JP2023531685A - ペットボトルをリサイクルしてpet複合材料マスターバッチを再製造し、その製造方法及び発泡靴材料の応用 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、繊維、薄膜、樹脂等の生活に関わる資材及び飲料水、炭酸飲料に用いるボトル等の食品分野において大量に生産され、使用されている。但し、大量に生産し、大量に使用されると同時に、繊維、薄膜、樹脂製品等の廃棄物及び不適格なPET製品も大量に生み出されているため、無視できない環境問題を引き起こしている。
このため、物質の再利用(Material Recycle)の種々の方法が次々と提出されている。
ペットボトルリサイクルを溶融して再利用する方法において、ペットボトル本体に含まれる顔料がリサイクルして再使用する際の制限となり、ひいてはリサイクルして溶融する際に汚染を引き起こし、ペットボトルをリサイクルして再製造した製品の歩留まりを低下させた。
リサイクルし再製造したPET及びEVAに高分子相溶化剤を組み合わせて溶融し混練し、修飾され変性された新たなポリマーアロイ(Polymer alloy)を形成し、押出機を利用してマスターバッチを製造し、廃棄ポリエチレンテレフタレート(PET)をリサイクルして再利用し、二酸化炭素排出量を減らし、環境保護の目的を達成させると同時に、バージンPETポリマー材料の需要を減らし、石油化学原料に対する需要も減らす。
ポリエチレンテレフタレート(PET)、廃棄包装材及び紡織品からリサイクルした後に再製造したポリエチレンテレフタレート再生材料(r-PET)と、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)と、高分子相溶化剤と、を含む。前記複合材料マスターバッチの総重量は計100wt%であり、前記ポリエチレンテレフタレートの含有量の範囲は25~65wt%であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の含有量の範囲は30~70wt%であり、前記高分子相溶化剤の含有量の範囲は2~10wt%である。
エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、高分子相溶化剤、及び廃棄包装材または紡織品からリサイクルした後に再製造したポリエチレンテレフタレート再生材料(r-PET)を提供し、材料の総重量は計100wt%であり、前記ポリエチレンテレフタレート再生材料の含有量の範囲は25~65wt%であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の含有量の範囲は30~70wt%であり、前記高分子相溶化剤の含有量の範囲は2~10wt%である材料取得ステップと、
ロスインウェイト式(loss-in-weight)計量システムを利用し、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、高分子相溶化剤、及びポリエチレンテレフタレート(PET)を比率に基づいてそれぞれ供給してポリマーアロイを形成し、2軸押出機を使用して温度160~245℃の間の範囲及び平均剪断速度100~300/秒(sec-1)の条件において、前記ポリマーアロイを100~250kg/hrの押出量でストランド状に押し出し、同時にポリマーアロイを押し出す過程においてスクリューを前述の温度範囲内に制御して先に昇温してから降温するプラスチック材料溶融ステップと、
ストランド状に圧出された前記ポリマーアロイを抽出するように前記2軸押出機を制御し、且つ前記ストランド状ポリマーアロイを水路を経て冷却するようにガイドする半製品抽出ステップと、
冷却したストランド状ポリマーアロイを粒状に切断した後に振動ふるいにかけるように前記2軸押出機を制御し、前記複合材料マスターバッチを製造する切断造粒ステップと、を含む。
エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、高分子相溶化剤、及び廃棄包装材及び紡織品からリサイクルした後に再製造したポリエチレンテレフタレート再生材料(r-PET)を提供し、材料の総重量は計100wt%であり、前記ポリエチレンテレフタレート再生材料の含有量の範囲は25~65wt%であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の含有量の範囲は30~70wt%であり、前記高分子相溶化剤の含有量の範囲は2~10wt%である材料取得ステップと、
