Study of the efficiency and mechanism of stabilizers in polyolefins under various conditions  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
77860
Type K
Principal investigator Földes, Eniko
Title in Hungarian Stabilizátorok hatékonyságának és mechanizmusának tanulmányozása poliolefinekben különböző körülmények között
Title in English Study of the efficiency and mechanism of stabilizers in polyolefins under various conditions
Keywords in Hungarian poliolefin, degradáció, stabilizálás, antioxidánsok reakció mechanizmusa
Keywords in English polyolefin, degradation, stabilization, reaction mechanizm of antioxidants
Discipline
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
Panel Chemistry 2
Department or equivalent Institute of Materials and Environmental Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Participants Kovács, János
Kriston, Ildikó
Pukánszky, Béla
Renkeczné Tátraaljai, Dóra
Szabó, Pál Tamás
Starting date 2009-04-01
Closing date 2013-03-31
Funding (in million HUF) 15.496
FTE (full time equivalent) 6.34
state closed project
Summary in Hungarian
A poliolefinek a legszélesebb körben alkalmazott polimerek közé tartoznak. A két lefontosabb nagymennyiségben gyártott és alkalmazott poliolefin a polietilén és a poliropilén. Az ezekből gyártott termékek élettartama rövid periódustól (reklám táskák) több évtizedig (kábel szigetelések, csövek) terjed. A polimert különböző hatások érik feldolgozás (oxigén, hő, nyírás) és alkalmazás (oxigén, UV sugárzás, agresszív anygok) során, amelyek degradatív kémiai folyamatokat váltanak ki, és a termék tönkremeneteléhez vezetnek. Ezeknek a káros hatásoknak elkerülésére a polimereket antioxidáns rendszerekkel stabilizálják. Ezek hatékonyságát és hatásmechanizmusát több tényező határozza meg: a polimer típusa, a polimerhez adott adalékok típusa és mennyisége, továbbá a feldolgozási és alkalmazási körülmények. Mivel számos tényező befolyásolja a stabilitást, a poliolefinek degradációjára és stabilizálására vonatkozó jelenlegi ismeretek nem elégendőek a kémiai és fizikai folyamatok teljes összetettségének megértéséhez. A korábban elkezdett kutatásunk célja, hogy több alapismeretet szerezzünk ezen a területen. A jelen kutatásban, a munka középpontjában 1) különböző (fenolos és foszfortartalmú) antioxidánsok feldolgozási és hidrolitikus körülmények közötti reakciómechanizmusának megismerése, 2) a katalizátor maradékoknak a polietilén degradációjára, valamint 3) az adalék csomagok összetételének a polimer stabilitására gyakorolt hatásának tanulmányozása áll. A cél eléréséhez számos módszert, köztük modellkísérleteket, alkalmazunk. Az alapkutatás eredményei közvetlenül alkalmazhatók poliolefinek optimális adalékcsomagjainak kidolgozásához.
Summary
Polyolefins are the most widely used polymers. The two most important and common polyolefins are polyethylene and polypropylene. The lifetime of the products processed from them ranges from a short period (plastic bags) to several decades (cable jackets, pipes). The polymer is exposed to different effects during processing (oxygen, heat, shear) and application (oxygen, UV irradiation, aggressive media), which lead to degradative chemical processes resulting in the deterioration of the product. For protecting the polymers from the consequences of these effects, they are stabilized with various additive packages. The efficiency and reaction mechanism of the stabilizers (antioxidants) depend on several factors: on the type of polymer, on the type and amount of additives added to the polymer, as well as on the conditions of processing and application. Since many factors influence stability, the present theoretical understanding of the principles of polyolefin degradation and stabilization does not cover sufficiently the full chemical and physical complexity of the problem. The aim of the research started several years ago is obtaining more basic knowledge in this field. In the present projects the work is focused on 1) the determination of the reaction mechanism of different antioxidants (hindered phenols and phosphorus derivatives) under the conditions of processing and application (hydrolysis), 2) the study of the effect of catalyst residues on the degradation of polyethylene and 3) the determination of the influence of the composition of additive packages on the stability of the polymer. A wide variety of methods, including model experiments, are applied to achieve these goals. The results of the basic research can be applied directly in the development of optimal stabilizer packages for polyolefins.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatás során a poliolefinek káros kémiai reakcióit (degradáció), valamint a stabilizátorok viselkedését és hatékonyságát befolyásoló tényezőket tanulmányoztuk. Összefüggéseket állapítottunk meg a polietilén gyártási körülményei, a polimer por jellemzői és a feldolgozott polimer tulajdonságai között. Primer (fenolos) és szekunder (foszfortartalmú) antioxidánsok hatékonyságát és hatásmechanizmusát tanulmányoztuk a polietilén feldolgozási körülményei között. Megállapítottuk, hogy a polietilén degradációját elsősorban a foszforstabilizátor reakciói akadályozzák meg, és meghatároztuk a két antioxidáns szinergetikus hatásának az okát. Modell kísérletekkel feltártuk a foszfortartalmú antioxidánsok reakciómechanizmusát és az azt befolyásoló kémiai jellemzőket. Lezártuk az antioxidánsok hidrolitikus stabilitásának meghatározására korábban elkezdett kutatást. A szintetikus antioxidánsok reakciótermékeinek az emberi szervezetre gyakorolt hatásával kapcsolatban felmerült kérdések miatt kiterjesztettük a kutatást a természetes antioxidánsokra (vitaminok, flavonoidok). Ezek pozitív hatása az emberi szervezetre ismert, de (az alfa-tokoferol kivételével) korábban nem foglalkoztak a viselkedésükkel poliolefinekben. A kezdeti sikeres eredményeket követően jelenleg is folytatjuk a kutatást.
Results in English
In the frame of the project the effects influencing the degradative chemical reactions of polyolefins, as well as the behavior and efficiency of stabilizers were studied. Relationships were established among the polymerization conditions of polyethylene, the characteristics of the polymer powder, and the properties of the polymer processed. The efficiency and the reaction mechanism of primary (phenolic) and secondary (phosphorous) antioxidants were studied under the processing conditions of polyethylene. It was concluded that the reactions of the phosphorous antioxidant hinder the degradation of polyethylene in the first place, and the synergetic effect of the two antioxidants was explained. The reaction mechanisms of phosphorous antioxidants and the chemical characteristics influencing them were explored by model experiments. The study of the hydrolytic stability of antioxidants started earlier was concluded. Because of the doubts concerning the effects of the reaction products of synthetic antioxidants on the human health, the research was extended to the investigation of natural antioxidants (vitamins, flavonoids). Their positive effects on human health is well known, but (except for alpha-tocopherol) their behavior has not been investigated in polyolefins. After the first successes the research is continued.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=77860
Decision
Yes





