KR20230159884A - 혼합-플라스틱-폴리프로필렌 배합물 - Google Patents

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KR20230159884A
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필리프 수잔나 로페즈
안드레아스 나글
도리스 마클
안드레아스 뢰슬러-체르마크
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보레알리스 아게
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Abstract

CIELAB 색상이 정의되어 있고 벤젠이 없는 폴리프로필렌을 주로 포함하는 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물이 제공된다.

Description

혼합-플라스틱-폴리프로필렌 배합물
본 발명은 일반적으로 재활용물으로부터 기원하는 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물에 관한 것이다.
소비자가 사용하고 난 폐기물에서 발생하는 재활용 스트림을 정제하려는 많은 시도가 있었다. 이러한 조치 중에는 세척, 체질, 통기, 증류 등이 언급될 수 있다. 예를 들어, WO2018046578은 폐기물을 물로 냉간 세척한 후 60℃에서 알칼리 매질로 세척하고, 뒤이어 플레이크 색상 분류하여 색상 분류된(흰색, 투명, 기타 색상) 모노 폴리올레핀-풍부 분획을 얻는 단계를 포함하는, 포장 폐기물을 포함하는 혼합 색상 폴리올레핀 폐기물로부터 폴리올레핀 재활용물을 생산하는 공정을 개시한다. 그런 다음 해당 분획은 50℃ 내지 155℃에서 처리된다. US5767230A는 악취 활성 성분과 같은 휘발성 불순물을 실질적으로 감소시키기에 충분한 표면 속도로, 휘발성 불순물을 함유한 PCR 폴리올레핀 칩을 가열된 가스와 접촉시키는 단계를 포함하는 방법을 기재한다. 그러나, 현재까지는 잔류 양의 벤젠에 의한 오염이 문제로 드러났다. 사용 후 재활용물에 남아 있는 잔류 양의 벤젠의 기원은 여전히 모호하지만, 의료 포장, 식품 포장 등과 같은 분야에서 최종 사용에 장애물이 된다. 잔류량, 즉 흔적량의 벤젠은 냄새 실험을 통한 냄새 테스트가 불가능해지기 때문에 특히 문제가 된다. 따라서 냄새에 대한 특정 요구 사항을 갖는 최종 용도가 차단된다. 색상은 여전히 완전히 해결되지 않은 채 남아 있는 문제이다. 많은 재사용 적용에서는 일반적으로 흰색으로 표시되는 색상에 가까운 재료가 필요하다. 또 다른 문제로 알려진 재활용물은 사출 성형 제품에서 발생하는 표면 오염으로 인해 중간 정도의 균질성을 겪게 된다. 정량 캡(dosing cap), 세면용품, 스크류 캡, 캡 및 마개 등의 사출 성형에 적합한 재활용물에 대한 특별한 수요가 있다.
따라서, 보다 가치 있는 폴리프로필렌 배합물을 제공하는 문제가 남아 있다.
본 발명은 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물을 제공하며:
(i) 86.0 내지 94.0 중량% 범위의 CRYSTEX QC 분석에 따라 결정된 결정질 분획(CF) 함량, 및
(ii) CRYSTEX QC 분석에 따라 결정된 6.0 내지 14.0 중량% 범위의 가용성 분획(SF) 함량을 포함하고, 이로써
(iii) 상기 결정질 분획(CF)은 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정 시 95.0 내지 99.0 중량%; 바람직하게는 96.0 내지 98.0 중량% 범위의 프로필렌 함량(C3(CF))을 가지며, 이로써
(iv) 상기 결정질 분획(CF)은 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정 시 1.0 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 2.0 내지 4.0 중량%, 더 바람직하게는 2.5 내지 3.5 중량% 범위의 에틸렌 함량(C2(CF))을 갖고;
(v) 상기 가용성 분획(SF)은 1.10 내지 1.50 dl/g 미만, 바람직하게는 1.25 내지 1.45 dl/g 범위의 고유 점도(iV(SF))를 가지며;
이로써
(vi) 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 DIN ISO 1172:1996에 따라 하소 분석(TGA)으로 측정 시 상기 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물을 기준으로 0.05 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2.5 중량%, 선택적으로 1.0 내지 2.5 중량%의 무기 잔류물을 갖고;
이로써
(vii) 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 HS GC-MS 80℃/2h의 검출 한계를 초과하는 벤젠을 함유하지 않으며;
이로써
(viii) 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 하기 CIELAB 색 공간(L*a*b*)을 갖는다:
- 72.0 내지 97.0, 바람직하게는 80.0 내지 97.0의 L*;
- -5.0 내지 0.0의 a*;
- 0.0에서 22.0 미만의 b*.
본 발명은 또한 펠릿 형태의 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물 및 퍼옥사이드에 의해 비스브레이킹된(visbroken) 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물에 관한 것이다. 본 발명은 추가로 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물로 제조된 물품 및 포장 및/또는 의료 분야에서의 용도를 제공한다. 또 다른 양태에서, 본 발명은 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물과 적어도 하나의 버진(virgin) 폴리올레핀의 배합물에 관한 것이다.
혼합 플라스틱은 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에스테르, 목재, 종이, 리모넨, 알데하이드, 케톤, 지방산, 금속 및/또는 안정화제의 장기간 분해 생성물과 같은 버진 폴리프로필렌 배합물에서 일반적으로 발견되지 않는 소량의 화합물이 존재하는 것으로 정의된다. 버진 폴리프로필렌 배합물은 중간 사용 없이 생산 공정에서 직접 기원하는 배합물을 나타낸다.
정의에 따르면, "혼합 플라스틱"은 검출 가능한 양의 폴리스티렌 및/또는 폴리아미드-6 및/또는 리모넨 및/또는 지방산과 동일할 수 있다.
1.10 내지 1.50 dl/g 미만 범위의 고유 점도(iV(SF))를 갖는 CRYSTEX QC 분석에 의해 얻은 가용성 분획(SF)이 일반적으로 재활용 스트림으로부터의 재료에서 발견된다는 것도 당업자라면 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 바람직한 양태에서, CRYSTEX QC 분석에 의해 얻은 가용성 분획(SF)은 1.25 내지 1.45 dl/g 미만 범위의 고유 점도(iV(SF))를 갖는다.
본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 수많은 까다로운 최종 용도 적용을 가능하게 하는 더 나은 표면 특성을 제공한다는 것이 놀랍게도 발견되었다.
제1 실시형태에서, CRYSTEX QC 분석에서 결정질 분획(CF) 및 가용성 분획(SF)의 양은 하기와 같은 것이 바람직하다:
87.0 내지 90.0 중량%의 결정질 분획(CF) 함량 및
10.0 내지 13.0 중량%의 가용성 분획(SF) 함량.
제2 실시형태에서, CRYSTEX QC 분석에서 결정질 분획(CF) 및 가용성 분획(SF)의 양은 하기와 같다:
91.0 내지 94.0 중량%의 결정질 분획(CF) 함량 및
6.0 내지 9.0 중량%의 가용성 분획(SF) 함량.
제1 실시형태에서 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 혼합물은 하기 CIELAB 색 공간(L*a*b*)을 갖는다:
- 85.0 내지 97.0의 L*;
- -5.0 내지 0.0의 a*;
- 0.0에서 8.0 미만의 b*.
제2 실시형태에서, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 하기 CIELAB 색 공간(L*a*b*)을 갖는다:
- 72.0 내지 97.0, 바람직하게는 80.0 내지 97.0의 L*;
- -5.0 내지 0.0의 a*;
- 0.0에서 22.0 미만, 통상 8.0 초과 내지 22.0 미만의 b*.
CIELAB 색상은 분류 과정에 의해 영향을 받을 수 있다. 더 황색을 띠는 재료가 허용될수록 b*는 더 높아진다.
