Recovery of crosslinkable polyethylene

Polietilen (PE), kimyasallara karşı dirençli, iyi mekanik özellikler sahip, yorulma dayanımı yüksek ve elektriksel dayanımı mükemmel bir polimerdir. Sahip olduğu bu özelliklerden dolayı polietilen kablo üretiminde kullanılan önemli ve etkin bir izolasyon malzemesidir. Maksimum çalışma sıcaklığı 75°C olan kabloların izolasyonunda polietilen problemsiz olarak kullanılır. Diğer taraftan bir çok enerji kablosu için 90°C çalışma sıcaklığı istenmektedir. Bu nedenle termoplastik yapıda olan PE bu tip yüksek çalışma sıcaklığı gereken kablolar için uygun bir izolasyon malzemesi değildir. PE, birbirinden bağımsız düz zincirli bir yapıya sahiptir. Bu düz zincirler birbirlerine zayıf moleküler bağlar ile bağlıdır. PE nin bu zayıf yapısı, çapraz bağlanma prosesi termal dayanımı daha yüksek bir yapıya dönüştürülür. Çapraz bağlanma prosesi esnasında birbirine parallel zincirler arasında kuvvetli bağlar oluşur. Paralel ve gevşek 2 boyutlu bir yapı, 3 boyutlu çapraz bağlı bir yapıya dönüşür. Oluşan çapraz bağlı polietilen (XLPE) mükemmel elektriksel özelliklerin yanısıra daha yüksek termal dayanıklılığa sahiptir. Antioksidanlar, polimerlerin işleme, taşıma, depolama ve kullanma koşullarında kimyasal, fiziksel ve diğer özelliklerini korumaları için kullanılan katkı malzemeleridir. Polimer içerisine genellikle %1-2 oranında katılırlar ve otoksidasyon esnasında oluşan radikallerin ve reaktif hidroperoksitlerin polimere saldırıp polimer yapısının bozulmasına engel olurlar. Birincil antioksidanlar, reaktif radikallare aktif H atomu vererek veya radikallere bağlanarak istenmeyen reaksiyonların oluşmasını engeller. İkincil antioksidanlar ise hidroperoksitlerin bozulup serbest radikallerin oluşmasını engeller. Birincil antioksidanlar tek başlarına kullanılabilinirken, ikincil antioksidanlar birincil antioksidanlarla beraber kullanılarak sinerjetik etki yaparlar. Termal dayanıklılık veren moleküler network yapı, XLPE'nin yeniden işlenmesini neredeyse imkansız kılar. Bu nedenle XLPE çöpleri genellikle yakıt olarak yakılır veya dolgu olarak kullanılmaktadır. XLPE nin geri kazanımı hakkında bazı çalışmalar yapıldığı bilinilmektedir. Örnek olarak, XLPE küçük parçalara öğütülmekte ve zemin döşeme kalıplarının içine belirli oranda beslenmesi üzerine çalışma yapılmıştır. Diğer çalışmalar, XLPE'nin çeşitli teknikler ile plastikleştirilmesi üzerinedir. Bu çalışmalardan bir tanesi bir reaktör kullanarak, XLPE'nin super kritik bir sıvı içerisinde dekompozisyonuna dayanır, bir diğeri de uygun ısıtma ve mekanik kırma yöntemi ile XLPE'nin daha düşük dayanımlı PE olarak yeniden kazanımını üzerine yapılmıştır. Ticari çapraz bağlanabilen polietilen kompoundlar (CPEC) çapraz bağlayıcı katkı malzemesi içerirler ve çapraz bağlanmaya hazırdırlar. Yüksek sıcaklık gibi uygun koşullar oluştuğunda kolayca çapraz bağ oluştururlar. En önemli CPEC kullanım alanlarından bir tanesi kablo izolasyonudur. Bir miktar CPEC, uygun proses koşullarını elde etmek için izolasyon üretimine başlamadan ekstruderin kafasından akıtılmalıdır. Akıtılan CPEC içerisinde çapraz bağlayıcı olduğu için yeniden kullanılamamakta ve hurda olarak atılmaktadır. Akıtılan malzemenin çapraz bağlanma kabiliyetinin azaltılması, malzemenin yeniden kullanılabilmesini ve hurda olmamasını sağlayacaktır. Bu çalışma, ticari ve çapraz bağlanma özelliği olan polietilen