Kompatibilisatoren haben sich bei der Verbesserung wichtiger Eigenschaften wie dem Schlag-/Steifigkeitsgleichgewicht von PCR- und PIR-Mischungen aus Polyolefinen und anderen Kunststoffen als wirksam erwiesen.#nachhaltige Entwicklung
Recycelte HDPE/PP-Probe ohne Dow Engage-Kompatibilitätsvermittler (oben) und recycelte HDPE/PP-Probe mit Engage POE-Kompatibilitätsvermittler.Durch die Kompatibilität verdreifachte sich die Bruchdehnung von 130 % auf 450 %.(Foto: Dow Chemical)
Da das Kunststoffrecycling weltweit zu einem wachsenden Markt wird, werden kompatible Harze und Additive zunehmend zur Lösung von Hybridharzproblemen in Bereichen wie Verpackungen und Konsumgütern, Bauwesen, Landwirtschaft und Automobilindustrie eingesetzt.Die Verbesserung der Materialleistung, die Verbesserung der Verarbeitung sowie die Reduzierung von Kosten und Umweltbelastung gehören zu den größten Herausforderungen, wobei gängige Verbraucherkunststoffe wie Polyolefine und PET die Nase vorn haben.
Ein großes Hindernis für den Einsatz recycelter Materialien ist die kostspielige und zeitaufwändige Trennung unverträglicher Kunststoffe.Indem sie das Mischen inkompatibler Kunststoffe in der Schmelze ermöglichen, tragen Kompatibilisatoren dazu bei, die Notwendigkeit einer Trennung zu reduzieren und ermöglichen es Materialherstellern, qualitativ hochwertigere Produkte herzustellen. Gleichzeitig erhöhen sie den Recyclinganteil und erschließen neue minderwertige und kostengünstige Quellen, um die Kosten zu senken.
Zu diesen recycelbaren Kompatibilisatoren gehören spezielle Polyolefin-Elastomere, Styrol-Blockcopolymere, chemisch modifizierte Polyolefine und Additive auf Basis der Titan-Aluminium-Chemie.Auch andere Neuerungen sind erschienen.Von allen wird erwartet, dass sie auf den kommenden Messen im Mittelpunkt stehen.
Laut Dow eignen sich Engage POE und Infuse OBC aufgrund des PE-Rückgrats und der Alpha-Olefine als Comonomere am besten für die HDPE-, LDPE- und LLDPE-Kompatibilität mit Polypropylen.(Foto: Dow Chemical)
Spezielle Polyolefin-Elastomere (POE) und Polyolefin-Plastomere (POP), die ursprünglich eingeführt wurden, um die Eigenschaften von Polyolefinen wie Schlag- und Zugfestigkeit zu verbessern, haben sich als Kompatibilisatoren für recyceltes PE und PP entwickelt und werden manchmal auch mit anderen Materialien wie PET oder PET verwendet.Nylon.
Zu diesen Produkten gehören Engage POE von Dow, ein OBC-infundiertes statistisches Ethylen-Alpha-Olefin-Comonomer-Copolymer, ein alternierendes Hart-Weich-Block-Olefin-Copolymer sowie Propylen-Ethylen- und Exact Ethylen-Octen-POP von Exxon Mobil Vistamaxx.