본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 전형적으로 2.0 내지 100 g/10분의 용융 유속(ISO1133, 2.16 kg; 230℃)을 갖는다. 용융 유속은 예를 들어 독일 DSD와 같은 확장된 생산자 책임 제도에서 발생하거나 도시 고형 폐기물을 많은 수의 사전-분류된 분획으로 분류되고 이를 적절한 방식으로 재조합하는 것을 포함하지만 이로 제한되지 않는, 소비-후 플라스틱 폐기물 스트림을 분할함으로써 영향을 받을 수 있다. 최종 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물 퍼옥사이드의 용융 유속을 변형시키는 추가 방법으로 최종 펠릿화 단계에 도입할 수 있다. 일반적으로 MFR은 2.0 내지 100 g/10분, 바람직하게는 5.0 내지 80 g/10분, 더 바람직하게는 10 내지 60 g/10분, 가장 바람직하게는 12 내지 55 g/10분 범위이다.
제2 실시형태의 MFR은 바람직하게는 2.0 내지 12 g/10분(ISO1133, 2.16 kg; 230℃) 범위이다. 이 MFR 범위는 특히 비(non)-비스브레이킹된 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물에 적용된다. 비스브레이킹은 제2 실시형태에서도 MFR을 30 g/10분으로 증가시킨다.
일반적으로 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 재활용 재료가 될 것이다.
일반적으로 재활용 특성은 하기 성분 중 하나 이상의 존재에 의해 평가될 수 있다:
a) 폴리스티렌
b) 폴리아미드-6
c) 고체상 미세추출(HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 결정된 리모넨
d) 고체상 미세추출(HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 결정된 지방산.
존재는 감지 가능한 한계를 의미한다. 고체상 미세추출(HS-SPME-GC-MS)에서 리모넨과 지방산의 검출 한계는 0.1 ppm 미만이며, 즉, 흔적량의 이러한 성분은 재활용 특성을 쉽게 파악할 수 있게 한다.
하기 양이 바람직하다:
a) 폴리스티렌: 0 내지 2.0 중량%; 더 바람직하게는 0 내지 0.5 중량%
b) 폴리아미드-6: 0 내지 1.5 중량%; 보다 바람직하게는 0 내지 0.5 중량%
c) 고체상 미세추출(HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 결정된 리모넨: 0.1 ppm 내지 50 ppm
d) 고체상 미세추출(HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 결정된 지방산: 0.1 ppm 내지 200 ppm, 보다 바람직하게는 50 ppm.
a), b), c) 및 d)의 양이 가능한 한 낮아야 한다는 것은 말할 필요도 없다. 특히 바람직한 실시형태에서, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 폴리스티렌이 없고 폴리아미드가 없으며, 이는 두 중합체 모두 검출 한계 미만임을 의미한다.
본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 바람직하게는 12.0 내지 32.0 중량% 범위의, 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정된 에틸렌(C2(SF)) 함량과 함께 CRYSTEX QC 분석에 의해 얻은 가용성 분획(SF)을 갖는다.
제1 실시형태에서, 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 바람직하게는 25.0 내지 32.0 중량% 범위의, 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정된 에틸렌(C2(SF)) 함량과 함께 CRYSTEX QC 분석에 의해 얻은 가용성 분획(SF)을 갖는다.
제2 실시형태에서, 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 바람직하게는 10.0 내지 25.0 중량%, 더 바람직하게는 12.0 내지 25.0 중량%, 더욱 더 바람직하게는 12.0 내지 20.0 중량%, 가장 바람직하게는 14.0 내지 19.0 중량% 범위의, 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정된 에틸렌(C2(SF)) 함량과 함께 CRYSTEX QC 분석에 의해 얻은 가용성 분획(SF)을 갖는다.
본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 바람직하게는 4.0 이하, 바람직하게는 3.0 이하의 냄새(VDA270-B3)를 특징으로 한다. VDA270에 따른 냄새 테스트는 문제가 있는 성분의 존재로 인해 금지되기 때문에 냄새를 보고하지 않는 많은 상업용 재활용 등급은 실제로 훨씬 더 나쁘다는 점을 이해해야 한다.
추가 양태에서, 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 2.7 초과, 바람직하게는 3.3 초과의 대진폭 진동 전단 - 비선형 인자[LAOS - NLF: Large Amplitude Oscillatory Shear - Non-Linear Factor](190℃, 1000%)를 가지며, 이로써
G1'는 1차 푸리에 계수이고,
G3'는 3차 푸리에 계수이다.
제2 실시형태에서, 대진폭 진동 전단 - 비선형 인자(LAOS - NLF)(190℃, 1000%)는 2.3보다 약간 높다.
이론으로 결부시키고자 하는 것은 아니지만, 중합체의 가공은 봉입된 오염물질에 의해 촉발된 분지화에 기여하는 것으로 여겨진다. LAOS-NLF는 약 10 중량%의 재료가 연질 폴리프로필렌이 되도록 공급원료를 선택함으로써 영향을 받을 수 있다. 몇몇 지역에서는 고도로 소비자가 사전 분류된 플라스틱을 수집하는 수집 스테이션을 운영하고 있다는 점을 이해해야 한다. 이러한 매우 가치 있는 플라스틱 스트림은 상업적으로 이용 가능하며 다른 폐기물 처리 자원에서 다른 낮은 품질의 스트림(예를 들어 더 부드러운 폴리프로필렌 혼합물)을 업그레이드할 수 있다. 더 많은 양의 결정질 분획(CF), 즉 91.0 내지 94.0 중량%의 결정질 분획(CF) 함량 및 6.0 내지 9.0 중량%의 가용성 분획(SF) 함량을 갖는 제2 실시형태는 더욱 제한되며, 이로써 대진폭 진동 전단 - 비선형 인자(LAOS - NLF)(190℃, 1000%)는 다소 낮다.
또 다른 양태에서, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 EN ISO 1873-2(개뼈 모양, 4 mm 두께)에 기재된 바와 같이 사출 성형 표본을 사용하여 적어도 1300 MPa, 바람직하게는 적어도 1350 MPa, 가장 바람직하게는 적어도 1390 MPa의 인장 계수(ISO 527-2, 크로스 헤드 속도 1 mm/분, 23℃)를 갖는다. 이러한 비교적 높은 굴곡 계수는 고무 유사 및 소성중합체(plastomer) 유사 재료의 양이 상대적으로 적기 때문에 발생한다. 일반적으로 제1 실시형태의 인장 계수(ISO 527-2, 크로스 헤드 속도 1 mm/분, 23℃)는 1500 MPa보다 높지 않을 것이다.
본 발명의 제2 실시형태에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 EN ISO 1873-12(개뼈 모양, 두께 4 mm)에 기재된 사출 성형 표본을 사용하여 적어도 1200 MPa, 바람직하게는 적어도 1250 MPa의 인장 계수(ISO 527-2, 크로스 헤드 속도 1 mm/분, 23℃)를 갖는다. 일반적으로 제2 실시형태의 인장 계수(ISO 527-2, 크로스 헤드 속도 1 mm/분, 23℃)는 1400 MPa보다 높지 않을 것이다.
본 발명의 제1 실시형태에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 놀랍게도 용융 유속, eta(2.7 kPa) 및 eta(300 rad/s)에 대해 탁월한 시간 안정성을 제공한다. 또 다른 추가의 놀라운 이점으로서 매우 높은 용융 강도가 관찰되었다. 또한 놀랍게도 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물의 균질성이 매우 우수한 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 하나의 배치(batch)의 상이한(선택된) 펠릿은 별도로 분석했을 때 본질적으로 동일한 용융 유속 값인 eta(2.7 kPa) 및 eta(300rad/s)를 나타내었다. 재활용 재료의 경우 상당한 변화가 예상되므로 이는 예외적인 발견이다.
제2 실시형태에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 전단 담화 인자(STF)가 eta 0.05와 eta 300의 비가 13.0 초과인 것을 반영하여 가공성이 우수한 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물의 샤르피 노치 충격 강도(비계측, +23℃에서 ISO 179-1)는 바람직하게는 4.0 kJ/m2 초과, 보다 바람직하게는 4.5 kJ/m2 초과이다. 제2 실시형태에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물의 샤르피 노치 충격 강도(비계측, +23℃에서 ISO 179-1)는 바람직하게는 6.0 kJ/m2 초과, 보다 바람직하게는 8.0 kJ/m2 초과, 가장 바람직하게는 8.3 kJ/m2 초과이다.
