Use of response surface methodology in characterization of properties of recycled high density polyethylene/ground tire rubber compositions

• Autorzy: Formela K. , Bogucki M.

Identyfikatory

DOI

dx.doi.org/10.14314/polimery.2014.488

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody powierzchni odpowiedzi w charakterystyce właściwości kompozycji recyklat polietylenu dużej gęstości/miał gumowy (PE-HD/GTR)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Searching for new ways to utilize rubber and polymer waste has been the focus of many studies conducted by research centers and companies worldwide. In this study, the influence of extrusion conditions on the properties of thermoplastic compositions containing post-production recycled high density polyethylene (PE-HD) and ground tire rubber (GTR) at 50:50 mass ratio was examined. Response Surface Methodology (RSM) was used to determine the effects of the barrel temperature (160—240 °C), screw speed (250—650 rpm) and feed rate of extrusion (1—2.5 kg/h) on the quality of the obtained products. Empirical models for determining the relationship between extrusion conditions, mechanical properties and the mass flow rate of obtained thermoplastic compositions were developed. It has been determined that tensile strength, elongation at break, hardness and the mass flow rate of thermoplastic compositions depend mainly on the barrel temperature. Properties of PE-HD/GTR blends deteriorated with increased barrel temperature, which was due to degradation of polyethylene and reclaiming of ground tire rubber. In studied extrusion conditions the influence of screw speed and feed rate on the properties of recycled high density polyethylene/ground tire rubber compositions was negligible.

PL

Przeprowadzono badania wpływu warunków wytłaczania na właściwości kompozycji termoplastycznych poprodukcyjnego polietylenu dużej gęstości (PE-HD) z miałem gumowym (GTR), w stosunku masowym 50:50. Wpływ temperatury cylindra (160—240 °C), prędkości obrotowej ślimaków (250—650 rpm) oraz wydajności wytłaczania (1—2.5 kg/h) na jakość otrzymanych produktów określano metodą powierzchni odpowiedzi — RSM (ang. Response Surface Methodology). Opracowano modele matematyczne umożliwiające określenie zależności pomiędzy zmiennymi procesu wytłaczania a masowym wskaźnikiem szybkości płynięcia (MFR) oraz właściwościami mechanicznymi kompozycji termoplastycznych recyklat PE-HD/GTR. Stwierdzono, że wytrzymałość na rozciąganie (TS), wydłużenie przy zerwaniu (E_b), twardość (H) oraz masowy wskaźnik szybkości płynięcia (MFR) zależą głównie od temperatury cylindra (T_bb). Właściwości otrzymanych kompozycji ulegały pogorszeniu wraz ze wzrostem temperatury cylindra, w wyniku degradacji plastomeru oraz regeneracji miału gumowego. W badanych warunkach wytłaczania wpływ prędkości obrotowej oraz wydajności na jakość otrzymanych produktów był nieznaczny.

Słowa kluczowe

EN

recycling; rubber waste; twin-screw extrusion; response surface methodology

PL

recykling; odpady gumowe; wytłaczanie dwuślimakowe; metoda powierzchni odpowiedzi

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2014
• Tom: T. 59, nr 6
• Strony: 488--494
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys.

Twórcy

autor

Formela K.

• Department of Polymer Technology, Chemical Faculty,G. Narutowicza 11/12, Gdansk University of Technology, 80-233 Gdańsk, Poland

autor

Bogucki M.

