 4, 5].

2.2. Proces wytłaczania

Proces wytłaczania otrzymanych tworzyw przeprowadzono za pomocą wytłaczarki laboratoryjnej Plasti-Corder PLV 151 produkcji firmy Brabender, wyposażonej w głowicę wytłaczarską liniową do wtłaczania płyt, urządzenie odbierające taśmowe oraz kamerę termowizyjną V-20 (Vigo Systems S.A.). Proces wytłaczania był prowadzony w zmiennej prędkości ślimaka (ν = 0,5; 0,75; 1,00; 1,25; 1,67 s^-1), oraz temperaturze w poszczególnych strefach funkcjonalnych układu uplastyczniającego wytłaczarki oraz głowicy wytłaczarskiej wynoszącej odpowiednio t₁ = 165°C, t₂ = 175°C, t₃ = 185°C, t_g = 180°C.

Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej ślimaka v, dla wszystkich tworzyw badanych wzrasta ciśnienie p tworzywa w głowicy wytłaczarskiej, moment obrotowy M ślimaka wytłaczarki (rys. 1) oraz masowe natężenie przepływu tworzywa przez dyszę głowicy wytaczarskiej G (tab. 1). Wraz ze zwiększaniem zawartości recyklatu w tworzywie wartości p, M oraz G maleją w stosunku do wartości wymienionych wielkości otrzymanych podczas wytłaczania tworzywa bazowego, intensywniej wraz ze wzrostem v. Charakter otrzymanych zależności można powiązać ze zmniejszaniem masy cząsteczkowej PE-HD wtórnego podczas ponownego wytłaczania. Także zawarte w recyklacie środki pomocnicze mogą zmniejszać tarcie zewnętrzne i wewnętrzne podczas wytłaczania tworzywa, co prowadzi do obniżenia lepkich oporów przepływu w układzie uplastyczniającym i kanałach głowicy wytłaczarskiej. Może to także wpłynąć na pogorszenie zdyspergowania ATH w tworzywie. Podczas próby wytłaczania tworzywa oznaczonego jako 3 zaobserwowano zwiększone pulsacje ciśnienia oraz wzrost temperatury tworzywa, co miało także wpływ na mniejszą stabilność wydajności procesu i kształtu oraz wymiarów wytłoczyny.

a) b)

Rys. 1. Zależność ciśnienia p tworzywa w głowicy wytłaczarki (a) i momentu obrotowego M ślimaka wytłaczarki (b) od prędkości obrotowej v ślimaka: 1 - tworzywo bazowe, 2 - zwierające 10% recyklatu, 3 - zwierające 20% recyklatu

Fig. 1. Dependence of the pressure of polymer material in the extruder head p (a) and the screw torque M (b) on the screw rotation speed v: 1 - base polymer material,

2 - including 10% of recyclate, 3 - including 20% of recyclate

Tablica 1

Wydajność procesu wytłaczania

The extrusion process capacity

Oznaczenie próbki	Prędkość ślimaka v, s^-1
		0,50	0,75	1,00	1,25	1,67
		Wydajność , g/s
1	0,340	0,498	0,622	0,678	1,033
2	0,277	0,320	0,540	0,682	0,862
3	0,297	0,367	0,505	0,642	0,735

3. podsumowanie

Na podstawie przeprowadzonych badań zaobserwowano, że wraz ze zwiększaniem ilości (powyżej 10%) recyklatu wprowadzanego do uniepalnionego wodorotlenkiem glinu polietylenu zmniejszeniu ulegają opory przepływu tworzywa przez kanały układu uplastyczniającego i głowicy wytłaczarskiej, spada wydajność oraz pogarsza się stabilność procesu wytłaczania.

LITERATURA

[1] Jeziórska R., Studium procesu wytłaczania reaktywnego, Lublin, Wydawnictwo PL 2005.

[2] Jurkowski B., Jurkowska B., Sporządzanie kompozycji polimerowych, Warszawa, WNT 1995.

[3] Samujło B.: Rozprawa doktorska, ATR w Bydgoszczy, Lublin-Bydgoszcz 2001.

[4] Samujło B., Garbacz T., The polyethylene modification of halogen-free flame retardants, PPS Europe/Africa Meeting, Pretoria, RPA 2006

[5] Samujło B., Kowalska B., Modyfikacja polietylenu dużej gęstości bezhalogenowym środkiem opóźniającym palenie. XII Profesorskie Warsztaty Naukowe „Przetwórstwo Tworzyw Polimerowych”. Wydawnictwo Uczelniane ATR w Bydgoszczy. Zeszyty Naukowe nr 246. Chemia i Technologia Chemiczna 11, Bydgoszcz 2006, 135.

[6] Sikora J.W., Konstrukcyjne metody zwiększania efektywności uplastyczniania. Przetwórstwo Tworzyw 2006, 12, 53.

[7] Sikora R. (red.), Przetwórstwo tworzyw polimerowych. Podstawy logiczne, formalne i teminologiczne, Lublin, Wydawnictwo PL 2006.

[8] Sikora R., Tworzywa wielkocząsteczkowe - Rodzaje, właściwości i struktura, Lublin, Wydawnictwo PL 1991.

[9] Wąsicki A., Piszczek K., Wpływ wielokrotnej recyrkulacji materiałowej na właściwości polietylenu małej gęstości, Chemik 2003, 1, 16.

Praca wykonana w ramach projektu badawczego MNiSW nr 4 T08E 045 25

THE INFLUENCE OF RECYCLATE INTRODUCtion

INTO UNFLAMMABLE POLYETHYLENE

ON SELECTED CONDITIONS DEFINING THE EXTRUSION PROCESS

Summary

The efficiency of recycled polyethylene using in extrusion process of high-density polyethylene modified by halogen-free flame retardants was presented in the article. The dependence of pressure and temperature of extruded polymer, screw torque and process capacity on screw rotation speed and the amount of used recyclate were determined. It was observed that introducing less than 20% recyclate do not have a negative influence on the extrusion process.

Key words: extrusion, non-flammable polyethylene, recycled polyethylene

dr inż. Bronisław Samujło

Politechnika Lubelska, Katedra Procesów polimerowych, ul. Nadbystrzycka 36, 20-618 Lublin

tel. [phone], e-mail: [e-mail]

4

B. Samujło

3

Wybrane aspekty zastosowania recyklatu w procesie wytłaczania …

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI POZNAŃSKIEJ

Nr X Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007

---