ロスインウェイト式(loss-in-weight)計量システムを利用し、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、高分子相溶化剤、及びポリエチレンテレフタレート(PET)を比率に基づいてそれぞれ供給してポリマーアロイを形成し、2軸押出機を使用して温度160~245℃及び平均剪断速度100~300/秒(sec-1)の条件において、前記ポリマーアロイを100~250kg/hrの押出量でストランド状に押し出し、同時にポリマーアロイを押し出す過程においてスクリューを前述の温度範囲内に制御し、材料の供給開始から順次160、180、190、200、220、230、240、245、240、235℃の温度で前記ポリマーアロイに対し先に昇温してから降温する段階的加熱を行うプラスチック材料溶融ステップと、
ストランド状に圧出された前記ポリマーアロイを抽出するように前記2軸押出機を制御し、且つ前記ストランド状ポリマーアロイを水路を経て冷却するようにガイドする半製品抽出ステップと、
冷却したストランド状ポリマーアロイを粒状に切断した後に振動ふるいにかけるように前記2軸押出機を制御し、前記複合材料マスターバッチを製造する切断造粒ステップと、
所定の靴材料のサイズに基づいて、発泡用金型の型穴の長さ、幅及び/または高さを調整し、長さの微調整範囲は5~10mmであり、幅の微調整範囲は5~10mmであり、厚さの微調整範囲は10~20mmである発泡用金型微調整ステップと、
前記複合材料マスターバッチ及びエチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)を弾性材料と混合した後に型に入れ、発泡成型技術により前記靴材料を製造する発泡成型ステップと、を含む。
ちなみに、本発明は異なる態様において各種の変化を有しているが、これらは全て本発明の範囲を逸脱しておらず、且つ本質について説明するために用いているにすぎず、本発明を制限するものではない。
前記高分子相溶化剤はエポキシ官能基(Epoxy)を有するグラフトポリマーまたはポリマーが好ましい。
具体的には、前記高分子相溶化剤は、メタクリル酸グリシジル(GMA、Glycidyl methacrylate)、マレイン酸無水物(無水マレイン酸、MA、Maleic anhydride)、或いはアクリル酸(AA、Acrlic acid)から選ばれる。
前記高分子相溶化剤は、メタクリル酸グリシジル(GMA)を選択するのが好ましく、特にメタクリル酸グリシジル(GMA)をエチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)にグラフトしたグラフトポリマーが最も好ましい。さらに、前記高分子相溶化剤がエポキシ官能基(Epoxy)を有するポリマーまたはグラフトポリマーである場合、高分子相溶化剤は3~16mol%のエポキシ官能基を含有するポリマー派生物であることが好ましい。
PET及びEVAは高分子相溶化剤を添加した後にエーテル化反応またはエステル化反応を発生させ、材料を修飾し、PET及びEVAを良好に相溶化させて前記ポリマーアロイを形成する目的を達成させる。
<構造式(1)>
以下の構造式(2)は、PET及びEVAに高分子相溶化剤を添加した後にエステル化反応を発生させて形成したポリマーアロイ構造式を示し、PETは末端にヒドロキシ基官能基(hydroxyl group)を有している。
<構造式(2)>
<化学式(1)>
化学式(1)のn=100moleである。
<化学式(2)>
化学式(2)において、m+n=100mol%である場合、m=60~84mol%であり、n=16~40mol%である。
<化学式(3)>
化学式(3)において、x+y+z=100mol%である場合、x=45~80mol%であり、y=5~30mol%であり、z=5~26mol%である。
反応式1:
反応式1によりEVA親和性末端基及びPET親和性末端基を有しているエーテル化反応化合物を生成し、下記[反応式2]に示す如く、前記エーテル化反応化合物とEVA及びPETとが相溶化する反応メカニズムを示す。
反応式2:
下記反応式3は、PET及びエポキシ官能化EVAのエステル化反応を行うメカニズムを示す。
反応式3:
反応式3により、EVA親和性末端基及びPET親和性末端基を有しているエステル化反応化合物を生成し、反応式4に示す如く、前記エステル化反応化合物とEVA及びPETとが相溶化する反応メカニズムを示す。
反応式4:
以上、本発明のPET及びEVAをリサイクルし再製造した複合材料マスターバッチの配合及びその材料を溶融し混練して相溶化する反応メカニズムについての説明である。以下、本発明に係る複合材料マスターバッチの製造方法及びその応用方法について説明する。