• Department of Automation, Mechanical Engineering Faculty, Nadbystrzycka 38 D, Lublin University of Technology, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Sikora J.W., Ostaszewska U.: Elastomery 2010, 14 (2), 17.
• [2] Januszewicz K., Melaniuk M., Klugmann-Radziemska E.: Elastomery 2010, 14 (2), 10.
• [3] Chaubey T., Arastoopour H.: J. Appl. Polym. Sci. 2011, 119, 1075, DOI: 10.1002/app.32643.
• [4] Karger-Kocsis J., Mészáros L., Bárány T.: J. Mater. Sci. 2013, 48, 1, DOI: 10.1007/s10853-012-6564-2.
• [5] Karthikeyan S., Sathiskumar C., Moorthy R.S.: J. Sci. Ind. Res. 2012, 71, 309.
• [6] Murugana S., Ramaswamya M.C., Nagarajan G.: Waste Manage. 2008, 23, 2743, DOI: 10.1016/j.wasman.2008.03.007.
• [7] Januszewicz K., Klugmann-Radziemska E.: Przem. Chem. 2012, 91, 108.
• [8] Adhikari B., De D., Maiti S.: Prog. Polym. Sci. 2000, 25, 909, DOI: 10.1016/S0079-6700(00)00020-4.
• [9] Rajan V.V., Dierkes W.K., Joseph R., Noordermeer J.W.M.: Prog. Polym. Sci. 2006, 31, 811, DOI: 10.1016/j.progpolymsci. 2006.08.003.
• [10] Feng W., Isayev A.I.: Polym. Eng. Sci. 2006, 46, 8, DOI: 10.1002/pen.20449.
• [11] De D., De D.: Mater. Sci. Appl. 2011, 2, 486, DOI: 10.4236/msa.2011.25066.
• [12] Formela K., Kołacka K., Stankiewicz P., Haponiuk J., Stasiek A.: Przem. Chem. 2012, 91, 1767.
• [13] Ismail H., Nordim R., Noor A.M.: Iran. Polym. J. 2003, 12, 373.
• [14] Colom X., Canavate J., Carrillo F., Su~nol J.J.: J. Appl. Polym. Sci. 2009, 112, 1882, DOI: 10.1002/app.29611.
• [15] Grigoryeva O., Fainleib A., Tolstov A., Starostenko O., Lievena E., Karger-Kocsis J.: J. Appl. Polym. Sci. 2005, 95, 659, DOI: 10.1002/app.21177.
• [16] Mennig G., Michael H., RzymskiW.M., Scholz H.: Polimery 1997, 42, 491.
• [17] Rzymski W.M., Czwianianc M., Marsza³ek K.: In¿. Ap. Chem. 2005, 44, 70.
• [18] Sukontasukkul P.: Construct. Build. Mater. 2009, 23, 1084, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.05.021.
• [19] Mortazavi S.B., Rasoulzadeh Y., Yousefi A.A., Khavanin A.: Iran. Polym. J. 2010, 19, 197—205.
• [20] Paje S.E., Bueno M., Teran F., Miro R., Perez-Jimenez F., Martinez A.H.: Appl. Acoust. 2010, 71, 578, DOI: 10.1016/j.apacoust.2009.12.003.
• [21] Kowalska E.: Przem. Chem. 2003, 82, 911.
• [22] Parasiewicz W., Mężyński J., Niciński K., Ostaszewska U., Bieliński D.: Elastomery 2011, 15(2), 20.
• [23] Scaffaro R., Tzankova Dintcheva N., Nocilla M.A., La Mantia F.P.: Polym. Degrad. Stab. 2005, 90, 281, DOI: 10.1016/j.polymdegradstab. 2005.03.022.
• [24] Stasiek J., Bajer K., Stasiek A., Bogucki M.: Przem. Chem. 2012, 91, 224.
• [25] da Costa H.M., Ramos V.D., da Silva W.S., Sirqueira A.S.: Polym. Test. 2010, 29, 572, DOI: 10.1016/j.polymertesting.2010.04.003.
• [26] Zhang S.L., Zhang Z.X., Pal K., Xin Z.X., Kim J.K.: Mater. Des. 2010, 31, 1900, DOI: 10.1016/j.matdes.2009.10.057.
• [27] Zhang S.L., Zhang Z.X., Pal K., Xin Z.X., Kim J.K.: Mater. Des. 2010, 31, 3624, DOI: 10.1016/j.matdes.2010.02.039.
• [28] Formela K., Stankiewicz P., Kołacka K., Piszczyk £., Haponiuk J.: Przem. Chem. 2012, 91, 1762.
• [29] Formela K., Korol J., Cysewska M., Haponiuk J.: Przem. Chem. 2013, 92, 512.
• [30] Formela K., Haponiuk J., Piszczyk £., Ciecholewska P.: Elastomery 2012, 16 (3), 15.
• [31] Formela K., Haponiuk J., Stankiewicz P., Ryl J., Końska K.: Przem. Chem. 2013, 92, 444.
• [32] Myers R.H., Montgomery D.C.: „Response Surface Methodology, Process and Product Optimization Using Designed Experiments”, 2nd ed., 2002, J. Wiley & Sons, New York.
• [33] Hacaloglu J., Ersen T., Ertugrul N., Fares M.M., Suzer S.: Eur. Polym. J. 1997, 33, 199, DOI: 10.1016-S0014-3057(96)00068-7
• [34] Yazdani H., Ghasemi I., Karrabi M., Azizi H., Bakhshandeh G.H.: J. Vinyl Add. Techn. 2013, 19, 65, DOI: 10.1002/vnl.20322.
• [35] Peacock A.J.: „Handbook of polyethylene: structure, properties and applications”, 2000, Mercel Dekker Inc., New York.