특히 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 EN ISO 1873-2에 따라 제조된 80 x 10 x 4 mm의 사출 성형 표본에서 +23℃에서 ISO 179-1 eA에 따라 적어도 8.0 kJ/m2, 바람직하게는 8.3 kJ/m2의 노치 샤르피 충격 강도(NIS)(1eA)(비계측, +23℃에서 ISO 179-1)를 가지며, 이로써 CRYSTEX QC 분석을 통해 얻은 상기 가용성 분획(SF)은 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정 시 12.0 내지 20.0 중량% 범위의 에틸렌 함량(C2(SF))을 갖고, 더 바람직하게는 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 하기의 CIELAB 색 공간 (L*a*b*)을 갖는다:
- 72.0 내지 97.0, 바람직하게는 80.0 내지 97.0의 L*;
- -5.0 내지 0.0의 a*;
- 0.0에서 22.0 미만의 b*.
제2 실시형태의 이러한 특히 바람직한 양태에서, CRYSTEX QC 분석에 따라 결정된 결정질 분획(CF) 함량은 바람직하게는 91.0 내지 94.0 중량% 범위이고, CRYSTEX QC 분석에 따라 결정된 가용성 분획(SF) 함량은 바람직하게는 6.0 내지 9.0 중량% 범위이다.
본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물, 즉 제1 및 제2 실시형태는 바람직하게는 펠릿 형태로 존재한다. 펠릿화는 휘발성 재료의 양을 줄이는 데 기여한다.
일 실시형태에서, 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 하나 이상의 퍼옥사이드에 의해 비스브레이킹된다. 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 임의의 다른 버진 폴리프로필렌 배합물과 마찬가지로 비스브레이킹을 받을 수 있다. 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물이 비스브레이킹되면, 비스브레이킹 공정의 분해 생성물은 생성된 배합물에서 발견될 수 있다. 비스브레이킹 공정의 분해 생성물(버진 재료에 대해 업계에서 일반적으로 사용되는)은 불순물로 간주되지 않는다는 점을 이해해야 한다. 비스브레이킹은 제1 및 제2 실시형태로 수행될 수 있다.
추가 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물로 제조된 성형품에 관한 것이다. 이는 제1 실시형태와 제2 실시형태에 적용된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 본원에 기재된 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물 및 적어도 하나의 버진 폴리올레핀을 함유하는 배합물에 관한 것이다. 다시 말하면, 이는 제1 및 제2 실시형태에도 적용된다. 예를 들어, 이종상(heterophasic) 폴리프로필렌에 함유된 버진 폴리프로필렌 동종중합체는 본원에 기재된 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물로 대체될 수 있다.
본 발명은 또한 포장 및/또는 의료 분야에서의 본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물, 즉 제1 및 제2 실시형태의 용도에 관한 것이다.
본 발명에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물을 제공하는 방법은 꽤 까다롭다. 이 방법은 하기 단계를 포함한다:
a) 사용-후 플라스틱 폐기물을 제공하는 단계;
b) 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에틸렌, 금속, 종이 및 목재로 만들어진 제품을 분류하여, 소비-후 플라스틱 재료를 제공하는 단계;
c) 유색 제품을 분류하여, 주로 흰색 병, 주로 흰색 요구르트 컵, 주로 흰색 캔, 주로 무색 패널, 주로 무색 구성 부품 등을 포함하는 소비-후 플라스틱 재료를 제공하는 단계;
d) 선택된 주로 백색 또는 무색의 사용-후 플라스틱 재료를 밀링(milling)을 받게 하고, 다양한 세제를 사용하여 수용액에서 세척한 후 건조, 바람 선별 및 스크리닝하는 단계;
e) 전처리된 사용-후 플라스틱 재료를 추가 분류를 받게 하여 비-폴리올레핀 및 착색된 부분을 제거하는 단계;
f) 재료를 압출하고, 본 발명에 따른 폴리프로필렌 배합물을 펠릿 형태로 얻는 단계;
g) 선택적으로 바람직하게는 적어도 100℃의 온도를 갖는 공기 스트림을 사용하여 소비-후 플라스틱 재료를 이러한 온도로 예열함으로써 100-130℃ 범위의 온도에서 수행되는 통기 단계.
도시 폐기물 수거 시스템에서 얻을 수 있는 여러 가지 공급원료가 상업적으로 이용 가능하며, 소비-후 플라스틱 폐기물을 제공할 수 있다. 소비자의 참여에 따라 해당 공급원료의 순도는 상이할 것이며, 이는 일반적으로 수거 시스템에 의해 표시된다. 단계 b) 후에 매우 오래된('고대') 주로 무색/천연 플라스틱 물품의 존재에 대해 중간체를 스크리닝하는 것이 추가로 가능하다. 주로 무색/천연 플라스틱 물품의 변색(예를 들어 뚜렷한 황변) 및/또는 뚜렷한 긁힘이 있으면 분류가 가능하다. 이러한 단계를 통해 소위 매우 우려되는 재료를 제거할 수 있다. Pb, Hg, 폴리브롬화 디페닐 에테르 등과 같은 성분은 꽤 오랫동안 금지되었지만, 소비자가 예를 들어 수년 동안 플라스틱 장난감 형태의 플라스틱 물품을 비축하고 결국 수거 시스템에 버려지는 경향이 있기 때문에 현실 세계에는 여전히 존재한다. 추가 스크린 단계는 상기 고위험 성분에 대한 분석 제어를 통해 도움을 받을 수 있다.
냄새 제어 및 평가는 다양한 방법으로 가능하다. 개요는 특히 Demets, Ruben, et al. "Development and application of an analytical method to quantify odour removal in plastic waste recycling processes." Resources, Conservation and Recycling 161 (2020): 104907에 의해 제공되며, 이는 원용에 의해 본원에 포함된다.
실험예
하기 실시예는 청구범위에 기재된 본 발명의 특정 양태 및 실시형태를 입증하기 위해 포함되었다. 그러나, 당업자는 하기 설명이 단지 예시일 뿐이며 어떠한 방식으로든 본 발명을 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점을 이해해야 한다.
테스트 방법
a) CRYSTEX
결정질 분획 및 가용성 분획과 각각의 특성(IV 및 에틸렌 함량)의 결정
폴리프로필렌(PP) 조성물의 결정질 분획(CF) 및 가용성 분획(SF), 뿐만 아니라 각각의 분획의 공단량체 함량 및 고유 점도를 CRYSTEX 기기인 Polymer Char(스페인 발렌시아)를 사용하여 분석하였다. 기술 및 방법에 대한 자세한 내용은 문헌에서 확인할 수 있다(Ljiljana Jeremic, Andreas Albrecht, Martina Sandholzer & Markus Gahleitner　(2020)　Rapid characterization of high-impact ethylene-propylene copolymer composition by crystallization extraction separation: comparability to standard separation methods,　International Journal of Polymer Analysis and Characterization,　25:8,　581-596).
결정질 분획 및 비정질 분획을 160℃에서 용해, 40℃에서 결정화, 및 160℃에서 1,2,4-트리클로로벤젠에 재용해되는 온도 사이클을 통해 분리하였다. SF와 CF의 정량화 및 에틸렌 함량(C2)의 결정은 통합 적외선 검출기(IR4)를 통해 이루어지고, 고유 점도(IV) 결정에는 온라인 2-모세관 점도계를 사용하였다.
IR4 검출기는 에틸렌-프로필렌 공중합체의 농도 및 에틸렌 함량의 결정에 역할을 하는 2개의 상이한 대역(CH3 신축 진동(약 2960 cm-1에 중심)과 CH 신축 진동(2700 내지 3000 cm-1)에서 IR 흡광도를 측정하는 다중 파장 검출기이다. IR4 검출기는 알려진 에틸렌 함량이 2 중량% 내지 69 중량%(13C-NMR로 측정됨) 범위인 일련의 8개 EP 공중합체로 보정되었고, 각각 2 내지 13 mg/ml 범위의 다양한 농도였다. Crystex 분석 동안 예상되는 다양한 중합체 농도에 대해 두 가지 특징인 농도 및 에틸렌 함량을 둘 다 동시에 확인하기 위해 하기 보정 방정식이 적용되었다.
방정식 1의 상수 a 내지 e 및 방정식 2의 상수 a 내지 f를 최소 자승 회귀 분석을 이용하여 결정하였다.