ロスインウェイト式(loss-in-weight)計量システムを利用し、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、高分子相溶化剤、及びポリエチレンテレフタレート(PET)を比率に基づいてそれぞれ供給してポリマーアロイを形成し、2軸押出機を使用して温度160~245℃の間の範囲及び平均剪断速度100~300/秒(sec-1)の条件において、前記ポリマーアロイを100~250kg/hrの押出量でストランド状に押し出し、同時にポリマーアロイを押し出す過程においてスクリューを前述の温度範囲内に制御して先に昇温してから降温するプラスチック材料溶融ステップと、
ストランド状に圧出された前記ポリマーアロイを抽出するように前記2軸押出機を制御し、且つ前記ストランド状ポリマーアロイを水路を経て冷却するようにガイドする半製品抽出ステップと、
冷却したストランド状ポリマーアロイを粒状に切断した後に振動ふるいにかけるように前記2軸押出機を制御し、前記複合材料マスターバッチを製造する切断造粒ステップと、を含む。
本発明の実施例において、前記複合材料マスターバッチはエチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)及び熱可塑性弾性材料と混合し、発泡成型技術により靴材料を製造するために用いられている。
エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、高分子相溶化剤、及び廃棄包装材及び紡織品からリサイクルした後に再製造したポリエチレンテレフタレート再生材料(r-PET)を提供し、材料の総重量は計100wt%であり、前記ポリエチレンテレフタレート再生材料の含有量の範囲は25~65wt%であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の含有量の範囲は30~70wt%であり、前記高分子相溶化剤の含有量の範囲は2~10wt%である材料取得ステップと、
ロスインウェイト式(loss-in-weight)計量システムを利用し、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)、高分子相溶化剤、及びポリエチレンテレフタレート(PET)を比率に基づいてそれぞれ供給してポリマーアロイを形成し、2軸押出機を使用して温度160~245℃及び平均剪断速度100~300/秒(sec-1)の条件において、前記ポリマーアロイを100~250kg/hrの押出量でストランド状に押し出し、同時にポリマーアロイを押し出す過程においてスクリューを前述の温度範囲内に制御し、材料の供給開始から順次160、180、190、200、220、230、240、245、240、235℃の温度で前記ポリマーアロイに対し先に昇温してから降温する段階的加熱を行うプラスチック材料溶融ステップと、
ストランド状に圧出された前記ポリマーアロイを抽出するように前記2軸押出機を制御し、且つ前記ストランド状ポリマーアロイを水路を経て冷却するようにガイドする半製品抽出ステップと、
冷却したストランド状ポリマーアロイを粒状に切断した後に振動ふるいにかけるように前記2軸押出機を制御し、前記複合材料マスターバッチを製造する切断造粒ステップと、
所定の靴材料のサイズに基づいて、発泡用金型の型穴の長さ、幅及び/または高さを調整し、長さの微調整範囲は5~10mmであり、幅の微調整範囲は5~10mmであり、厚さの微調整範囲は10~20mmである発泡用金型微調整ステップと、
前記複合材料マスターバッチ及びエチレン-酢酸ビニル共重合樹脂(EVA)を弾性材料と混合した後に型に入れ、発泡成型技術により前記靴材料を製造する発泡成型ステップと、を含む。
ポリエチレンテレフタレート(PET)を廃棄ペットボトルから取得する際に、既知のペットボトルリサイクル技術(PET bottle recycling)により前記ポリエチレンテレフタレート再生材料(r-PET)を製造する。
具体的には、廃棄ペットボトルの処理方法は、破砕、洗浄、分離、及び乾燥を含む。
破砕ステップでは、材料を小さな破片に破砕し、続いて、これら前記破片に残った紙ラベル及びプラスチックのキャップの破片等の少数の原物質の残留物を、適切な方法で除去した後、洗浄、分離、及び乾燥を行い、最終的に純粋なPET破片またはPETの薄片を製造し、本発明のポリエチレンテレフタレート再生材料(r-PET)を形成する。
表1(実施例1~4の複合材料マスターバッチの総量を計100wt%とし、材料の含有量の単位はwt%とする)
図1に示すように、本発明に係る複合材料マスターバッチをオリジナルサイズの金型で発泡させたシートの外観は、外形が明らかに不規則で線が変形している。
このため、本発明は図2に示すT字型モールドにより異なる構造の製品を反復してテストし、且つテストを比較すると、本発明のリサイクルし再製造したPETを含む複合材料マスターバッチの発泡プロセスにおける膨張率が従来のEVA材料の膨張率よりも高いことが確定した。
