相溶化剤は、ポリオレフィンと他のプラスチックの PCR および PIR ブレンドの衝撃/剛性バランスなどの重要な特性を改善するのに効果的であることが証明されています。＃持続可能な発展
Dow Engage 相溶化剤を含まないリサイクル HDPE/PP サンプル (上) と Engage POE 相溶化剤を含むリサイクル HDPE/PP サンプル。相溶性により破断点伸びが 130% から 450% に 3 倍になりました。（写真：ダウケミカル）
プラスチックのリサイクルが世界中で成長市場となる中、パッケージングや消費者製品、建設、農業、自動車などの分野でハイブリッド樹脂の問題を解決するために、適合性のある樹脂や添加剤がますます使用されています。材料の性能の向上、加工の改善、コストと環境への影響の削減は主要な課題の一つであり、ポリオレフィンや PET などの主流の消費者向けプラスチックがその先頭に立っています。
リサイクル材料を使用する際の大きな障壁は、互換性のないプラスチックを分別するのにコストと時間がかかることです。相溶化剤は、相溶性のないプラスチックを溶融ブレンドできるようにすることで、分離の必要性を減らし、材料メーカーが高品質の製品を生産できるようにすると同時に、リサイクル含有量を増やし、新たな低品質かつ低コストの供給源を利用してコストを削減します。
これらのリサイクル可能な相溶化剤には、特殊ポリオレフィン エラストマー、スチレン系ブロック共重合体、化学修飾ポリオレフィン、チタン アルミニウムの化学に基づいた添加剤が含まれます。他のイノベーションも登場しています。いずれも今後の展示会で注目を集めると予想されている。
ダウによれば、Engage POE と Infuse OBC は、PE 骨格とコモノマーとしてのアルファ オレフィンにより、HDPE、LDPE、LLDPE とポリプロピレンの相溶性に最適です。（写真：ダウケミカル）
特殊ポリオレフィン エラストマー (POE) およびポリオレフィン プラストマー (POP) は、もともと衝撃強度や引張強度などのポリオレフィンの特性を改善するために導入されましたが、再生 PE および PP の相溶化剤として進化し、PET や PET などの他の材料と併用されることもあります。ナイロン。
これらの製品には、Dow's Engage POE、OBC 注入エチレン-アルファ-オレフィン コモノマー ランダム コポリマー、ハード-ソフト ブロック交互オレフィン コポリマー、Exxon Mobil Vistamaxx プロピレン-エチレンおよび Exact エチレン-オクテン POP が含まれます。
エクソンモービル・プロダクト・ソリューションズの市場開発者、ヘスス・コルテス氏は、これらの製品はプラスチックのリサイクル業者/配合業者やその他のリサイクル業者に販売されていると述べ、互換性はリサイクル業者が相互汚染やポリオレフィン流の潜在的に低コストの主要薬剤を利用するのに役立つツールになり得ると指摘した。ダウ・ケミカル・カンパニーのパッケージングおよび特殊プラスチックのグローバル・サステナビリティ担当ディレクター、ハン・ジャン氏は次のように述べています。「当社の顧客は、より広範なリサイクルの流れにアクセスしながら、より高品質の最終製品を作成できるという恩恵を受けています。当社は、製造可能性を維持しながら、リサイクル含有量を増やすために相溶化剤を使用する加工業者にサービスを提供しています。」
「当社の顧客は、より広範なリサイクルの流れにアクセスしながら、より高品質の最終製品を作成できるという恩恵を受けています。」
エクソンモービルのコルテスは、バージン樹脂の改質に適した同じ Vistamaxx および Exact グレードを使用して、リサイクル プラスチックとの適合性を確保できることを確認しました。同氏は、VistamaxxポリマーはHDPE、LDPE、LLDPEをポリプロピレンと適合させることができると述べ、PETやナイロンなどのポリマーの極性のため、ポリオレフィンをそのようなポリマーと適合させるにはVistamaxxグレードのグラフト化が必要であると付け加えた。「例えば、私たちは複数の配合業者と協力して、Vistamaxx ポリマーがコンパウンド配合物にもたらす性能向上を維持しながら、Vistamaxx をグラフトしてポリオレフィンをナイロンと互換性のあるものにしました。」
米。1 Vistamaxx 添加剤を使用した場合と使用しない場合の、再生 HDPE とポリプロピレンの混合色を示す MFR チャート。(出典: エクソンモービル)
Cortez 氏によると、適合性は、非常に望ましい耐衝撃性などの機械的特性の向上によって確認できます。材料を再利用する場合には、流動性を高めることも重要です。一例は、HDPE ボトルストリーム用の射出成形配合物の開発です。彼は、現在入手可能なすべての特殊エラストマーにはそれぞれの用途があると述べています。「議論の目的は、全体的なパフォーマンスを比較することではなく、特定のプロジェクトに最適なツールを選択することです。」
