Paano nakakatulong ang umuusbong na teknolohiya ng compatibiliser sa pag-recycle ng magkahalong plastik na basura?

Ang mga additive supplier at akademiko ay mayroong maraming mga solusyon na available o hindi pa nade-develop para sa pagsasama-sama ng mga hindi tugmang polimer upang makabuo ng mas mahusay na performance at mas matatag na mga materyales. Marami ang binuo na may layuning i-upgrade ang mga recycled na plastik, kadalasan ngunit hindi eksklusibo ang mga post-consumer recycled material (PCR). Marami, ngunit hindi lahat, ang gumagamit ng mga pamamaraan ng maleic anhydride grafting upang pagdugtungin ang interface sa pagitan ng mga polar at non-polar na polimer, o sa pagitan ng mga non-polar ngunit hindi pa rin tugmang polimer (hal. PE at PP).

Ang Intermix Performance Materials na nakabase sa US ay isang start-up na kumpanya na itinatag noong nakaraang taon upang gawing komersyal ang pagbuo ng isang ethylene-propylene multi-block compatibilizer additive technology na lisensyado mula sa Cornell University. Ito ay itinatag nina Geoff Coates, Tisch School Professor of Chemistry and Chemical Biology sa Cornell, Andrew Arriz, Business Analyst, at Ting-Wei Lin, Principal Investigator.

“Ang HDPE at isotactic polypropylene (iPP) ang pinakamaraming nagagawang komersyal na plastik sa mundo at mayroon silang magkatulad na optical properties, na nagpapahirap sa proseso ng pag-uuri ng dalawang plastik sa malawakang saklaw,” sabi ni Lin. Sa kabila ng kanilang magkatulad na kemikal na istruktura, ang HDPE at iPP ay hindi magkatugma sa isa't isa at samakatuwid ay nagbubunga ng malutong at walang kwentang materyal kapag natunaw. Nakakahadlang ito sa kahusayan sa pag-recycle ng mga plastik na ito. Naiulat na wala pang 7% at 1% ayon sa timbang ng HDPE at iPP ang nirerecycle ayon sa pagkakabanggit.

Sa pamamagitan ng pakikipagsosyo sa isang itinatag natagapag-recycle ng plastik, Nakakuha ang Intermix ng isang batch ng mga pellet na gawa sa mga lumang lubid at lambat, na pangunahing nirerecycle mula sa dagat. Ang mga plastik na ito mula sa dagat ay may HDPE sa iPP weight ratio na humigit-kumulang 1:1. Sinasabi ng kumpanya na ang mga timpla ay malutong at hindi nababanat nang walang gaanong paghaba. Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng 2% ayon sa timbang ng compatibilizer ng kumpanya, ang katigasan ay maaaring tumaas sa mahigit 800% na paghaba sa pagkaputol.

Ayon kay Lin, ang mga compatible na HDPE/iPP blends “ay nagiging mga promising na materyales na maaaring iproseso muli upang maging mga produkto anuman ang komposisyon at hindi pagkakahiwalay ng recycled na HDPE/iPP blend. Maaari nitong mabawasan nang malaki ang gastos sa pag-recycle ng mga plastik at mapataas ang kahusayan sa pag-recycle.”

Ang Intermix ay kasalukuyang may limang empleyado na nakatuon sa pananaliksik ng produkto at pagpapaunlad ng negosyo at nakikipagtulungan sa ilang mga tagagawa ng pandayan upang mapalawak ang produksyon ng mga compatibilizer mula sa gramo hanggang sa kilo. Sabi ni Lin, "Ang mga produktong gawa sa mga recycled na timpla ng HDPE/iPP ay maaaring maging posible sa lalong madaling panahon."

Ang Nexam Chemical ng Sweden ay bumuo ng isang konsepto na kilala bilang "reactive recycling" upang mapabuti ang pagganap ng mga pinaghalong recycled polymer na mahirap i-recycle. Ang isang halimbawa ay ang recycled PP na naglalaman ng HDPE. "Ang Nexam R201 ay tumutugon sa polymer upang bumuo ng isang timpla ng PP/PE upang magbigay ng PP at PE compatibility," sabi ni Lars Öhrn, chief marketing officer ng kumpanya. Sa 85% rPP at 15% rHDPE blends, ang mga tensile test ay nagpakita ng mas kaunting pagkakaiba-iba."