即ち、本発明のポリエチレンテレフタレート再生材料(r-PET)を含む複合材料マスターバッチを使用して発泡靴材料を製造する場合、金型の型穴のサイズを調整し、発泡製品の外観の歩留まりを高める必要がある。
異なるステップから分析し比較すると、新しい金型を作る際に、型穴の厚さを6mm以上とする場合、長さは使用する原材料よりも4%膨張率を低くし、幅も3~4%短く調整する必要があり、厚さは使用する原材料よりも10%~20%短くすることが推奨される。製品のサイズは厚さを基準として計算する。
Claims (10)
- 廃棄包装材または紡織品からリサイクルした後に再製造したポリエチレンテレフタレート再生材料のポリエチレンテレフタレートと、
エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂と、
高分子相溶化剤と、を含み、
複合材料マスターバッチの総重量は計100wt%であり、前記ポリエチレンテレフタレートの含有量の範囲は25~65wt%であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の含有量の範囲は30~70wt%であり、前記高分子相溶化剤の含有量の範囲は2~10wt%であることを特徴とするペットボトルをリサイクルしたPET複合材料マスターバッチの再製造。 - 前記ポリエチレンテレフタレート再生材料の固有粘度は0.6~1.0dL/gの間の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のペットボトルをリサイクルしたPET複合材料マスターバッチの再製造。
- 前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂mp酢酸ビニルの含有量は8~40wt%の間の範囲であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂のメルトフローレートは190℃/2.16kgの条件において10分間当たり1~10gの間の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のペットボトルをリサイクルしたPET複合材料マスターバッチの再製造。
- 前記高分子相溶化剤はメタクリル酸グリシジル、無水マレイン酸、アクリル酸、一級アミン官能基を含有するグラフトポリマー、二級アミン官能基を含有するグラフトポリマー、またはイソシアネートを含有するグラフトポリマーから選ばれることを特徴とする請求項1に記載のペットボトルをリサイクルしたPET複合材料マスターバッチの再製造。
- ペットボトルをリサイクルしてPET複合材料マスターバッチを再製造する製造方法であって、
エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂、高分子相溶化剤、及び廃棄包装材または紡織品からリサイクルした後に再製造したポリエチレンテレフタレート再生材料を提供し、材料の総重量は計100wt%であり、前記ポリエチレンテレフタレート再生材料の含有量の範囲は25~65wt%であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の含有量の範囲は30~70wt%であり、前記高分子相溶化剤の含有量の範囲は2~10wt%である材料取得ステップと、
ロスインウェイト式計量システムを利用し、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂、高分子相溶化剤、及びポリエチレンテレフタレートを比率に基づいてそれぞれ供給してポリマーアロイを形成し、2軸押出機を使用して温度160~245℃の間の範囲で平均剪断速度100~300/秒の条件において、前記ポリマーアロイを100~250kg/hrの押出量でストランド状に押し出し、同時にポリマーアロイを押し出す過程においてスクリューを前述の温度範囲内に制御して先に昇温してから降温するプラスチック材料溶融ステップと、
ストランド状に圧出された前記ポリマーアロイを抽出するように前記2軸押出機を制御し、且つストランド状ポリマーアロイを水路を経て冷却するようにガイドする半製品抽出ステップと、
冷却したストランド状ポリマーアロイを粒状に切断した後に振動ふるいにかけるように前記2軸押出機を制御し、前記複合材料マスターバッチを製造する切断造粒ステップと、を含むことを特徴とするペットボトルをリサイクルしてPET複合材料マスターバッチを再製造する製造方法。 - プラスチック材料溶融ステップにおいて、ポリマーアロイを押し出す過程において前記スクリューは、材料の供給開始から順次160、180、190、200、220、230、240、245、240、235℃の温度で前記ポリマーアロイに対し先に昇温してから降温する段階的加熱を行うことを特徴とする請求項5に記載のペットボトルをリサイクルしてPET複合材料マスターバッチを再製造する製造方法。