Diese Produkte werden an Kunststoffrecycler/Compoundierer und andere Recycler verkauft, sagte Jesús Cortes, Marktentwickler bei ExxonMobil Product Solutions, und wies darauf hin, dass die Kompatibilität ein Instrument sein kann, das Recyclern dabei helfen kann, Kreuzkontaminationen und potenziell kostengünstige Schlüsselwirkstoffe für Polyolefinströme auszunutzen.Han Zhang, Direktor für globale Nachhaltigkeit bei Verpackungen und Spezialkunststoffen bei The Dow Chemical Company, sagte: „Unsere Kunden profitieren von der Schaffung eines qualitativ hochwertigeren Endprodukts und dem Zugang zu einem breiteren Recyclingstrom.“Wir beliefern Verarbeiter, die Kompatibilisatoren verwenden, um den Recyclinganteil zu erhöhen und gleichzeitig die Herstellbarkeit aufrechtzuerhalten.“
„Unsere Kunden profitieren davon, dass sie ein Endprodukt mit höherer Qualität herstellen und gleichzeitig Zugang zu einem breiteren Recyclingstrom haben.“
Cortés von ExxonMobil hat bestätigt, dass die gleichen Vistamaxx- und Exact-Typen, die für die Neuharzmodifizierung geeignet sind, auch verwendet werden können, um die Kompatibilität mit recycelten Kunststoffen sicherzustellen.Er wies darauf hin, dass Vistamaxx-Polymere HDPE, LDPE und LLDPE mit Polypropylen kompatibel machen, und fügte hinzu, dass aufgrund der Polarität von Polymeren wie PET oder Nylon eine Veredelung der Vistamaxx-Qualität erforderlich sei, um Polyolefine mit solchen Polymeren kompatibel zu machen.„Zum Beispiel haben wir mit mehreren Compoundeuren zusammengearbeitet, um Vistamaxx zu veredeln, um Polyolefine mit Nylon kompatibel zu machen und gleichzeitig die Leistungsverbesserungen beizubehalten, die Vistamaxx-Polymere bei Compoundformulierungen bewirken können.“
Reis.1 MFR-Diagramm mit gemischten Farben aus recyceltem HDPE und Polypropylen mit und ohne Vistamaxx-Zusatzstoff.(Quelle: ExxonMobil)
Die Kompatibilität kann laut Cortez durch verbesserte mechanische Eigenschaften bestätigt werden, beispielsweise durch die äußerst wünschenswerte Schlagfestigkeit.Auch bei der Wiederverwendung von Materialien ist eine Erhöhung der Fließfähigkeit wichtig.Ein Beispiel ist die Entwicklung von Spritzgussformulierungen für HDPE-Flaschenströme.Er weist darauf hin, dass alle heute erhältlichen Spezialelastomere ihren Nutzen haben.„Der Zweck der Diskussion besteht nicht darin, ihre Gesamtleistung zu vergleichen, sondern darin, das beste Werkzeug für ein bestimmtes Projekt auszuwählen.“
Er sagte beispielsweise: „Wenn PE mit PP kompatibel ist, sind wir davon überzeugt, dass Vistamaxx die besten Ergebnisse liefert.“Aber der Markt benötigt auch eine verbesserte Schlagfestigkeit, und Ethylen-Octen-Plastomere könnten geeignet sein, wenn es um Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen geht.“
Cortez fügte hinzu: „Ethylen-Octen-Plastomere wie unsere Exact- oder Dow's Engage-Typen und Vistamaxx weisen sehr ähnliche Belastungsniveaus auf.“
Zhang von Dow erklärte, dass das Vorhandensein von Polypropylen in HDPE zwar im Allgemeinen die Steifigkeit, gemessen am Biegemodul, erhöht, die Eigenschaften, gemessen an Zähigkeit und Zugdehnung, jedoch aufgrund der Inkompatibilität der beiden Komponenten verschlechtert.Die Verwendung von Kompatibilisatoren in diesen HDPE/PP-Mischungen verbessert das Steifigkeits-/Viskositätsgleichgewicht durch Verringerung der Phasentrennung und Verbesserung der Grenzflächenhaftung.
Reis.2. Schlagfestigkeitsdiagramm mit verschiedenen Farbmischungen aus recyceltem HDPE und Polypropylen, mit und ohne Vistamaxx-Zusatz.(Quelle: ExxonMobil)
Laut Zhang eignen sich Engage POE und Infuse OBC aufgrund des PE-Rückgrats und des Alpha-Olefin-Comonomers am besten, um HDPE, LDPE und LLDPE mit Polypropylen kompatibel zu machen.Als Additive für PE/PP-Mischungen werden sie typischerweise in Mengen von 2 bis 5 Gew.-% eingesetzt.Zhang wies darauf hin, dass durch die Verbesserung des Gleichgewichts von Härte und Zähigkeit POE-Verträglichkeitsvermittler von Engage wie die Sorte 8100 einen Mehrwert für mechanisch recycelte PE/PP-Mischungen bieten können, einschließlich Abfallströmen mit hohem PE- und PP-Gehalt.Zu den Anwendungen gehören spritzgegossene Automobilteile, Farbdosen, Mülleimer, Verpackungskartons, Paletten und Gartenmöbel.
Der Markt benötigt eine verbesserte Schlagzähigkeit und Ethylen-Octen-Plastomere können eine Rolle spielen, wenn Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen erforderlich ist.
Er fügte hinzu: „Die Zugabe von nur 3 Gew.-%.„Engage 8100 verdreifachte die Schlagzähigkeit und Zugdehnung der inkompatiblen HDPE/PP 70/30-Mischung, während der durch die PP-Komponente verliehene höhere Modul erhalten blieb“, fügte er hinzu. Für die Anforderungen an die Tieftemperaturplastizität bietet Engage POE Schlagzähigkeit bei Umgebungstemperatur aufgrund der extrem niedrigen Glasübergangstemperatur.
