Functional Polyethylene as a Compatibilizer in Blends of Recycled Polyethylenes and Polyamides

Abstract

The recycling of polymeric materials consisting of multiple different polymer types is complex as most of the common thermoplastics are immiscible with each other. The reactive compatibilization of immiscible polymer blends with functionalized reactive polymers is a well-known method and in this thesis the same method is utilized in blending of recycled polymer material with virgin polyethylene. The objective of this thesis is to evaluate how a commercial polyethylene behaves as a matrix material for polyamides when a maleic anhydride grafted polyethylene, is used as a compatibilizer precursor, CP in the blend and how the behaviour changes if neat polyamide is replaced as the dispersed phase with recycled packaging film waste, known to contain at least polyethylene and polyamide. A set of compounds was prepared by reactive compounding. In the compounds polyeth-ylene was used as a matrix material with and without added PE-g-MA CP in it. The minor phase in the compounds was either polyamide or a blend of recycled material known to contain at least polyethylene and polyamide. The blend composition was var-ied by altering the content of CP and the minor phase. The effects of the compound compositions on the behaviour of the matrix material and the compatibilization efficien-cy was evaluated by characterisation of the mechanical, morphological, thermal and melt flow properties. The result show that the studied CP showed strong compatibilization efficiency towards the virgin blends of PE and PA. The addition of CP increased the impact strength and elongation at break for 85/15 PE/PA blends. Also the particle size of the dispersed PA phase decreased as the CP decreased the interfacial tension between the phases. It is clear by the results that the addition of CP in the PE matrix increases the adhesion be-tween the PE and PA phases. The blends containing recycled material as the dispersed phase showed slightly poorer mechanical properties but the morphology of the 70/30 PE/recycled blend was even finer than that of compatibilized 85/15 PE/PA blend, no matter if the recycled blend was compatibilized or not.

Useasta eri polymeerityypistä koostuvan muovijätteen kierrätys on haasteellista, koska suurin osa käytetyimmistä kestomuoveista ovat sekoittumattomia keskenään. Sekoittu-mattomien polymeeriseosten reaktiivinen kompatibilisointi funktionalisoiduilla poly-meereillä on tunnettu menetelmä ja tässä työssä samaa menetelmää käytetään kierrätetyn polymeerijätteen seoksissa neitseellisen polyeteenin kanssa. Työn tavoitteena on arvioida kaupallisen polyeteenin käyttäytymistä matriisimateriaalina polyamidille, kun maleiinihapon anhydridilla oksastettua polyeteeniä käytetään seoksessa kompatibilisaat-torin esiasteena, CP. Tavoite on myös tutkia, miten polyamidin korvaaminen kierrätetyllä pakkausjätteellä jonka tiedetään sisältävän ainakin polyeteeniä sekä polyamidia vaikuttaa matriisin käyttäytymiseen. Työssä valmistettiin joukko polymeeriseoksia reaktiivisella kompaundoinnilla. Seoksissa käytettiin matriisimateriaalina polyeteeniä PE-g-MA CP:lla sekä ilman. Seoksen dis-pergoituneena faasina käytettiin joko polyamidia tai kierrätettyjen materiaalien seosta, jonka tiedettiin sisältävän ainakin polyeteeniä sekä polyamidia. Seoksen koostumusta vaihdeltiin muuttamalla CP:n sekä dispergoituneen faasin osuutta. Seoksen koostumuk-sen vaikutusta matriisin toimintaan sekä kompatibilisointikykyyn arvioitiin karakte-risoimalla mekaanisia, morfologisia, termisiä sekä sulavirtausominaisuuksia. Tulokset osoittivat käytetyn kompatibilisaattorin kompatibilisoivan tehokkaasti neitseel-lisiä polyeteenin ja polyamidin seoksia. Lisäämällä CP:ta seosten iskulujuus sekä mur-tovenymä kasvoivat huomattavasti 85/15 PE/PA seoksissa. Myös dispergoituneen poly-amidin partikkelikoko pieneni huomattavasti CPn pitoisuuden kasvaessa seoksessa. Tu-lokset osoittivat myös, että CP:n lisääminen seokseen lisäsi faasien välistä adheesiota. Kierrätettyä materiaalia sisältävillä seoksilla oli hieman heikommat mekaanisia ominai-suuksia, kuin neitseellisillä seoksilla, mutta morfologialtaan 70/30 PE/kierrätetty mate-riaali seos oli jopa hienompijakoisempi kuin neitseellinen, kompatibilisoitu 85/15 PE/PA seos, riippumatta siitä, sisälsikö kierrätetty seos CP:ta vai ei.