- 前記ポリエチレンテレフタレート再生材料の固有粘度は0.6~1.0dL/gの間の範囲であり、
前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の酢酸ビニルの含有量は8~40wt%の間の範囲であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂のメルトフローレートは190℃/2.16kgの条件において10分間当たり1~10 gの間の範囲であることを特徴とする請求項6に記載のペットボトルをリサイクルしてPET複合材料マスターバッチを再製造する製造方法。 - 前記高分子相溶化剤はメタクリル酸グリシジル、無水マレイン酸、アクリル酸、一級アミン官能基を含有するグラフトポリマー、二級アミン官能基を含有するグラフトポリマー、またはイソシアネートを含有するグラフトポリマーから選ばれることを特徴とする請求項6に記載のペットボトルをリサイクルしてPET複合材料マスターバッチを再製造する製造方法。
- エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂、高分子相溶化剤、及び廃棄包装材または紡織品からリサイクルした後に再製造したポリエチレンテレフタレート再生材料を提供し、材料総重量は計100wt%であり、前記ポリエチレンテレフタレート再生材料の含有量の範囲は25~65wt%であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の含有量の範囲は30~70wt%であり、前記高分子相溶化剤の含有量の範囲は2~10wt%である材料取得ステップと、
ロスインウェイト式計量システムを利用し、エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂、高分子相溶化剤、及びポリエチレンテレフタレートを比率に基づいてそれぞれ供給してポリマーアロイを形成し、2軸押出機を使用して温度160~245℃の間の範囲及び平均剪断速度100~300/秒の条件において、前記ポリマーアロイを100~250kg/hrの押出量でストランド状に押し出し、同時にポリマーアロイを押し出す過程においてスクリューを前述の温度範囲内に制御し、材料の供給開始から順次160、180、190、200、220、230、240、245、240、235℃の温度で前記ポリマーアロイに対し先に昇温してから降温する段階的加熱を行うプラスチック材料溶融ステップと、
ストランド状に圧出された前記ポリマーアロイを抽出するように前記2軸押出機を制御し、且つストランド状ポリマーアロイを水路を経て冷却するようにガイドする半製品抽出ステップと、
冷却したストランド状ポリマーアロイを粒状に切断した後に振動ふるいにかけるように前記2軸押出機を制御し、複合材料マスターバッチを製造する切断造粒ステップと、
所定の靴材料のサイズに基づいて、発泡用金型の型穴の長さ、幅及び/または高さを調整し、長さの微調整範囲は5~10mmであり、幅の微調整範囲は5~10mmであり、厚さの微調整範囲は10~20mmである発泡用金型微調整ステップと、
前記複合材料マスターバッチをエチレン-酢酸ビニル共重合樹脂及び弾性材料と混合した後に型に入れ、発泡成型技術により前記靴材料を製造する発泡成型ステップと、を含むことを特徴とするペットボトルをリサイクルしてPET複合材料マスターバッチを再製造し、靴材料の製造に応用する方法。 - 前記ポリエチレンテレフタレート再生材料の固有粘度は0.6~1.0dL/gの間の範囲であり、
前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂の酢酸ビニルの含有量は8~40wt%の間の範囲であり、前記エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂のメルトフローレートは190℃/2.16kgの条件において10分間当たり1~10gの間の範囲であり、
前記高分子相溶化剤はメタクリル酸グリシジル、無水マレイン酸、アクリル酸、一級アミン官能基を含有するグラフトポリマー、二級アミン官能基を含有するグラフトポリマー、またはイソシアネートを含有するグラフトポリマーから選ばれることを特徴とする請求項9に記載のペットボトルをリサイクルしてPET複合材料マスターバッチを再製造し、靴材料の製造に応用する方法。
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