Upcycling von Polypropylen: Herstellung von Schäumen

Abstract

Aufgrund seiner Anfälligkeit für thermische und UV-induzierte Degradation erleidet Polypropylen (PP) sowohl während der Gebrauchsdauer, als auch im Zuge des Recyclings einen Qualitätsverlust. Im Rahmen des Projekts ¿Innovative Polymer Recycling¿ wurden unterschiedliche, ursprünglich lineare, PP-Typen langkettenverzweigt um für das Schäumen erforderliche Werkstoffeigenschaften zu erzeugen. Ziel dieser Arbeit war es die erzeugten Proben mit zwei unterschiedlichen Verfahren zu Schäumen und die Qualität der resultierenden Schäume zu bewerten. Die Schäume wurden hinsichtlich ihrer Dichte sowie ihrer Zellmorphologie untersucht. Die Zelldichte, Zellgröße und die Streuung der Zellgröße wurden anhand von Mikroskopieaufnahmen ausgewertet. Um die Qualität der erzeugten Schäume beurteilen zu können wurden sie mit einer industriellen PP-Schaumtype verglichen, welche unter gleichen Bedingungen verarbeitet wurde. Bevor die Hauptversuchsreihe gestartet werden konnte, musste durch Vorversuche geklärt werden, ob und unter welchen Voraussetzungen mit dem gegebenen Setup ein erfolgreiches PP-Schäumen überhaupt möglich war. Im Autoklaven wurden die Proben mit superkritischem CO2 geschäumt. Die niedrigste erreichte Kerndichte eines rezyklierten Werkstoffs lag bei 23kg/m³. Erwartungsgemäß ließ sich die industrielle Schaumtype, aufgrund ihrer viel stärker ausgeprägten Dehnverfestigung im Vergleich zu den rezyklierten Proben, besser schäumen. Es zeigt sich, dass ein höheres Molekulargewicht des rezyklierten Werkstoffs diesen Nachteil jedoch teilweise kompensieren konnte. Im Extruder wurde mithilfe eines chemischen Treibmittels geschäumt. Es konnte nicht gezeigt werden, dass sich die Langkettenverzweigung positiv auf die Schäumbarkeit der PP-Proben auswirkte. Die erzeugten Schäume unterschieden sich jedoch stark in ihrer Zellmorphologie. Der Vergleich mit der industriellen Schaumtype zeigte, dass mit dieser zwar die geringste Dichte erzielt werden konnte, die Schaumstruktur bei einigen rezyklierten Proben jedoch homogener war.

Due to its vulnerability to thermal and UV-induced degradation, polypropylene (PP) suffers a loss of quality during both its service life and recycling. In the course of the "Innovative Polymer Recycling" project, various, originally linear, PP types were long-chain-branched to produce material properties required for foaming. The aim of this thesis was to foam these samples using two different foaming methods and to evaluate the quality of the foams produced. The foams were examined regarding their density as well as their cell morphology. The cell density, cell size and cell size distribution were evaluated using microscopy images. In order to be able to evaluate the quality of the foams produced, they were compared to an industrial PP foam type, which was processed under the same conditions. Before the different samples were foamed, it had to be evaluated if and under which conditions a successful foaming process could be carried out using the available equipment. In the autoclave system the samples were foamed with supercritical CO2. The lowest achieved core density of a recycled material was 23kg/m³. As expected the industrial foam type showed an even better foamability due to its much more pronounced strain hardening compared to the recycled samples. However, a higher molecular weight of the recycled material could partly compensate for this disadvantage. In the twin-screw extruder the samples were foamed using a chemical blowing agent. It could not be shown that the long-chain-branching had a positive effect on the foamability of the PP-samples. However, the foams produced differed strongly in their cell morphology. The comparison with the industrial foam type showed that although the smallest density could be achieved using the commercial product, the foam structure was more homogeneous in some recycled samples.