Zu den Kosten dieser Spezialelastomere sagte Cortez von ExxonMobil: „In der hart umkämpften Recycling-Wertschöpfungskette ist es wichtig, Kosten und Leistung in Einklang zu bringen.Mit Vistamaxx-Polymeren kann die Leistung recycelter Harze verbessert werden, sodass die Harze in Anwendungen eingesetzt werden können, bei denen Recycler einen höheren wirtschaftlichen Wert erzielen können.“Gleichzeitig wird die Nachfrage nach Hochleistungsmaterialien gedeckt. Dadurch haben Recycler bessere Möglichkeiten, ihre recycelten Kunststoffe zu vermarkten, anstatt nur die Kosten als Hauptfaktor zu betrachten, sodass sie sich auf maßgeschneiderte Mischungen und Durchsätze konzentrieren können.“
„Neben der Möglichkeit, gemischte Polyolefine zu recyceln, arbeiten wir auch daran, das Recycling verschiedener Mischungen wie Polyolefine mit technischen Kunststoffen wie Nylon und Polyester zu fördern.Wir haben eine Reihe funktioneller Polymere bereitgestellt, aber neue Lösungen befinden sich noch in der Entwicklung.werden aktiv entwickelt, um verschiedene Kunststoffmischungen in Verpackungs-, Infrastruktur-, Transport- und Verbraucheranwendungen zu berücksichtigen.“
Styrol-Blockcopolymere und chemisch modifizierte Polyolefine sind weitere Arten von Materialien, die als Kompatibilisatoren zur Verstärkung und Verbesserung der Kompatibilität recycelter Harze Beachtung gefunden haben.
Kraton Polymers bietet die Styrol-Blockcopolymer-Plattform CirKular+ mit leistungssteigernden Additiven für das Kunststoffrecycling und -recycling an.Julia Strin, Direktorin für globales strategisches Marketing bei Kraton Specialty Polymers, weist auf zwei Serien mit fünf Qualitäten hin: die CirKular+ Compatibility Series (C1000, C1010, C1010) und die CirKular+ Performance Enhancement Series (C2000 und C3000).Bei diesen Additiven handelt es sich um eine Reihe von Blockcopolymeren auf Basis von Styrol und Ethylen/Butylen (SEBS).Sie verfügen über außergewöhnliche mechanische Eigenschaften, darunter eine hohe Schlagzähigkeit bei Raumtemperatur oder kryogener Temperatur, Flexibilität zur Anpassung von Steifigkeit und Schlageigenschaften, verbesserte Beständigkeit gegen Spannungsrisse und verbesserte Verarbeitbarkeit.Circular+-Produkte bieten außerdem Kompatibilität mit mehreren Harzen für Neukunststoff-, PCR- und PIR-Abfälle.Je nach Sorte können sie in PP, HDPE, LDPE, LLDPE, LDPE, PS und HIPS sowie in polaren Harzen wie EVOH, PVA und EVA eingesetzt werden.
„Wir haben gezeigt, dass es möglich ist, Polyolefin-Mischkunststoffabfälle zu recyceln und zu wertvolleren Produkten zu verarbeiten.“
„Die vollständig recycelbaren Additive von CirKular+ ermöglichen die Wiederverwendung von PCR, indem sie die mechanischen Eigenschaften verbessern und das Design von Monomaterialprodukten auf Polyolefinbasis unterstützen, wodurch der PCR-Gehalt auf über 90 Prozent maximiert wird“, sagte Stryn.unmodifiziertes Harz.Tests haben gezeigt, dass CirKular+-Produkte für eine häufigere Verwendung bis zu fünfmal wärmebehandelt werden können.“
Bei der CirKular+-Reihe von Expandern handelt es sich um Multiharz-Expander zur Aufwertung gemischter PCR- und PIR-Rückgewinnungsströme, die typischerweise mit 3 % bis 5 % zugesetzt werden.Zwei Beispiele für das Recycling gemischter Abfälle umfassen eine spritzgegossene Verbundprobe aus 76 % PCR-HDPE + 19 % PCR-PET + 5 % Kraton + C1010 und eine Probe aus 72 % PCR-PP + 18 % PCR-PET + 10 % Kraton + C1000..In diesen Beispielen wurde die Izod-Kerbschlagzähigkeit um 70 % bzw. 50 % und die Streckgrenze um 40 % bzw. 30 % erhöht, während die Steifigkeit erhalten blieb und die Verarbeitbarkeit verbessert wurde.PCR-LDPE-PET-Mischungen zeigten ebenfalls eine ähnliche Leistung.Diese Produkte sind auch auf Nylon und ABS wirksam.