 

List of publications

  
Pénzes Gábor Pál: Modellkísérletek a polietilén stabilizálásához alkalmazott foszfonit-foszfit antioxidáns keverék reakciómechanizmusának megismerésére, BME Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, diplomamunka, 2011
Pataki P; Tátraaljai D; Kovács J; Földes; Pukánszky B: A lignin és a karotin hatása a polietilén feldolgozási stabilitására, Műanyag- és Gumiipari Évkönyv, 2011
Kovács J; Pataki P; Orbán-Mester Á; Nagy G; Staniek P; Földes E; Pukánszky B: Melt stabilisation of Phillips type polyethylene, Part III: Correlation of film strength with the rheological characteristics of the polymer, Polym Degrad Stab 96: 1771-1779, 2011
Tátraaljai D; Pataki P; Kovács K; Földes E; Pukánszky B: Aspects of the stabilization of PE with lignin, Abstracts 29th Polymer Degradation Discussion Group Meeting, Sestri Levante, Sept 5-7, 2011
Tátraaljai D; Janecska T; Orbán-Mester Á; Suba P; Földes E; Pukánszky B: Chemical reactions during the storage of polyethylene pellets at ambient and elevated temperatures, Abstracts 29th Polymer Degradation Discussion Group Meeting, Sestri Levante, Sept 5-7, 2011
Tátraaljai D; Pénzes G; Pataki P; Janecska T; Suba P; Földe E; Pukánszky B: Study of degradation processes taking place in polyethylene pellets stored under different conditions, Abstract book Interfaces´11, Sopron, Sept 28-30, 2011
Diaz Sebastian: A lignin feldolgozási stabilizáló hatása Phillips típusú polietilénben, BME Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, diplomamunka, 2011
Kirschweng Balázs: A kurkumin feldolgozási stabilizáló hatása Phillips típusú polietilénben, BME Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, TDK dolgozat és BSc szakdolgozat, 2011
Frank Attila: Lignin kémiai módosítása és feldolgozási stabilizáló hatásának vizsgálata polietilénben, BME Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, BSc szakdolgozat, 2011
Tátraaljai D; Pataki P; Kovács J; Földes E; Pukánszky B: The crucial role of phosphorous antioxidants in the processing stabilization of polyethylene and the potential use of natural compounds in stabilizer packages, Abstract Book of Advances in Polymer Science and Technology Conference 2011, Linz, Sept. 27-30, 2011
Tátraaljai Dóra: Különböző adalékcsomagok hatása a nagysűrűségű polietilén cső szerkezetére és tulajdonságaira, BME Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, diplomamunka, 2009
Pataki P; Imre B; Földes E; Pukánszky B: Természetes anyagok a műanyagiparban - alapanyagok és adalékok, Műanyag és Gumi 49: 12-18, 2012
Tátraaljai D; Kirschweng B; Kovács J; Földes E; Pukánszky B: Processing stabilization of PE with a natural antioxidant, curcumin, European Polymer Journal doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2013.02.018, 2013
Tátraaljai D; Kirschweng B; Kovács J; Földes E; Pukánszky B: The effect of curcumin on the processing stability of polyethylene, Abstracts of International Conference on Bio-Based Polymers and Composites, May 27-31, 2012, Lake Balaton, Hungary; ID 590, 2012