たとえば、「PE が PP と互換性がある場合、Vistamaxx が最良の結果をもたらすと考えています。しかし、市場は耐衝撃性の向上も必要としており、低温靱性を求める場合にはエチレン-オクテン プラストマーが適している可能性があります。」
Cortez 氏は、「当社の Exact または Dow's Engage グレードと Vistamaxx のようなエチレン-オクテン プラストマーは、非常によく似た負荷レベルを持っています。」と付け加えました。
ダウ社のZhang氏は、HDPE中にポリプロピレンが存在すると、一般に曲げ弾性率で測定される剛性は増加するが、2つの成分の非相溶性により靭性と引張伸びで測定される特性が低下すると説明した。これらの HDPE/PP ブレンドに相溶化剤を使用すると、相分離が減少し、界面接着力が向上するため、剛性と粘度のバランスが改善されます。
米。2. Vistamaxx 添加剤を使用した場合と使用しない場合の、リサイクル HDPE とポリプロピレンのさまざまな色のブレンドを示す衝撃強度のグラフ。(出典: エクソンモービル)
Zhang 氏によると、Engage POE と Infuse OBC は、PE バックボーンとアルファオレフィンコモノマーを使用しているため、HDPE、LDPE、LLDPE をポリプロピレンと適合させるのに最適です。PE/PP ブレンドの添加剤として、通常は 2 ～ 5 重量％の量で使用されます。Zhang 氏は、グレード 8100 などの Engage POE 相溶化剤は、硬度と靱性のバランスを改善することにより、PE と PP を多く含む廃棄物を含むメカニカルリサイクル PE/PP ブレンドにより多くの価値を提供できると指摘しました。用途には、射出成形された自動車部品、ペイント缶、ゴミ箱、梱包箱、パレット、屋外用家具などが含まれます。
市場は耐衝撃性能の向上を求めており、低温衝撃靱性が必要な場合にはエチレンオクテンプラストマーが役割を果たします。
彼は次のように付け加えました。% Engage 8100 は、PP 成分によって付与される高い弾性率を維持しながら、相容性のない HDPE/PP 70/30 ブレンドの衝撃強度と引張伸びを 3 倍にしました。」と同氏は付け加え、低温可塑性の要件に対して、Engage POE は周囲温度での衝撃強度を提供します。ガラス転移温度が非常に低いためです。
これらの特殊エラストマーのコストについて、エクソンモービルのコルテス氏は次のように述べています。「競争の激しいリサイクル バリュー チェーンでは、コストとパフォーマンスのバランスが重要です。Vistamaxx ポリマーを使用すると、リサイクル樹脂の性能を向上させることができ、リサイクル業者がより高い経済的価値を得ることができる用途で樹脂を使用できるようになります。」その結果、リサイクル業者はコストだけを主な要因とするのではなく、再生プラスチックを市場に出す機会が広がり、カスタムブレンドと処理量に注力できるようになります。」
「ブレンドされたポリオレフィンをリサイクルできることに加えて、私たちはポリオレフィンとナイロンやポリエステルなどのエンジニアリングプラスチックとのようなさまざまなブレンドのリサイクルの促進にも取り組んでいます。当社は数多くの機能性ポリマーを提供してきましたが、新しいソリューションはまだ開発中です。包装、インフラ、輸送、消費者用途で見られるさまざまなプラスチック混合物に対応するために、積極的に開発が進められています。」
スチレンブロック共重合体や化学修飾ポリオレフィンも、再生樹脂の相溶性を強化・改善するための相溶化剤として注目されている材料です。
クレイトン ポリマーズは、プラスチックのリサイクルとリサイクル向けに性能を向上させる添加剤を含む CirKular+ スチレン系ブロック共重合体プラットフォームを提供しています。クレイトン スペシャルティ ポリマーズのグローバル戦略マーケティング ディレクターであるジュリア ストリン氏は、CirKular+ Compatibility シリーズ (C1000、C1010、C1010) と CirKular+ Performance Enhancement シリーズ (C2000 および C3000) の 5 グレードからなる 2 シリーズを挙げています。これらの添加剤は、スチレンおよびエチレン/ブチレン (SEBS) をベースとした一連のブロック共重合体です。これらは、室温または極低温での高い衝撃強度、剛性と衝撃特性に適応する柔軟性、応力亀裂に対する耐性の向上、加工性の向上など、優れた機械的特性を備えています。Circular+ 製品は、バージンプラスチック、PCR、および PIR 廃棄物に対する複数の樹脂の互換性も提供します。グレードに応じて、PP、HDPE、LDPE、LLDPE、LDPE、PS、HIPSのほか、EVOH、PVA、EVAなどの極性樹脂にも使用できます。