Die CirKular+ Performance Enhancement Series wurde entwickelt, um zyklische gemischte PCR- und PIR-Ströme von Polyolefinen und Polystyrol bei typischen Zugabemengen von 3 % bis 10 % zu verbessern.Kürzlich erfolgreicher Spritzgusstest: 91 % PCR PP + 9 % Kraton+ C2000.Die Formulierung weist im Vergleich zu Konkurrenzprodukten eine um 110 % verbesserte Ausgewogenheit des Schlagmoduls auf.„High-End-rPP-Anwendungen in Automobil- und Industrieanwendungen erfordern eine solche Verbesserung.Dies könnte auch auf Verpackungen angewendet werden, aber mit weniger strengen Anforderungen wird die Menge an C2000 reduziert“, sagte Streen.
Kraton+ kann vor dem Formen, Extrudieren oder als Teil des Recyclingprozesses mit recyceltem Kunststoff vorgemischt oder trocken gemischt werden, sagt Stryn.Seit der Einführung von CirKular+ vor einigen Jahren hat das Unternehmen eine frühzeitige Einführung in Bereichen wie Industriepaletten, Lebensmittel- und Getränkeverpackungen, Automobilkomponenten und Kinderautositzen erreicht.CirKular+ kann auch in einer Vielzahl von Prozessanwendungen eingesetzt werden, einschließlich Spritz- oder Formpressen, Extrusion, Rotationsformen und Compoundieren.
Polybond 3150/3002 ist Teil des umfangreichen Polybond-Sortiments der chemisch modifizierten Polyolefine der SI Group und kann als Bindemittel und Kompatibilitätsadditiv verwendet werden.Es handelt sich um ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen, das recyceltes Polypropylen mit allen Nylonarten kompatibel macht.Laut John Yun, technischer Leiter und technischer Support, weist es bei einem typischen Verwendungsgrad von 5 % eine mehr als dreifache Izod-Kerbschlagzähigkeit und umgekehrte Izod-Schlagzähigkeit auf.Irfaan Foster, Direktor für Marktentwicklung, weist darauf hin, dass die erste Anwendung die Schalldämmung von Autos sei.In jüngerer Zeit wird es in recycelten Polypropylen- und Nylonmischungen für Unterbodenplatten, Komponenten unter der Motorhaube und hinter Armaturenbrettern verwendet.
Eine weitere Sorte ist Polybond 3029, ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polyethylen hoher Dichte, das vor zwei Jahren als Zusatz zur Verbesserung der Kompatibilität von Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffen eingeführt wurde.Laut Yun scheint das Unternehmen auf dem besten Weg zu sein, mit einer 50/50 PCR/reinen HDPE-Mischung kompatibel zu sein.
Eine weitere Klasse von Kompatibilisatoren basiert auf der Titan-Aluminium-Chemie, wie etwa die Titanat- (Ti) und Zirkonat- (Zr) Katalysatoren, die von Kenrich Petrochemicals angeboten und an Compoundeure und Former verkauft werden.Zu den Produkten des Unternehmens gehört ein neuer Katalysator in Masterbatch- oder Pulverform, der als Kompatibilitätsadditiv für eine Vielzahl von Polymeren fungiert, darunter Polyolefine, Biokunststoffe wie PET, PVC und PLA.Laut Kenrich-Präsident und Miteigentümer Sal Monte gewinnt der Einsatz in PCR-Mischungen wie PP/PET/PE immer mehr an Bedeutung.Berichten zufolge soll dies die Extrusionsproduktivität steigern und die Zykluszeiten beim Spritzgießen verkürzen.