CH3/1000C를 하기 관계식을 사용하여 에틸렌 함량, 중량%로 변환시켰다:
가용성 분획(SF) 및 결정질 분획(CF)의 양은 XS 보정을 통해 ISO16152에 따른 표준 중량 분석 방법에 따라 결정된 "자일렌 냉 가용물(XCS)" 양 및 각각 자일렌 냉 불용물(XCI) 분획과 상관 관계가 있었다. XS 보정은 2 내지 31 중량% 범위의 XS 함량을 갖는 다양한 EP 공중합체를 테스트하여 달성되었다. 결정된 XS 보정은 선형이었다:
모(parent) EP 공중합체 및 이의 가용성 분획과 결정질 분획의 고유 점도(IV)를 온라인 2-모세관 점도계를 사용하여 결정하고, ISO 1628-3에 따라 데칼린(decalin)의 표준 방법으로 결정된 상응하는 IV와 상관 관계가 있었다. IV = 2-4 dL/g인 다양한 EP PP 공중합체를 사용하여 보정이 이루어졌다. 결정된 교정 곡선은 선형이었다:
분석될 샘플의 중량을 10 mg/ml 내지 20 mg/ml의 농도에서 측정하였다. PET 및 PA와 같이 160℃에서 TCB에 용해되지 않는 젤 및/또는 중합체의 주입을 피하기 위해 중량을 잰 샘플을 스테인레스 스틸 메쉬 MW 0.077/D 0.05 mmm에 포장하였다.
항산화제로서 250 mg/l의 2,6-tert-부틸-4-메틸페놀(BHT)을 함유한 1,2,4-TCB를 바이알에 자동으로 채운 후, 시료를 완전히 용해될 때까지 160℃에서 일반적으로 60분 동안 400 rpm으로 계속 교반하면서 용해시켰다. 샘플 분해를 방지하기 위해, 용해 동안 중합체 용액을 N2 분위기로 덮었다.
정의된 부피의 샘플 용액을 불활성 지지체로 채워진 컬럼에 주입하였고, 여기서 샘플의 결정화 및 결정질 부분으로부터 가용성 분획의 분리가 발생하였다. 이 공정을 2회 반복하였다. 제1 주입 동안 전체 샘플을 고온에서 측정하여 PP 조성의 IV[dl/g] 및 C2[중량%]를 결정하였다. 제2 주입 동안 결정화 사이클에 따른 가용성 분획(낮은 온도) 및 결정질 분획(고온)을 측정하였다(중량% SF, 중량% C2, IV).
b) NMR 분광학에 의한 미세구조의 정량화(보정만 해당)
정량적 핵-자기 공명(NMR) 분광법을 보정에 사용하였다.
정량적 13C{1H} NMR 스펙트럼을, 1H 및 13C 각각에 대해 400.15 및 100.62 MHz에서 작동하는 Bruker Advance Neo 400 NMR 분광광도계를 사용하여 용액-상태에서 기록하였다. 모든 기학(pneumatics)에 대해 질소 기체를 사용하여 125℃에서 13C 최적화된 10 mm 연장된 온도 프로브 헤드를 사용하여 모든 스펙트럼을 기록하였다. 대략 200 mg의 재료를 G. Singh, A. Kothari, V. Gupta, Polymer Testing 2009, 28(5), 475에 기재된 바와 같이 대략 3 mg의 BHT(2,6-디-tert-부틸-4-메틸페놀 CAS 128-37-0) 및 크롬-(III)-아세틸아세토네이트(Cr(acac)3)와 함께 대략 3 ml의 1,2-테트라클로로에탄-d 2 (TCE-d 2 )에 용해시켜, 용매 중 60 mM의 이완제 용액을 초래하였다.
균질한 용액을 보장하기 위해, 히트 블록에서 처음 샘플 제조 후, NMR 튜브를 회전식 오븐에서 적어도 1시간 동안 더 가열하였다. 자석 내로 삽입 시, 튜브를 10 Hz에서 회전시켰다. 이러한 셋업은 주로 높은 분해능을 위해 선택되었으며 정확한 에틸렌 함량 정량화에 정량적으로 필요하였다. Z. Zhou, R. Kuemmerle, X. Qiu, D. Redwine, R. Cong, A. Taha, D. Baugh, B. Winniford, J. Mag. Reson. 187 (2007) 225 및 V. Busico, P. Carbonniere, R. Cipullo, C. Pellecchia, J. Severn, G. Talarico, Macromol. Rapid Commun. 2007, 28, 1128에 기재된 바와 같이 최적화된 팁 각도(tip angle), 1초 리사이클 지연 및 2-수준(bi-level) WALTZ16 디커플링 계획을 사용하여 표준 단일-펄스 여기를 NOE 없이 이용하였다. 총 6144(6 k) 트랜지언트를 스펙트럼당 획득하였다.
정량적 13C{1H} NMR 스펙트럼을 가공하고, 통합하였으며, 관련 정량적 특성을 인테그럴로부터 결정하였다. 모든 화학적 시프트는 용매의 화학적 시프트를 사용하여 30.00 ppm에서 에틸렌 블록(EEE)의 중심 메틸렌기를 간접적으로 참조로 하였다. 이러한 접근은, 이러한 구조 단위가 존재하지 않을 때에도 유사한 참조를 허용하였다.
에틸렌의 혼입에 상응하는 특징적인 신호가 관찰되었고(Cheng, H. N., Macromolecules 1984, 17, 1950에 기재된 바와 같음), 공단량체 분획을 중합체 중합체 내 모든 단량체에 대한 중합체 내 에틸렌의 분획으로서 계산하였다:
fE = ( E / ( P + E )
공단량체 분획을 Wang and S. Zhu, Macromolecules 2000, 33 1157의 방법을 사용하여 13C{1H} 스펙트럼에서 전체 스펙트럼 영역에 걸쳐 다수의 신호의 통합을 통해 정량화하였다. 인테그럴 영역을 약간 조정하여, 마주친(encountered) 공단량체 함량의 전체 범위에 걸쳐 적용성을 증가시켰다.
공단량체 혼입 몰 퍼센트를 몰 분획으로부터 계산하였다:
E [몰%] = 100 * fE
공단량체 혼입 몰 퍼센트를 몰 분획으로부터 계산하였다:
E [중량%] = 100 * (fE * 28.06) / ((fE * 28.06) + ((1-fE) * 42.08)).
c) 인장 계수 및 파단 인장 변형률을 EN ISO 1873-2에 기재된 바와 같이 사출 성형된 표본(개뼈 모양, 두께 4 mm)을 사용하여 ISO 527-2(크로스 헤드 속도 = 1 mm/분; 23℃에서 테스트 속도 50 mm/분)에 따라 측정하였다. 측정은 표본의 컨디셔닝 시간 96시간 후에 수행되었다.
d) 충격 강도를 EN ISO 1873-2에 따라 제조된 80 x 10 x 4 mm의 사출 성형 표본 상에서 +23℃에서 ISO 179-1 eA에 따라 노치 샤르피 충격 강도(1eA)(비계측, +23℃에서 ISO 179-1)로 결정되었다.
e) 무기 잔류물: Perkin Elmer TGA 8000을 사용하여 DIN ISO 1172:1996에 따른 TGA였다. 약 10 내지 20 mg의 재료를 백금 팬에 넣었다. 온도를 50℃에서 10분 동안 평형화한 후, 질소 하에 20℃/분의 가열 속도로 950℃까지 올렸다. 회분 함량을 850℃에서의 중량%로 평가하였다.
f) MFR: 용융 유속을 230℃에서 2.16 kg(MFR2)의 하중으로 측정하였다. 용융 유속은 ISO 1133에 따라 표준화된 테스트 장치가 2.16 kg의 하중 하에서 230℃의 온도에서 10분 이내에 압출되는 중합체의 양, 그램이다.
g) 금속의 양
x-선 형광(XRF)으로 결정하였다.
h) 종이, 목재의 양(제어 목적으로만)
종이와 목재는 밀링, 부유, 현미경 및 열중량 분석(TGA)을 포함한 기존 실험실 방법으로 결정할 수 있다.
i) 벤젠 함량
HS GC-MS 80℃/2h에 의해 하기와 설명된다.