「私たちは、ポリオレフィン混合プラスチック廃棄物をリサイクルし、より価値のある製品にリサイクルすることが可能であることを示しました。」
「CirKular+ の完全にリサイクル可能な添加剤は、機械的特性を改善し、ポリオレフィンベースのモノマテリアル製品の設計をサポートすることで PCR の再利用を可能にし、それによって PCR 含有量を 90 パーセント以上に最大化します」と Stryn 氏は述べています。未変性の樹脂。テストの結果、CirKular+ 製品は、より頻繁に使用するために最大 5 回まで熱処理できることがわかっています。」
CirKular+ シリーズのエキスパンダーは、混合 PCR および PIR 回収ストリームをアップグレードするためのマルチ樹脂エキスパンダーで、通常は 3% ～ 5% 添加されます。混合廃棄物のリサイクルの 2 つの例には、76%-PCR HDPE + 19%-PCR PET + 5% Kraton+ C1010 の射出成形複合サンプルと、72%-PCR PP + 18%-PCR PET + 10% Kraton+ C1000 のサンプルが含まれます。。これらの例では、剛性を維持し加工性を向上させながら、ノッチ付きアイゾット衝撃強度がそれぞれ 70% と 50% 増加し、降伏強度が 40% と 30% 増加しました。PCRLDPE-PETブレンドも同様の性能を示しました。これらの製品はナイロンやABSにも効果があります。
CirKular+ パフォーマンス強化シリーズは、ポリオレフィンとポリスチレンのサイクリック混合 PCR および PIR ストリームを、通常 3% ～ 10% の添加レベルでアップグレードするように設計されています。最近成功した射出成形テスト: 91%-PCR PP + 9% Kraton+ C2000。この配合では、競合製品と比べて衝撃弾性率のバランスが 110% 向上しています。「自動車および産業用途におけるハイエンド rPP アプリケーションには、この種の改善が必要です。これは包装にも適用できますが、要件が緩和されれば、C2000 の量は削減されるでしょう」と、Streen 氏は述べています。
ストリン氏によると、Kraton+ は、成形、押出成形前、またはリサイクルプロセスの一部として、再生プラスチックとプレブレンドまたはドライブレンドすることができます。数年前に CirKular+ を立ち上げて以来、同社は産業用パレット、食品および飲料の包装、自動車部品、チャイルドシートなどの分野で早期採用を実現してきました。CircKular+ は、射出成形または圧縮成形、押出成形、回転成形、コンパウンディングなどのさまざまなプロセス用途でも使用できます。
Polybond 3150/3002 は、SI グループの広範な Polybond 化学修飾ポリオレフィンの一部であり、バインダーおよび相溶性添加剤として使用できます。これは、再生ポリプロピレンをあらゆるタイプのナイロンと互換性のある無水マレイン酸グラフトポリプロピレンです。テクニカルマネージャー兼テクニカルサポートの John Yun 氏によると、通常の使用レベル 5% で、3 倍以上のアイゾットノッチ衝撃強度と逆アイゾット衝撃強度を示します。市場開発ディレクターの Irfaan Foster 氏は、最初の用途は自動車の防音であると述べています。最近では、床下パネル、フード下のコンポーネント、ダッシュボードの裏側にリサイクルされたポリプロピレンとナイロンの混合物として使用されています。
別のグレードは Polybond 3029 で、木材とプラスチックの複合材料の適合性を向上させる添加剤として 2 年前に導入された無水マレイン酸グラフト高密度ポリエチレンです。Yun 氏によると、同社は 50/50 PCR/純粋 HDPE ブレンドに対応できる軌道に乗っているようです。
別のクラスの相溶化剤は、Kenrich Petrochemicals によって提供され、配合業者や成形業者に販売されているチタン酸塩 (Ti) 触媒やジルコン酸塩 (Zr) 触媒など、チタン - アルミニウムの化学に基づいています。同社の製品には、ポリオレフィン、PET、PVC、PLAなどのバイオプラスチックを含むさまざまなポリマーに対する相溶性添加剤として機能する、マスターバッチまたは粉末の形の新しい触媒が含まれています。Kenrichの社長兼共同所有者のSal Monte氏によると、PP/PET/PEなどのPCRブレンドでの使用が勢いを増しているという。これにより、押出の生産性が向上し、射出成形のサイクルタイムが短縮されることが報告されています。