kompound (CPEC) üzerine yapılmıştır. CPEC, içerisinde çapraz bağlayıcı katkı içeren ve yüksek sıcaklık gibi uygun koşulları bulduğu zaman çapraz bağlanan bir kompondtur. Fenolik (AO1), fenolik ve fosfit antioksidanların belirli bir oranda bulunan karışım (AO2) ve amin sınıfı (AO3) olmak üzere 3 farklı tipte antioksidan kullanılmıştır. Her antioksidan ayrı ayrı %1, %3 ve %5 olmak suretiyle CPEC içine katılarak 9 tane karışım ile içerisine herhangi bir antioksidan katılmamış CPEC numunesi de kontrol amaçlı hazırlanmıştır. Bunlara ilave olarak sinerjitik etkiyi görmek için 1.5% AO1 + 1.5% AO2 ve 2.5% AO1 + 2.5% AO2 içeren antioksidan karışımları CPEC içine katılarak 2 ayrı numune daha hazırlanmıştır. Bütün karışımlar laboratuvar mikserinde 50 rpm devir 110°C'de karıştırılmıştır. Kullanılan antioksidanların, CPEC'nin çapraz bağlanma karakteristikleri, yapısal, mekaniksel ve termal özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Kauçuk proses analiz cihazı (RPA) kullanarak, hazırlanan karışımların çapraz bağlanma karakteristikleri olan maksimum tork (MH) ve minimum tork (ML) değerleri RPA'da 185 °C'de ölçülmüştür. Eklenen antioksidan çeşidi ve miktarı değiştirildiğinde, minimum tork değeri olan ML çok fazla değişmezken, maximum tork değerinde değişimler gözlenmiştir. MH ile ML arasındaki fark (MH-ML) çapraz bağlanma derecesi olarak değerlendirilebilir En küçük çapraz bağlanma dereceleri 0,36 ve 0,37 ile sırasıyla AO1'in %5 ve 2.5% AO1 + 2.5% AO2 karışımının kullanıldığı numunelerde elde edilmiştir. Örneklerin mekanik karakterizasyonunda, antioksidan miktarının, ürünlerin kopma-çekme özelliklerini belirgin bir biçimde etkilediğini ortaya koymuştur. Tüm antioksidanların %5 kullanılmında başlangıçtaki çekme sağlamlığı değerinde yaklaşık %30 azalma gözlemlenmiştir. Kopma uzamasındaki en büyük düşüş, karışım tipi antioksidanın %5 kullanıldığı numunede elde edilmiştir. Çekme sağlamlığı ve kopma sağlamlığındaki en küçük değişim fenolik antioksidanın %1 kullanıldığı durumda gerçekleşmiştir. Tüm karışımların ısıl özellikleri DSC analizi ile incelenmiştir. Ergime sıcaklıklarında kayda değer bir değişiklik olmamıştır. Tüm değerler 107 °C to 109°C arasında ölçülmüştür. Fenolik (AO1) ve karışım tipi (AO2) antioksidan eklendiği durumda ergime entalpi değeri yükselirken, amin tipi (AO3) antioksidan eklendiğin ergime entalpi değeri azalmıştır. En yüksek entalpi değeri 117.7 J/g olarak karışım tipi (AO2) antioksidan %1 eklendiği durumda; en düşük entalpi değer ise amin tipi (AO3) antioksidanın %1 eklendiğinde 79.7 J/g olarak gerçekleşmiştir. Hot-set testi kablo sektöründe uygulanan polietilenin çapraz bağlanması ile ilgili özel bir testtir. Bu testin başarılı olması belirli koşullar altında polietilenin çapraz bağlandığı anlamına gelir. Diğer taraftan, teste başarısız olunması çapraz bağlanmanın gerçekleşmediği veya yeterli olmadığı anlamına gelmektedir. Bu çalışmada hot-set testi, CPEC içine antioksidan eklendikten sonra çapraz bağlanma özelliğini koruyup koruyamadığını anlamak için yapılmıştır. Sonuçlara göre, saf CPEC, %1 karışım (AO2) ve %1 amin tipi (AO3) antioksidanlarının eklendiği numuneler hot-set testleri olumludur. Diğer numunelerin sonuçları olumsuzdur. Bu numunelerde plaka presleme koşularında çapraz bağlanma gerçekleşmemiştir. Yani diğer örneklerde, antioksidanların eklenmesi ile çapraz bağlanma engellenmiştir.