정적 헤드스페이스 분석
적용된 정적 헤드스페이스 가스 크로마토그래피 질량 분석법(HS/GC/MS) 방법의 매개변수는 여기에 설명되어 있다.
4.000 ± 0.100 g 샘플을 20 ml HS 바이알에 넣고 PTFE 캡으로 단단히 밀봉하였다.
질량 분석기를 스캔 모드에서 작동시켰고, 각각의 분석에 대해 총 이온 크로마토그램(TIC)을 기록하였다. 적용 가능한 방법 매개변수 및 데이터 평가에 대한 자세한 정보는 하기에 주어진다:
- HS 매개변수(Agilent G1888 헤드스페이스 샘플러)
바이알 평형 시간: 120분
오븐 온도: 80℃
루프 온도: 205℃
이송 라인 온도: 210℃
낮은 흔들림
- GC 매개변수(Agilent 7890A GC 시스템)
컬럼: ZB-WAX 7HG-G007-22(30 m x 250 μm x 1 μm)
운반 가스: 헬륨 5.0
유량: 2 ml/분
분할: 5:1
GC 오븐 프로그램: 0.1분 동안 35℃
250℃까지 10℃/분
1분 동안 250℃
- MS 매개변수(Agilent 5975C 불활성 XL MSD)
획득 모드: 스캔
스캔 매개변수:
낮은 질량: 20
고질량: 200
임계값: 10
- 소프트웨어/데이터 평가
MSD ChemStation E.02.02.1431
MassHunter GC/MS 획득 B.07.05.2479
AMDIS GC/MS 분석 버전 2.71
NIST 질량 스펙트럼 라이브러리 버전 2.0 g
- AMDIS 디콘볼루션 매개변수
최소 일치 인자: 80
임계값: 낮음
스캔 방향: 높음 내지 낮음
데이터 파일 형식: Agilent 파일
기기 유형: 사중극자
구성 요소 너비: 20
인접 피크 차감: 2개
해상도: 높음
감도: 매우 높음
모양 요구 사항: 중간
용매 테일링(tailing): 44 m/z
컬럼 블리드(bleed): 207 m/z
최소 모델 피크: 2
최소 S/N: 10
최소 특정 피크: 0.5
데이터 평가
TIC 데이터를 AMDIS 소프트웨어(위에 언급된 매개변수 참조)의 도움으로 추가로 디콘볼루션(deconvolute)하였고, 질량 스펙트럼 라이브러리(NIST)를 기반으로 한 맞춤형 타겟 라이브러리와 비교하였다. 맞춤형 타겟 라이브러리에는 선택된 성분(예를 들어 벤젠)의 각각의 질량 스펙트럼이 포함되었다. 인식된 피크가 최소 일치 계수 80을 나타내고 숙련된 질량 분석학자가 일치를 확인한 경우에만, 해당 성분이 "잠정적으로 식별된" 것으로 허용되었다.
이 연구에서, "검출 한계 미만(< LOD)"이라는 표현은 일치 인자가 80(AMDIS) 미만이거나 피크 자체가 인식되지 않는 조건을 지칭하였다. 결과는 측정된 샘플, 측정 시간 및 적용된 매개변수만을 나타낸다.
j) CIELAB 색 공간(L * a * b * )
DIN EN ISO 11664-4에 따라 측정된 CIE L*a*b* 균일 색 공간에서 색 좌표는 하기와 같다: L* - 밝기 좌표; a* - 빨간색/녹색 좌표이고, 이때 +a*는 빨간색을 나타내고 -a*는 녹색을 나타내며; b* - 노란색/파란색 좌표이고, 이때 +b*는 노란색을 나타내고 -b*는 파란색을 나타낸다. L*, a* 및 b* 좌표축은 3차원 CIE 색 공간을 정의한다. 표준 코니카/미놀타 색도계 CM-3700A.
k) 냄새 VDA270-B3
VDA 270은 자동차 트림 재료의 냄새 특성을 측정하는 것이다. 이 연구에서는 VDA 270(2018) 변형 B3에 따라 냄새를 측정하였다. 각 샘플의 냄새는 병의 뚜껑을 최대한 들어올린 후 VDA 270 척도에 따라 각 평가자가 평가하였다. 육등급(hexamerous) 척도는 하기 등급으로 구성되었다: 1 등급: 감지할 수 없음, 2 등급: 감지할 수 있음, 방해하지 않음, 3 등급: 명확하게 감지할 수 있지만 거슬리지 않음, 4 등급: 거슬림, 5 등급: 매우 거슬림, 6 등급: 허용되지 않음. 평가자는 평가가 진행되는 동안 침착함을 유지해야 하며, 테스트 중 개별 결과를 논의하여 서로 편향되는 일이 있어서는 안 되었다. 다른 샘플을 테스트한 후에도 평가를 조정하는 것이 허용되지 않았다. 통계적인 이유로(그리고 VDA 270에서 인정하는 바와 같이) 평가자는 평가 시 전체 단계를 사용해야 했다. 결과적으로 냄새 등급은 모든 개별 평가의 평균 평균을 기준으로 하며 정수로 반올림되었다.
l) 리모넨 검출
리모넨 정량화는 표준 첨가에 의한 고체상 미세추출(HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 수행할 수 있다.
50 mg의 분쇄 샘플을 20 mL 헤드스페이스 바이알에 계량하고 다양한 농도의 리모넨과 유리 코팅 자기 교반 막대를 첨가한 후 실리콘/PTFE로 라이닝된 자기 캡으로 바이알을 닫았다. 마이크로 모세관(10 pL)을 사용하여 알려진 농도의 희석된 리모넨 표준을 샘플에 첨가하였다. 0, 2, 20 및 100 ng의 첨가는 0 mg/kg, 0.1 mg/kg, 1 mg/kg 및 5 mg/kg 리모넨과 동일하였고, 이에 더하여 표준량은 6.6 mg/kg, 11 mg/kg 및 16.5 mg/kg이었다. 리모넨은 이 적용 프로그램에서 테스트한 일부 샘플과 함께 사용되었다. 정량화에는 SIM 모드에서 획득한 이온 93을 사용하였다. 휘발성 분획의 농축은 60℃에서 20분 동안 2 cm 안정한 플렉스 50/30 pm DVB/Carboxen/PDMS 섬유를 사용하여 헤드스페이스 고체상 미세 추출에 의해 수행되었다. 탈착은 270℃의 GCMS 시스템의 가열된 주입 포트에서 직접 수행되었다.
GCMS 매개변수:
컬럼: 30 m HP 5 MS 0.25*0.25
주입기: 0.75 mm SPME 라이너가 있는 비분할식, 270℃
온도 프로그램: -10℃(1분)
운반 가스: 헬륨 5.0, 31 cm/s 선형 속도, 일정한 흐름
MS: 단일 사중극자, 직접 인터페이스, 인터페이스 온도 280℃
획득: SIM 스캔 모드
스캔 매개변수: 20 내지 300 amu
SIM 매개변수: m/Z 93, 100 ms 체류 시간
m) 지방산 검출
표준 첨가에 의한 헤드스페이스 고체상 미세 추출(HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 지방산 정량을 수행한다.
50 mg의 분쇄 샘플을 20 mL 헤드스페이스 바이알에 계량하고 다양한 농도의 리모넨과 유리 코팅된 자기 교반 막대를 첨가한 후 바이알을 실리콘/PTFE로 라이닝된 자기 캡으로 닫았다. 10 μL 마이크로 모세관을 사용하여 알려진 농도의 희석된 유리 지방산 혼합물(아세트산, 프로피온산, 부티르산, 펜탄산, 헥산산 및 옥탄산) 표준을 3개의 상이한 수준에서 샘플에 첨가하였다. 0, 50, 100 및 500 ng의 첨가는 각각의 개별 산의 0 mg/kg, 1 mg/kg, 2 mg/kg 및 10 mg/kg과 동일하였다. SIM 모드에서 획득된 이온 60은 정량화를 위해 프로판산을 제외한 모든 산에 사용되었고, 여기서는 이온 74가 사용되었다.