Ken-React CAPS KPR 12/LV ビーズおよび Ken-React KPR 12/HV パウダーは、PCR を元の状態に戻すことが報告されています。モンテ氏は、この製品は同社の新しいLICA 12アルコキシチタン酸塩触媒と「よりコスト効率の高い」混合金属触媒を組み合わせた結果であると述べた。「当社では、マスターバッチと同様に、ビンに追加されるすべてのリサイクル材料の総重量の 1.5% ～ 1.75% の量で CAPS KPR 12/LV 顆粒を提供し、せん断を維持するためにプロセス温度を 10 ～ 20% 下げます。反応混合物の。これらはナノメートルレベルで動作するため、複合材料の反応性せん断が必要であり、溶融には高いトルクが必要です。」
モンテ氏は、これらの添加剤は、LLDPE や PP などの添加ポリマー、PET などの重縮合物、有機および無機フィラー、PLA などのバイオプラスチックにとって効果的な相溶化剤であると述べています。典型的な結果としては、ほとんどの未充填熱可塑性プラスチックの押出、射出成形、ブロー成形温度の 9% 低下と加工速度の 20% 増加が挙げられます。リサイクルされた 80/20%LDPE/PP ブレンドでも同様の結果が得られました。あるケースでは、3 つの PIR 樹脂、段階的融着フィルム LLDPE、20 ～ 35 MFI 混合射出成形ポリプロピレン コポリマー蓋、熱成形 PET 食品折り込み包装の適合性を確保するために 1.5% CAPS KPR 12/LV が使用されました。PP/PET/PE 混合物を 1/4 インチのサイズに粉砕します。最大1/2インチまで。フレークとメルトは射出成形ペレットに混合されます。
Interface Polymers の特許取得済みのジブロック添加剤技術は、分子レベルでポリオレフィンの固有の不相溶性を克服し、ポリオレフィンの加工を可能にしたと報告されています。（写真：界面ポリマー）
流通事業 SACO AEI ポリマーズは、ファインブレンドの中国独占販売代理店であり、リサイクルブレンド、添加剤、鎖延長剤など、ポリプロピレン、ナイロン、PET、エンジニアリング熱可塑性プラスチック、および PLA や PBAT などのバイオポリマー向けの幅広い相溶化剤を製造しています。ビジネスユニットマネージャーのマイク・マコーマック氏はこう語った。補助物質には、ポリマーを混合するときに化学反応に関与しない、主にブロックおよびグラフトコポリマーまたはランダムコポリマーなどの非反応性相溶化剤が含まれます。BP-1310 は、3% ～ 5% の添加レベルにより、ポリプロピレンとポリスチレンのリサイクルブレンドの相溶性が向上する例です。リサイクル PE/PS ブレンドの相溶性を向上させる添加剤が開発中です。
Fine-Blend 反応性相溶化剤は、リサイクル PET、ポリカーボネート、ナイロン用の ECO-112O など、ブレンド中にバージン ポリマーと化学反応することで相溶性を向上させます。ABS および再生 PET 相溶化剤には HPC-2。ポリプロピレンおよび再生ポリプロピレンの製造用の SPG-02。PET対応。これらにはリサイクルポリエステルの水酸基と反応して靭性と適合性を向上させるエポキシ基が含まれているとマコーマック氏は述べた。ナイロンのアミノ基と反応できる無水マレイン酸グラフトポリプロピレンの CMG9801 もあります。
2016 年以降、英国の企業 Interface Polymers Ltd. は、独自の Polarfin ジブロック共重合体添加剤技術を開発しました。これにより、ポリオレフィンの固有の分子不相溶性が克服され、リサイクルが可能になったと報告されています。これらのジブロック添加剤は、バージンおよびリサイクルされたポリエチレンおよびポリプロピレンの化合物、シートおよびフィルムに適しています。
大手フィルムメーカーは、生産性を大幅に損なうことなく多層フィルムを処理するプロジェクトに取り組んでいます。ビジネス開発ディレクターのサイモン・ワディントン氏は、ポーラフィンは、低負荷レベルであっても、再生ブレンドプラスチックを使用することでポリオレフィンフィルムのリサイクルを妨げる一般的な問題であるゲル化を排除したと述べた。「私たちは、Polarfin 添加剤技術を使用して、ポリオレフィン混合プラスチック廃棄物をリサイクルして、より価値のある製品に再生できることを実証することに成功しました。」
ExxonMobil の Cortes によると、互換性 (例: Vistamaxx とリサイクル PE/PP) は、耐衝撃性などの機械的特性の向上によって証明できます。（写真：エクソンモービル）
二軸スクリュー配合では、ほとんどのエンジニアはスクリュー要素を構成できる利点を認識しています。バケットセクションの並べ替えについて知っておくべきことは次のとおりです。
空間的および/または時間的パターンを探して、リンク品質の欠陥を調査したり、処理上の問題の根本原因を特定したりする際の手がかりを提供します。特定可能な原因を特定して治療するための戦略は、まず問題が慢性的なものなのか一時的なものなのかを判断することです。
Insight Polymers & Complexers は、ポリマー化学の専門知識を活用して次世代材料を開発します。
投稿日時: 2023 年 7 月 28 日