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Faculté des Sciences appliquées
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MASTER THESIS
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Benchmarking of new antioxidant booster technologies in various (polymer and lubricant) substrates.

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Fernandez Castro, Xavier ULiège
Promotor(s) : Keck-Antoine, Klaus
Date of defense : 6-Sep-2018/7-Sep-2018 • Permalink : http://hdl.handle.net/2268.2/5528
Details
Title : Benchmarking of new antioxidant booster technologies in various (polymer and lubricant) substrates.
Author : Fernandez Castro, Xavier ULiège
Date of defense  : 6-Sep-2018/7-Sep-2018
Advisor(s) : Keck-Antoine, Klaus 
Committee's member(s) : Calberg, Cédric ULiège
Thomassin, Jean-Michel ULiège
Léonard, Angélique ULiège
Language : English
Number of pages : 128
Discipline(s) : Engineering, computing & technology > Chemical engineering
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Degree: Master en ingénieur civil en chimie et science des matériaux, à finalité spécialisée
Faculty: Master thesis of the Faculté des Sciences appliquées

Abstract

[en] The aim of this work was to establish a ranking of antioxidant boosters in many polymeric substrates and to recommend a booster formulation for each tested application.
In order to accomplish that, an internship of 3 months in the Korean installation of SONGWON in Ulsan and an access to the equipment of the team of Mr. Keck were the means and time available for the experimental work. This prevented us from changing the experimental procedure or to fine tuning an unstable experimental method due to the time limitation. Any supplementary data collected after those 3 months had to be done by the team in their spare time.
The three previewed substrates were: the extrusion of a polyolefin, the damaging of a lubricant in its work cycle and the foaming of polyurethane foam. Sadly, it has been found out during the internship that the lubricant experiment chosen was not suitable to test the damaging of the lubricant and, in the case of the polyurethane foam, it could only be confirmed that there was an unknown uncontrolled variable in the experimental that rendered the experiment unreproducible.
The extrusion was carried away without problem, but delivery delays prevented the collection of data for the AOX-D and Fraunhofer 5 boosters. In the extrusion work, commercial references were tested with the booster in polypropylene. The ranking has been established by clustering the boosters in 4 clusters: general improvers, melt flow improvers, color improvers and ineffective stabilizers. It was found that the best boosters for melt flow protection were the phenothiazine and vitamin E, while for the discoloration reduction, the hydroxylamines and new chemistries worked better.
The final selection of a better booster formulation using the melt flow results, toxicity of the booster, sample color levels and the prices of the booster allowed us to recommend the vitamin E to enhance the polypropylene standard stabilizer. However, it was also found that the SONGNOX 611B commercial reference showed the same melt flow protection with a better color reduction as the selected formulation while being in the same price range than the booster formulation.

[fr] Le but de ce TFE est d’établir un classement de boosters d’antioxydants dans plusieurs substrats polymériques et de recommander une formulation de booster pour chaque application testée.
Pour accomplir cela la majorité du travail expérimental fut réalisé en Corée dans l’un des laboratoires de SONGWON a Ulsan au sein de l’équipe de Mr. Keck durant une période de 3 mois. Les équipements appartenant à l’équipe furent utilisés. Ce délai limité n’as pas permis une adaptation en cas d’expérience non pertinente ou si un mode opératoire nécessitait un développement. Toute donnée complémentaire produite au-delà de ce délai a dû être obtenue dans les libertés de planning dont disposaient les membres de l’équipe.
Les trois substrats et leur applications prévues étaient: l’extrusion d’une polyoléfine, un lubrifiant pendant un cycle moteur et la formation de mousse de polyuréthane. Malheureusement, durant le stage, il a été prouvé que l’expérience prévue pour le lubrifiant ne permettait pas de caractériser l’endommagement du lubrifiant et, dans le cadre du polyuréthane, la présence d’une variable inconnue rendant le mode opératoire non-reproductible est ce qui est ressorti des essais.
Une série d’expériences sur l’extrusion a pu être lancée dans du polypropylène et a permis d’obtenir des mesures pertinentes. Ceci dit deux boosters n’ont pas pu être testés a cause d’un retard de livraison de plusieurs semaines. Aucune donnée n’a pu être collectée sur les booster AOX-D et Fraunhofer 5. En plus des boosters, des références commerciales ont étés testées durant cette série d’expériences. Les boosters ont été classés en 4 groupes : les améliorateurs généraux, les améliorateurs de la protection de l’écoulement, les améliorateurs de couleur et les stabiliseurs inefficaces. Les résultats de l’extrusion ont prouvé que les meilleurs protecteurs de l’écoulement sont la phénothiazine, la vitamine E, Sumilizer GM et Sumilizer GP alors que du coté de la réduction de couleurs les meilleurs sont les hydroxylamines (SN 9100, GENOX EP and Irgastab FS-042) et les nouvelles molécules.
La sélection finale d’une formulation recommandée a été faite en se basant sur la protection de l’écoulement, sur la toxicité des boosters, sur la réduction de la décoloration et sur le prix des boosters. Cette sélection a mis en avant une formulation composée de vitamine E et du standard de protection pour le polypropylène. Mais même en comparant la meilleure formulation boostée au références commerciales, il est ressorti que la référence SONGNOX 611B présentait le même niveau de protection de l’écoulement pour une meilleure réduction de couleurs tout en étant dans la même gamme de prix.


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Author

  • Fernandez Castro, Xavier ULiège Université de Liège > Master ingé. civil chim. & sc. mat., à fin.

Promotor(s)

Committee's member(s)

  • Calberg, Cédric ULiège Université de Liège - ULiège > Department of Chemical Engineering > Génie chimique - Nanomatériaux et interfaces
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  • Thomassin, Jean-Michel ULiège Université de Liège - ULiège > Département de chimie (sciences) > Centre d'études et de rech. sur les macromolécules (CERM)
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  • Léonard, Angélique ULiège Université de Liège - ULiège > Department of Chemical Engineering > PEPs (Product, Environment, Processes)
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