Es wird berichtet, dass Ken-React CAPS KPR 12/LV-Perlen und Ken-React KPR 12/HV-Pulver die PCR in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzen.Monte sagte, das Produkt sei das Ergebnis der Kombination des neuen Alkoxytitanat-Katalysators LICA 12 des Unternehmens mit einem Mischmetallkatalysator, der „kostengünstiger“ sei.„Wir bieten CAPS KPR 12/LV-Granulat in Mengen von 1,5 % bis 1,75 % des Gesamtgewichts aller in den Behälter gegebenen recycelten Materialien an, genau wie Masterbatch, und senken die Prozesstemperatur um 10–20 %, um die Scherung aufrechtzuerhalten des Reaktionsgemisches.Sie arbeiten im Nanometerbereich, daher ist eine reaktive Scherung des Verbundwerkstoffs erforderlich, und die Schmelze erfordert ein hohes Drehmoment.“
Laut Monte sind diese Additive wirksame Kompatibilisatoren für Additivpolymere wie LLDPE und PP und Polykondensate wie PET, organische und anorganische Füllstoffe sowie Biokunststoffe wie PLA.Typische Ergebnisse sind eine Reduzierung der Extrusions-, Spritzguss- und Blasformtemperaturen um 9 % und eine Steigerung der Verarbeitungsgeschwindigkeit um 20 % für die meisten ungefüllten Thermoplaste.Ähnliche Ergebnisse wurden mit einer recycelten 80/20 % LDPE/PP-Mischung erzielt.In einem Fall wurde 1,5 % CAPS KPR 12/LV verwendet, um die Kompatibilität von drei PIR-Harzen sicherzustellen: graduierte geschmolzene Folie LLDPE, 20–35 MFI gemischte spritzgegossene Deckel aus Polypropylen-Copolymer und thermogeformte PET-Faltverpackungen für Lebensmittel.Mahlen Sie die PP/PET/PE-Mischung auf eine Größe von 1/4 Zoll.bis zu ½ Zoll.Flakes und Schmelzen werden zu Spritzgusspellets gemischt.
Berichten zufolge überwindet die patentierte Diblock-Additivtechnologie von Interface Polymers die inhärente Inkompatibilität von Polyolefinen auf molekularer Ebene und ermöglicht so deren Verarbeitung.(Foto: Grenzflächenpolymere)
Vertriebsgeschäft SACO AEI Polymers ist der exklusive Vertriebspartner von Fine-Blend in China, das eine breite Palette von Kompatibilisatoren für Polypropylen, Nylon, PET, technische Thermoplaste und Biopolymere wie PLA und PBAT herstellt, einschließlich recycelter Mischungen, Additive und Kettenverlängerer.sagte Geschäftsbereichsleiter Mike McCormach.Zu den Hilfsstoffen zählen nicht reaktive Verträglichkeitsvermittler, hauptsächlich Block- und Pfropfcopolymere oder Random-Copolymere, die beim Mischen von Polymeren nicht an einer chemischen Reaktion teilnehmen.BP-1310 ist ein Beispiel, bei dem Zugabemengen von 3 bis 5 % die Kompatibilität recycelter Mischungen aus Polypropylen und Polystyrol verbessern.Ein Additiv zur Verbesserung der Verträglichkeit von recycelten PE/PS-Mischungen ist in der Entwicklung.
Reaktive Verträglichkeitsvermittler von Fine-Blend verbessern die Kompatibilität, indem sie während des Mischens chemisch mit neuem Polymer reagieren, einschließlich ECO-112O für recyceltes PET, Polycarbonat und Nylon;HPC-2 für ABS- und recyceltes PET-Kompatibilitätsmittel;und SPG-02 für die Herstellung von Polypropylen und recyceltem Polypropylen.PET-kompatibel.Sie enthalten Epoxidgruppen, die mit den Hydroxylgruppen des recycelten Polyesters reagieren können, um die Zähigkeit und Kompatibilität zu verbessern, sagte McCormach.Es gibt auch CMG9801, ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen, das mit den Aminogruppen von Nylon reagieren kann.
Seit 2016 hat das britische Unternehmen Interface Polymers Ltd. seine proprietäre Polarfin-Diblockcopolymer-Additivtechnologie entwickelt, die Berichten zufolge die inhärente molekulare Inkompatibilität von Polyolefinen überwindet und deren Recycling ermöglicht.Diese Diblock-Additive eignen sich für neue und recycelte Polyethylen- und Polypropylen-Compounds, -Platten und -Folien.
Ein großer Folienhersteller arbeitet an einem Projekt zur Verarbeitung von Mehrschichtfolien ohne nennenswerten Produktivitätsverlust.Simon Waddington, Direktor für Geschäftsentwicklung, sagte, dass Polarfin selbst bei geringen Beladungsmengen die Gelbildung eliminiert habe, ein häufiges Problem, das das Recycling von Polyolefinfolien unter Verwendung recycelter Kunststoffmischungen erschwert.„Wir haben erfolgreich gezeigt, dass gemischte Polyolefin-Kunststoffabfälle mithilfe unserer Polarfin-Additivtechnologie recycelt und zu wertvolleren Produkten recycelt werden können.“
Laut Cortes von ExxonMobil kann die Kompatibilität (z. B. Vistamaxx mit recyceltem PE/PP) durch verbesserte mechanische Eigenschaften wie Schlagfestigkeit nachgewiesen werden.(Foto: ExxonMobil)
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 28. Juli 2023