Mechano-chemical recycling of different polyolefin and polyester blends

In the last decade, the global production of plastics has increased, reaching 367 million tons in 2020. One of the largest end-use market is packaging, where the most employed polymers nowadays are polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyethylene terephthalate (PET). Together with conventional fossil-based plastics, the introduction of bioplastics at the industrial scale widely encounter, to improve the circularity of materials. Among them, the most relevant bioplastics is polylactic acid (PLA), with applications mainly in the packaging sector. Due to the increase in the markets of plastics, their end-of-life (EoL) management is becoming more and more important. Among the possible strategies for waste management of thermoplastic polymers, mechanical recycling is the dominating technique and is and a well-established technology for polymers like PE, PP, PET. One of the major issues encountered in the mechanical recycling stage is the presence of mixed plastic wastes, which generate problem of incompatibility as well as phase separation of the recycled material, influencing the final thermo-mechanical properties. In this thesis work, different reactive compatibilization strategies are investigated to improve the properties of polymer blends during mechanical recycling performed in twin-screw extruders. For the compatibilization of PE/PP blends, dicumyl peroxide (DCP) is used as a reactive compatibilizer, and its effect on the thermal, rheological, mechanical properties and morphology of PE/PP blends is investigated. On the other hand, the impact of bioplastics onto the conventional recycling streams for petroleum-based plastics is considered by treating PLA contamination in PET, an industrial problem coming from bottle industry: PLA negatively affects the properties of the material obtained after mechanical recycling of post-consumer bottles. In this thesis, for the compatibilization of PET/PLA blends during melting in the extruder, different epoxy-based reactive compatibilizers are employed. The effect of the reactive compatibilization on the thermal, rheological, mechanical properties and morphology of PET/PLA blends is investigated.

Nell’ultimo decennio, la produzione globale di materie plastiche è aumentata, raggiungendo 367 milioni di tonnellate nel 2020. Uno dei maggiori mercati è quello degli imballaggi, dove i polimeri più impiegati al giorno d’oggi sono il polietilene (PE), il polipropilene (PP) e il polietilene tereftalato (PET). Inoltre, con lo scopo di aumentare la circolarità e la sostenibilità delle materie plastiche, nuove bioplastiche sono state introdotte su scala industriale. Una delle principali è l’acido polilattico (PLA), con applicazioni principalmente nel settore degli imballaggi. A causa dell’aumento dei mercati delle materie plastiche, la gestione del loro fine vita (EoL) sta diventando sempre più importante. Tra le possibili strategie per la gestione dei rifiuti termoplastici, il riciclaggio meccanico è la tecnica più largamente impiegata, principalmente per polimeri come PE, PP e PET. Uno dei problemi principali incontrati nella fase di riciclaggio meccanico è la presenza di rifiuti plastici misti, che portano a problemi di incompatibilità e separazione di fase nel materiale riciclato, influenzandone le finali proprietà termo-meccaniche. In questo lavoro, sono state studiate diverse strategie di compatibilizzazione reattiva per migliorare le proprietà delle miscele polimeriche durante il riciclo meccanico in estrusore bivite. Per la compatibilizzazione di miscele PE/PP, il perossido di dicumile (DCP) è stato impiegato come compatibilizzante reattivo per studiare il suo effetto sulle proprietà termiche, reologiche, meccaniche e sulla morfologia delle miscele PE/PP. D’altra parte, l’impatto delle bioplastiche sul riciclo convenzionale delle plastiche a base di petrolio, come la contaminazione di PLA durante il riciclo meccanico del PET, un problema attualmente riscontrato durante il riciclaggio di bottiglie, influisce negativamente sulle proprietà del materiale riciclato ottenuto. In questa tesi, per la compatibilizzazione delle miscele PET/PLA, sono stati impiegati diversi compatibilizzanti contenenti gruppi epossidici per studiarne l’effetto sulle proprietà termiche, reologiche, meccaniche e sulla morfologia delle miscele di PET/PLA.