GCMS 매개변수:
컬럼: 20 m ZB 왁스 + 0.25*0.25
주입기: 유리 라이닝 분할 라이너가 있는 5:1 분할, 250℃
온도 프로그램: 40℃(1분) @6℃/분으로 120℃까지, @15℃로 245℃(5분)까지
운반 가스: 헬륨 5.0, 40 cm/s 선형 속도, 일정한 흐름
MS: 단일 사중극자, 직접 인터페이스, 인터페이스 온도 220℃
획득: SIM 스캔 모드
스캔 매개변수: 46 내지 250 amu 6.6 스캔/초
SIM 매개변수: m/z 60, 74, 6.6 스캔/초
n) 폴리아미드-6 및 폴리스티렌의 존재
1601 cm-1(PS) 및 3300 cm-1(PA6)에서 밴드의 흡수를 사용하는 FTIR 분광법.
o) 플라크의 오염 확인
플라크는 사출 성형되었고, 크기는 150x80x2 mm이었다. 그런 다음 5개의 플라크에 고해상도 이미지(사진)가 촬영되었다(서로 가깝게 배치). 그런 다음 이미지는 오염으로 인한 시각적 결함(육안으로) 수를 자동으로 계산할 수 있는 소프트웨어로 분석되었다.
p) 동적 전단 측정(Eta(2.7 kPa) 및 Eta(300 rad/s))
동적 전단 측정을 통한 중합체 용융물의 특성 분석은 ISO 표준 6721-1 및 6721-10을 준수하였다. 측정을 25 mm 평행판 형상이 장착된 Anton Paar MCR501 응력 제어 회전 레오미터에서 수행하였다. 질소 대기를 사용하고 선형 점탄성 영역 내에서 변형률을 설정하여 압축 성형 플레이트에서 측정을 수행하였다. 진동 전단 테스트를 0.01 내지 600 rad/s의 진동수 범위를 적용하고 1.3 mm의 간격을 설정하여 230℃에서 수행하였다.
동적 전단 실험에서 프로브를 사인파(sinusoidal)로 변화하는 전단 변형률 또는 전단 응력(각각 변형률 및 응력 제어 모드)에서 균질한 변형을 받게 하였다. 제어된 변형률 실험에서 프로브를 하기와 같이 표현될 수 있는 사인파 변형률을 받게 하였다:
적용된 변형률이 선형 점탄성 영역 내에 있는 경우, 생성된 사인파 응력 반응은 하기와 같이 주어질 수 있었으며:
여기서,
σ0 및 γ0은 각각 응력 및 변형률 진폭이다.
ω 진동수는 각도이다.
δ는 위상 변이(적용된 변형률과 응력 반응 사이의 손실 각도)이다.
t는 시간이다.
동적 테스트 결과는 일반적으로 여러 가지 유변학적 함수, 즉, 하기와 같이 표현될 수 있는 전단 저장 계수 G', 전단 손실 계수 G'', 복합 전단 계수 G*, 복합 전단 점도, η*, 동적 전단 점도 η', 복합 전단 점도 η''의 이상 성분 손실 탄젠트 tan δ에 의해 표현된다:
ETA(x kPa)는 방정식 9에 따라 결정되었다.
예를 들어, ETA(2.7 kPa)는 2.7 kPa와 동일한 복합 계수 값에 대해 결정된 복합 점도 값으로 정의되었다.
Eta(x rad/s)는 방정식 10에 따라 결정되었다.
예를 들어, ETA(300 rad/s)는 300 rad/s의 진동수 스윕에서 결정된 복합 점도 값으로 정의되었다.
q) 전단 담화 계수(STF)는 하기와 같이 정의되었다:
값은 Rheoplus 소프트웨어에서 정의한 단일 점 보간 절차를 통해 결정되었다. 주어진 G* 값이 실험적으로 도달되지 않는 상황에서는 이전과 동일한 절차를 사용하여 외삽법을 사용하여 값을 결정하였다. 두 경우(보간 또는 외삽) 모두 Rheoplus의 "y-값을 매개변수의 x-값으로 보간" 및 "대수 보간 유형" 옵션이 적용되었다.
참고자료:
[1] Rheological characterization of polyethylene fractions" Heino, E.L., Lehtinen, A., Tanner J., Seppala, J., Neste Oy, Porvoo, Finland, Theor. Appl. Rheol., Proc. Int. Congr. Rheol, 11th (1992), 1, 360-362
[2] The influence of molecular structure on some rheological properties of polyethylene", Heino, E.L., Borealis Polymers Oy, Porvoo, Finland, Annual Transactions of the Nordic Rheology Society, 1995.).
[3] Definition of terms relating to the non-ultimate mechanical properties of polymers, Pure & Appl. Chem., Vol. 70, No. 3, pp. 701-754, 1998.
r) 대진폭 진동 전단(LAOS)
전단 흐름 하에서 비선형 점탄성 거동에 대한 조사는 대진폭 진동 전단을 사용하여 수행되었다. 이 방법은 주어진 시간 t 동안 주어진 각진동수 ω에 부과되는 사인파 변형 진폭 γ0의 적용을 필요로 하였다. 적용된 사인파 변형률이 충분히 높으면 비선형 반응이 생성되었다. 이 경우 응력 σ는 적용된 변형률 진폭, 시간 및 각진동수의 함수이다. 이러한 조건에서 비선형 응력 반응은 여전히 주기적인 함수이지만; 더 이상 단일 고조파(harmonic) 사인파로 표현될 수 없다. 비선형 점탄성 반응[0-0]으로 인한 응력은 더 높은 고조파 기여도를 포함하는 푸리에 급수로 표현될 수 있다:
여기서, σ - 응력 반응
t - 시간
ω - 진동수
γ 0 - 변형률 진폭
n - 고조파 수
G'n- n차 탄력적 푸리에 계수
G''n- n차 점성 푸리에 계수.
비선형 점탄성 반응은 대진폭 진동 전단(LAOS)을 적용하여 분석되었다. 시간 스윕 측정은 표준 쌍원추형 다이와 결합된 Alpha Technologies의 RPA 2000 레오미터에서 수행되었다. 측정 과정 동안 테스트 챔버를 밀봉하고 약 6 MPa의 압력을 적용하였다. LAOS 테스트는 190℃의 온도, 0.628 rad/s의 각진동수 및 1000%의 변형률을 적용하여 수행되었다. 정상 상태 조건에 도달하였는지를 확인하기 위해 비선형 반응을 측정당 적어도 20 사이클이 완료된 후에만 결정하였다. 대진폭 진동 전단 비-선형 인자(LAOS_NLF)는 하기와 같이 정의되었으며:
여기서 G' 1 - 1차 푸리에 계수이고,
G' 3 - 3차 푸리에 계수이다.
[1] J. M. Dealy, K. F. Wissbrun, Melt Rheology and Its Role in Plastics Processing: Theory and Applications; edited by Van Nostrand Reinhold, New York (1990)
[2] S. Filipe, Non-Linear Rheology of Polymer Melts, AIP Conference Proceedings 1152, pp. 168-174 (2009)
[3] M. Wilhelm, Macromol. Mat. Eng. 287, 83-105 (2002)
[4] S. Filipe, K. Hofstadler, K. Klimke, A. T. Tran, Non-Linear Rheological Parameters for Characterisation of Molecular Structural Properties in Polyolefins, Proceedings of Annual European Rheology Conference, 135 (2010)
[5] S. Filipe, K. Klimke, A. T. Tran, J. Reussner, Proceedings of Novel Non-Linear Rheological Parameters for Molecular Structural Characterisation of Polyolefins, Novel Trends in Rheology IV, Zlin, Check Republik (2011)
[6] K. Klimke, S. Filipe, A. T. Tran, Non-linear rheological parameters for characterization of molecular structural properties in polyolefins, Proceedings of European Polymer Conference, Granada, Spain (2011)
실시예
사용-후 플라스틱 폐기물은 중합체 특성과 색상에 따라 대략적으로 분류되었다. 추가 단계에서는 흰색과 무색 부분이 선택되었다. 선택된 부품을 밀링하고, 다양한 세제를 사용하여 수용액으로 세척한 후 건조 및 스크리닝을 수행하였다. 전처리된 사용-후 플라스틱 재료를 추가로 분류하여 착색된 부품을 줄였다. 펠릿으로 압출한 후, 펠릿을 통기 처리하였다(통기는 IE3으로만 수행되었고; 통기 조건: 120℃ 공기에서, 기판 예열).