Tátraaljai D; Kirschweng B; Pénzes G; Szabó P; Földes E; Pukánszky B: Natural antioxidants – Study of the processing stabilizing efficiency and mechanism of curcumin in polyethylene, Abstract book of 7th MoDeSt Conference, 2 - 6 September, 2012, Prague, Czech Republic, Full Abstracts of Oral Presentations, pp. 254-255, 2012
Tátraaljai D; Vágó B; Földes E; Pukánszky B: Study of the effect of quercetin on the melt stability of polyethylene, Abstract book of 7th MoDeSt Conference, 2 - 6 September, 2012, Prague, Czech Republic, Full Abstracts of Poster Presentations, pp. 282-283, 2012
Major Luca: Béta-karotin és alfa-tokoferol tartalmú, polietilén alapú funkcionális csomagolóanyag fejlesztése, BME Műanyag- és Gumiipari Laboratórium, BSc szakdolgozat, 2012
Kriston I; Orbán-Mester Á; Nagy G; Staniek P; Földes E; Pukánszky B: Melt stabilisation of Phillips type polyethylene. Part II: Correlation between additive comsumption and polymer properties, Polym Degrad Stab 94: 1448-1456, 2009
Kriston I; Orbán-Mester Á; Nagy G; Staniek P; Földes E; Pukánszky B: Melt stabilisation of Phillips type polyethylene. Part I: The role of phenolic and phosphorous antioxidants, Polym Degrad Stab 94: 719-729, 2009
Tátraaljai D; Vámos M; Kriston I; Kovács J; Staniek P; Földes E; Pukánszky B: Effect of combinations on the processing and hydrolytic stability of polyethylene pipes, pp 29-31 in Abstracts 28th Polymer Degradation Discussion Group Meeting, Sestri Levante, Sept 6-10, 2009
Kovács J; Dominkovics Z; Pénzes G; Móczó J; Fekete E; Földes E; Pukánszky B: Factors influencing the stability and rheological characteristics of polypropylene-based multicomponent materials, pp 84-86 in Abstracts 28th Polymer Degradation Discussion Group Meeting, Sestri Levante, Sept 6-10, 2009
Tátraaljai D; Vámos M; Kriston I; Kovács J; Staniek P; Földes E; Pukánszky B: Analysis of the efficiency of additive packages in the stability of polyethylene pipes, pp 387-388 in Reichert T. 4th European Weathering Symposium. Natural and Artifial Ageing of Polymers. CEEES Publications, GUS, Pfinztal, 2009
Tátraaljai D; Vámos M; Staniek P; Földes E; Pukánszky B: Polietilén csövek szerkezete és tulajdonságai közötti összefüggések; az adalékrendszer hatása, Műanyag és Gumi 47, 31-34, 2010
Kriston I; Pénzes G; Szijjártó G; Szabó P; Staniek P; Földes E; Pukánszky B: Study of the high temperature reactions of a hindered aryl phosphite (Hostanox PAR 24) used as processing stabiliser in polyolefins, Polym. Degrad. Stab., 95, 1883-1893, 2010
Pénzes G; Domján A; Tátraaljai D; Staniek P; Földes E; Pukánszky B: High temperature reactions of an aryl-alkyl phosphine, an exceptionally efficient melt stabilizer of polyethylene, Polym. Degrad. Stab., 95, 1627-1635, 2010
Kriston I: Some aspects of the degradation and stabilization of Phillips type polyethylene, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, 2010
Tátraaljai D; Kovács J; Pataki P; Földes E; Pukánszky B: The effect of natural additives on the processing stability of polyethylene, Proceedings CD of MoDeSt 2010 Conference, Athens, Greece, September 5-9, 2010




 

Events of the project

  
2011-08-03 15:36:51
Résztvevők változása



Back »