Joint reuse of post-consumer polyolefines and ground tire rubber for thermoplastic elastomers production. Mechanical performance, thermal and radiation stability

Abstract

The effect of the irradiation (g-rays or electron beam) on structure-property relationships for the high performance thermoplastic elastomers (TPEs) obtained as a result of dynamic vulcanization of the blends of recycled high-density polyethylene (HDPE), ethylene/propylene/ diene monomer (EPDM) rubber, and ground tire rubber (GTR, pre-treated with Bitumen), has been investigated. Bitumen was used as a multifunctional agent providing partial devulcanization of GTR (during GTR pre-treatment) as plasticiser and to improve adhesion between the GTR particles and surrounding thermoplastic matrix. The structure-property relationships of individual components, initial TPEs and TPEs irradiated by various doses of g-rays or e-beam were studied using Thermogravimetric Analysis (TGA), Transmission Optical Microscopy technique, Size Exclusion Chromatography (SEC), Elementary Analysis methods, mechanical testing, etc. It was established that irradiation treatment of the studied TPEs provided significant increasing in gel fraction content. Nevertheless, a substantial decrease in gel fraction content was achieved by using a-Tocopherol (Vitamin E) as antioxidant in the TPE recipe. It was found that γ-irradiation treatment of HDPE/EPDM/GTR based TPEs resulted in improvement of the tensile properties thereof. Досліджено вплив опромінення (g-променів або прискорених електронів) на взаємозв’язок структура- властивості для термоеластопластів (ТЕП), отриманих динамічною вулканізацією сумішей вторинного поліетилену низького тиску (ПЕНТ), потрійного кополімеру етилен/пропилен/дієновий мономер (ЕПДМ) та подрібненої шинної гуми (ПШГ), модифікованої бітумом. Бітум використовували як мультифункціональний агент, який забезпечує, одночасно, часткову девулканізацію ПШГ, діє як пластифікатор та підсилювач адгезії між частинками ПШГ і термопластичною матрицею. Структуру та властивості індивідуальних компонентів, а також вихідних ТЕП та ТЕП, опромінених різними дозами g-променів або прискореними електронами, досліджували методами термогравіметричного аналізу, оптичної мікроскопії, гель-проникною хроматографією, елементним аналізом. Проведені фізико-механічні випробування сумішей. Встановлено, що радіаційне оброблення досліджуваних ТЕП призводить до суттєвого підвищення вмісту гель-фракції. Водночас, використання в рецептурі ТЕП антиоксиданту Вітаміну Е сприяє зниженню вмісту гель фракції в зразках. Визначено, що оброблення g-променями ТЕП складу ПЕНТ/ЕПДМ/ПШГ призводить до підвищення міцності на розривання. Зафіксовано позитивний вплив антиоксиданту на показники міцності на розрив ТЕП, опромінених прискореними електронами. Усі опромінені ТЕП демонструють термостійкість, аналогічну базовим неопроміненим ТЕП в температурному діапазоні до ~593 K. Встановлено деяке підвищення термоокиснювальної стабільності опромінених зразків ТЕП різних рецептур в температурному діапазоні від 593 до 823 K.