예를 들어 IE4의 경우에도 동일한 공정을 따랐다. 그러나 중합체 특성과 색상에 대해 대략적으로 분류한 후, 사용-후 플라스틱 폐기물은 주로 무색/천연 플라스틱 물품의 뚜렷한 긁힘 및/또는 변색(예를 들어 뚜렷한 황변)에 의해 인식 가능한 외관상 매우 오래된('고대') 주로 무색/천연 플라스틱 물품으로 스크리닝되었다. 이러한 매우 오래된('고대') 주로 무색/천연 플라스틱 물품을 분류하였고, 이로써 엄격한 기준을 따랐는데, 즉, 의심스러운 경우 문제의 물품을 분류해 내었다. 이는 약 10년 이상 동안 많은 국가에서 금지된 폴리브롬화 디페닐 에테르의 혼입을 배제하기 위해 수행되었다. 매우 우려되는 성분에 대해 중간체도 검사되었다. 부분적인 뒤틀림은 필요하지 않은 것으로 나타났다.
모든 실시예를 CRYSTEX QC 분석을 받게 하였다.
본 발명의 재활용 조성물에 의해 선행 기술이 강화된다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 재활용 조성물은 버진 조성물 및 버진 비스브레이킹된 조성물과 비교할 때 충격에 있어서 사소한 결점만을 나타내었다. 게다가, 높은 LAOS-NLF에 반영된 가공성은 IE2와 IE3에서 정말 양호하였다. VOC(VDA)는 IE3와 IE4에서 놀라울 정도로 양호하였다.
비교예 CE3은 버진 랜덤 이종상 폴리프로필렌 공중합체였다. 따라서 인장 계수는 에틸렌의 총량(C2(CF) 및 C2(SF) 및 CF와 SF의 양으로 반영됨)에 비해 상대적으로 높았다. 그러나 이는 재활용물이 아니며, LAOS - NLF에 반영된 가공성은 7.1 kJ/m2의 샤르피 NIS에서 상대적으로 불량하였다.
비교예 CE4는 (IE4와 거의 동일한 값으로 용융 유속을 조정하기 위해) 비스브레이킹된 버진 랜덤 공중합체였다. CE4는 CE3에 비해 강성이 훨씬 낮았으며 샤르피 NIS는 7.6 kJ/m2였다.
본 발명의 실시예 IE4는 CE3보다 약간 더 높은 강성을 가졌고 동시에 8.5 kJ/m2의 가장 양호한 전체 샤르피 NIS를 가졌다. 본 발명의 실시예 IE1 내지 3은 모두 상당히 더 높은 강성을 갖고 동시에 단지 중간 정도의 샤르피 NIS 단점을 가졌다.
실시예에 대해 사출 성형 테스트 물품의 표면 결함을 평가하였다. 시중에서 판매되는 최고의 상용 등급(CE1 및 CE2)을 비교하였다. 결과는 도 1에 나와 있다.
CE1: 밀도가 920 kg/m3이고 MFR(230℃/2.16 kg)이 24 g/10분인 Van Werven의 PP 유백색 제품이다.
CE2: 밀도가 921 kg/m3이고 MFR(230℃/2.16 kg)이 27 g/10분인 MOPRYLENE®이라는 이름의 재분쇄 및 재과립물을 공급하는 Morssinkhof - Rymoplast이다.
도 1은 결함 평가 결과를 보여준다. 본 발명의 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 결함 수가 가장 적고 균일하게 분포되어 있음을 알 수 있다.
CE3는 슬립 및 블록방지 첨가제가 없는 랜덤 이종상 공중합체이다. 이는 랜덤 공중합체 PP 매트릭스와 C3C2 고무를 갖는다.
CE3는 전중합 반응기, 하나의 슬러리 루프 반응기, 제1 기체상 반응기 및 제2 기체상 반응기 구성을 갖춘 Borstar 폴리프로필렌 공장에서 생산되었다. 루프와 제1 기체상 반응기는 고무상을 위한 매트릭스와 제2 기체상 반응기를 생산하는 데 사용되었다.
각 반응기 내 반응물의 화학적 조성은 원하는 중합체 설계에 도달하도록 조정되었다.
CE4는 전중합 반응기, 하나의 슬러리 루프 반응기 및 하나의 기체상 반응기 구성을 갖춘 Borstar 폴리프로필렌 공장에서 생산된 랜덤 공중합체이다.
중합 후, 랜덤 공중합체 CE4의 용융 유속은 200℃ 내지 230℃에서 이축 압출기에서 배합 단계 동안 비스브레이킹하고 적절한 양의 Luperox 101(2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산))을 사용하여 변형시켜 8.0 g/10분의 목표 MFR2를 달성하였다.
상기 배합 단계 동안 하기 첨가제 1000 ppm Irganox B215(펜타에리트리틸-테트라키스(3-(3',5'-디-tert. 부틸-4-하이드록시페닐)-프로피오네이트, CAS 번호 6683-19-8와 트리스(2,4-디-t-부틸페닐) 포스파이트, CAS 번호 31570-04-4의 1:2 혼합물, 독일 BASF SE에서 시판) 및 산 제거제로서 150 ppm 마그네슘 옥사이드(CAS 번호 1309- 48-4)를 배합 단계에서 첨가하였다.
CE3 및 CE4의 중합 공정에 사용된 촉매는 하기와 같이 제조되었다.
사용된 화학물질:
부틸 에틸 마그네슘(Mg(Bu)(Et), BEM)의 톨루엔 중 20% 용액, Chemtura에서 제공
2-에틸헥산올, Amphochem에서 제공
3-부톡시-2-프로판올 - (DOWANOL™ PnB), Dow에서 제공
비스(2-에틸헥실)시트라코네이트, SynphaBase에서 제공
TiCl4, Millenium Chemicals에서 제공
톨루엔, Aspokem에서 제공
Viscoplex® 1-254, Evonik에서 제공
헵탄, Chevron에서 제공
Mg 알콕시 화합물의 제조
Mg 알콕사이드 용액을, 20 L 스테인리스강 반응기에서 부틸 에틸 마그네슘(Mg(Bu)(Et))의 톨루엔 중 20 중량% 용액 11 kg에 2-에틸헥산올 4.7 kg과 부톡시프로판올 1.2 kg의 혼합물을 교반(70 rpm)하면서 첨가하여 제조하였다. 첨가하는 동안 반응기 내용물을 45℃ 미만으로 유지시켰다. 첨가를 완료한 후, 반응 혼합물의 혼합(70 rpm)을 60℃에서 30분 동안 계속하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 공여체 비스(2-에틸헥실)시트라코네이트 2.3 kg을 온도를 25℃ 미만으로 유지하면서 Mg-알콕사이드 용액에 첨가하였다. 교반(70 rpm) 하에 15분 동안 계속 혼합하였다.
고체 촉매 성분의 제조
20.3 kg의 TiCl4와 1.1 kg의 톨루엔을 20 L 스테인리스 스틸 반응기에 첨가하였다. 350 rpm으로 혼합하고 온도를 0℃로 유지하면서 제조된 Mg 알콕시 화합물 14.5 kg을 1.5시간 동안 첨가하였다. Viscoplex® 1-254 1.7 L 및 헵탄 7.5 kg을 첨가하고, 0℃에서 1시간 혼합한 후, 형성된 에멀젼의 온도를 1시간 이내에 90℃로 상승시켰다. 30분 동안 혼합을 중단한 후, 촉매 액적이 고형화되고, 형성된 촉매 입자가 침전되도록 허용되었다. 침전시킨 후(1시간), 상층액을 사이펀으로 제거하였다. 이어서, 촉매 입자를 90℃에서 20분 동안 45 kg의 톨루엔으로 세척한 후 2회 헵탄으로 세척하였다(30 kg, 15분). 제1 헵탄 세척 동안 온도는 50℃로 감소되었고 제2 세척 동안에는 실온으로 감소되었다.
랜덤 공중합체(비교 CE3, CE4)의 중합을 위해 대안적으로 WO 2020/064673 A1의 실시예 부분에 "기준 촉매"로서 기재된 바와 같이 제조된 프탈레이트-무함유 지글러 나타 촉매를 사용하였다.
이렇게 얻은 촉매를 조촉매로서 트리에틸-알루미늄(TEAL) 및 공여체로서 디사이클로펜틸 디메톡시 실란(D-공여체)과 함께 사용하였다.
IE4는 매우 우려되는 성분(SVHC)에 대해 추가로 평가되었다. 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
RoHS - 전기 및 전자 장비의 유해 성분 제한
RL - 보고 한계(RL 이상인 경우 테스트 데이터가 표시될 것이다. RL은 규제 한계가 아님)
SVHC에 대한 방법(REACH 규정 1907/2006/EU에 따름)
전체 분석은 SGS에서 이루어졌다.
SGS의 자체 분석법은 ICP-OES, UV-VIS, GC-MS, HPLC-DAD/MS 및 비색법으로 분석된 CTS-HL-114-1, CTS-HL-234-5이었다.
ICP-OES에 의한 카드뮴 결정, acc. IEC 62321-5:2013-6에 따름
ICP-OES에 의한 납 결정, acc. IEC 62321-5:2013-6에 따름
CV-AAS에 의한 수은 결정, acc. IEC 62321-4:2013-6에 따름
ICP-OES에 의한 크롬 결정, acc. IEC 62321-5:2013-6에 따름
크롬(VI) 결정 acc. IEC 62321에 따름 -> 비금속 샘플: 이온 크로마토그래피에 의한 결정, acc. IEC 62321-7-2:2017-03;
비고: 부식 방지에서 Cr(VI) 농도는 보관 시간 및 조건에 따라 달라질 수 있다.
GC/MS에 의한 PBB/PBDE(난연제) 결정, acc. IEC 62321-6:2015-6에 따름
비고: Acc. IEC에 따르면 PBB/PBDE 테스트는 중합체에만 적용된다.
연화제 DEHP, DBP; REACH(IEC 62321-8:2017, GC-MS)에 따른 BBP, DIBP 및 확장 목록
THF로 추출한 후 GC/MS를 통한 프탈레이트 결정, acc. IEC 62321-8:2017-3; 인증되지 않은 방법
비고: Acc. IEC에 따르면 프탈레이트 테스트는 중합체에만 적용된다.
CE3은 비교 목적으로 평가된 바이모달(bimodal) 버진 랜덤 폴리프로필렌이다. 충격에 있어서 놀라운 이점을 갖는 본 발명의 배합물로 버진 랜덤 폴리프로필렌을 대체할 수 있음을 알 수 있다.
추가 적용 실시예로서, 표준 공정 설정을 사용하여 사출 성형 통(pail)을 생산하였다. 표면 품질은 필적할 만한 버진 재료의 표면 품질만큼 양호한 것으로 나타났다. 두께 분포 및 기계적 특성 또한 우수하였다.

Claims (15)

  1. 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물로서,
    (i) 86.0 내지 94.0 중량% 범위의 CRYSTEX QC 분석에 따라 결정된 결정질 분획(CF) 함량, 및
    (ii) CRYSTEX QC 분석에 따라 결정된 6.0 내지 14.0 중량% 범위의 가용성 분획(SF) 함량
    을 포함하고,
    (iii) 상기 결정질 분획(CF)은 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정 시 95.0 내지 99.0 중량%; 바람직하게는 96.0 내지 98.0 중량% 범위의 프로필렌 함량(C3(CF))을 가지며,
    (iv) 상기 결정질 분획(CF)은 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정 시 1.0 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 2.0 내지 4.0 중량%, 더 바람직하게는 2.5 내지 3.5 중량% 범위의 에틸렌 함량(C2(CF))을 갖고;
    (v) 상기 가용성 분획(SF)은 1.10 내지 1.50 dl/g 미만, 바람직하게는 1.25 내지 1.45 dl/g 범위의 고유 점도(iV(SF))를 가지며;
    (vi) 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 DIN ISO 1172:1996에 따라 하소 분석(TGA)으로 측정 시 상기 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물을 기준으로 0.05 내지 3.0 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2.5 중량%, 선택적으로 1.0 내지 2.5 중량%의 무기 잔류물을 갖고;
    (vii) 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 HS GC-MS 80℃/2h의 검출 한계를 초과하는 벤젠을 함유하지 않으며;
    (viii) 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 하기 CIELAB 색 공간(L*a*b*):
    - 72.0 내지 97.0, 바람직하게는 80.0 내지 97.0의 L*;
    - -5.0 내지 0.0의 a*;
    - 0.0에서 22.0 미만의 b*
    을 갖는, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  2. 제1항에 있어서,
    2.0 내지 100 g/10분, 바람직하게는 5.0 내지 80 g/10분, 더 바람직하게는 10 내지 60 g/10분, 가장 바람직하게는 12 내지 55 g/10분의 용융 유속(ISO1133, 2.16 kg; 230℃)을 갖는, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 재활용 재료인, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    하기 성분:
    e) 폴리스티렌
    f) 폴리아미드-6
    g) 고체상 미세추출(HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 결정된 리모넨
    h) 고체상 미세추출(HS-SPME-GC-MS)을 사용하여 결정된 지방산
    중 하나 이상을 함유하는, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    CRYSTEX QC 분석에 의해 얻은 상기 가용성 분획(SF)은 12.0 내지 32.0 중량%, 바람직하게는 12.0 내지 20.0 중량% 범위의, 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정된 에틸렌(C2(SF)) 함량을 갖는, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 4 이하, 바람직하게는 3 이하의 냄새(VDA270-B3)를 갖는, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 2.3 초과, 바람직하게는 2.7 초과의 대진폭 진동 전단 - 비선형 인자[LAOS - NLF: Large Amplitude Oscillatory Shear - Non-Linear Factor](190℃, 1000%)를 가지며,

    G1'는 1차 푸리에 계수이고,
    G3'는 3차 푸리에 계수인, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    EN ISO 1873-2(개뼈 모양, 4 mm 두께)에 기재된 바와 같이 사출 성형 표본을 사용하여 적어도 1200 MPa, 바람직하게는 적어도 1250 MPa, 더 바람직하게는 적어도 1300 MPa, 더욱 더 바람직하게는 적어도 1350 MPa, 가장 바람직하게는 적어도 1390 MPa의 인장 계수(ISO 527-2, 크로스 헤드 속도 1 mm/분, 23℃)를 갖는, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  9. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    EN ISO 1873-2에 따라 제조된 80 x 10 x 4 mm의 사출 성형 표본에서 +23℃에서 ISO 179-1 eA에 따라 적어도 8.0 kJ/m2, 바람직하게는 8.3 kJ/m2의 노치 샤르피 충격 강도(NIS)(1eA)(계장되지 않음, +23℃에서 ISO 179-1)를 가지며, 이로써 더 바람직하게는 CRYSTEX QC 분석을 통해 얻은 상기 가용성 분획(SF)은 정량적 13C-NMR 분광학에 의해 보정된 FT-IR 분광학에 의해 결정 시 12.0 내지 20.0 중량% 범위의 에틸렌 함량(C2(SF))을 갖고, 더 바람직하게는 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 하기의 CIELAB 색 공간 (L*a*b*)을 가지며:
    - 72.0 내지 97.0, 바람직하게는 80.0 내지 97.0의 L*;
    - -5.0 내지 0.0의 a*;
    - 0.0에서 22.0 미만의 b*
    추가로 CRYSTEX QC 분석에 따라 결정된 결정질 분획(CF) 함량은 91.0 내지 94.0 중량% 범위이고, CRYSTEX QC 분석에 따라 결정된 가용성 분획(SF) 함량은 6.0 내지 9.0 중량% 범위인, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 펠릿 형태인, 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물은 퍼옥사이드에 의해 비스브레이킹되는(visbroken), 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물로 제조된 성형 물품.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물 및 적어도 하나의 버진(virgin) 폴리올레핀을 함유하는, 배합물.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 배합물은 이종상(heterophasic) 폴리프로필렌인, 배합물.
  15. 포장 및/또는 의료 분야에 있어서, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 혼합-플라스틱 폴리프로필렌 배합물의 용도.
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