Isa pang halimbawa ng aplikasyon ay ang PE na naglalaman ng PA. Nang idinagdag ang Nexamite R405 sa isang timpla ng 93% HDPE at 7% PA6, ang mga tensile test ay nagpakita ng pinahusay na mekanikal na katangian at hitsura ng ibabaw. Ang yield stress ay bumuti rin at ang lakas ng bali ay sinasabing maihahambing sa purong HDPE.

Hindi isiniwalat ni Öhrn ang partikular na reaksiyong kemikal na ginamit, ngunit sinabing hindi ito batay sa maleic anhydride grafting. Aniya: “Gumagana ito sa mga polyolefin, ngunit maaari rin itong mag-bridge at mag-react sa mga polycondensate. Tulad ng lahat ng reactive extrusions, kailangan mo ang tamang timpla at energy input para makuha ang pinakamahusay na resulta.” Ang Nexamite R201 at R405 ay parehong makukuha sa anyong masterbatch.

Ang pinakabagong karagdagan sa portfolio ng Nordic Grafting Company (NGC) ay ang Acti-Tech Compatibilizer 16MA11F, batay sa grafted maleic anhydride (MA) Vistamaxx, isang semi-crystalline copolymer mula sa ExxonMobil. Ang bagong additive ay sumusunod sa mga regulasyon ng EU 10/2011 food contact at nagbibigay sa mga recycler at processor ng isang madaling idagdag na universal compatibilizer upang mapahusay ang halaga ng mga timpla na naglalaman ng iba't ibang packaging polymers, kabilang ang mga polyolefin, EVOH, PA at PET, ayon sa NGC, na lisensyado sa ExxonMobil para sa teknolohiyang ito.

Maaaring idagdag ang mga produktong Acti-Tech sa lahat ng yugto ng proseso ng pag-recycle: habang nag-recycle pa rin ng molde o bago pa man ito gamitin ng consumer, habang muling nagbubutil ng granulation na mayroon o walang pagsasala ng recycler, o habang muling nagbubutil ng granulation ng recycler o modifier. Ayon sa kompanya: “Ito ang mainam na solusyon para sa pag-upcycle ng mga pinaghalong polymer feedstock mula sa post-industrial recycling (PIR) o post-consumer recycling (PCR) pati na rin ang mga panloob na basura, na nagpapahintulot sa mga recycled na plastik na ito na magamit sa mga bago o umiiral na produkto nang hindi nakompromiso ang performance sa end-use.”

Ayon sa NGC, ang Acti-Tech 16MA11F ay nagpapakita ng pinahusay na dispersion at nabawasang dispersed phase size ng mga particle ng PA at PET sa mga polyolefin substrate (karaniwang PA/PE ratio na 40/60). Sabi ni Quentin Le Piouff, ang business development manager ng kumpanya: “Bilang karagdagan, ang pagdaragdag ng 4% Acti-Tech Compatibilizer 16MA11F sa mga recycled barrier film (LDPE 60% / PA 30% / EVOH 10%) ay nagresulta sa mas mataas na film at optical property recovery kumpara sa mga non-compatibilized blends at mas mababang gastos.”

Ang mga Acti-Tech additives ay kasalukuyang sinusubukan sa iba't ibang uri ng mga basura para sa mga bago at pagkatapos ng paggamit ng mga mamimili, kabilang ang mga multi-layer barrier film packaging pati na rin ang mga shrink sleeves, blow-moulded cosmetic at plant protection chemical containers, rigid packaging, reinforced/multi-layer tubes at hoses, fishnets, mats at carpets.

Ayon kay Le Piouff, ang Acti-Tech 16MA11F ay maaari ding gamitin bilang coupling agent para sa mga materyales na bio-based (starch, cellulose), wood composite (WPC) at natural fiber (NFC). Maraming aplikasyon gamit ang universal compatibilizer na ito ang ikokomersyalisa sa mga darating na buwan,” aniya.

Pagpapalawak ng abot

Ang Polyscope Polymers na nakabase sa Netherlands, na ang pangunahing negosyo ay nakabatay sa styrene-maleic anhydride, ay inaangkin na malaki ang naitulong nito sa paglago ng merkado sa sektor na ito sa nakalipas na dekada. Ang pagkuha nito ng Vertellus noong unang bahagi ng taong ito ay inaasahang susuporta sa mga ambisyon nito sa paglago sa hinaharap. "Sa pamamagitan ng pagkuhang ito, pinalalawak ng Polyscope ang presensya nito sa merkado ng mga specialty additives," sabi ni Patrick Muezers, CEO ng Polyscope, "at magagamit namin ang pandaigdigang mapagkukunan, kakayahan, at matibay na posisyon sa pamumuno sa merkado ng Vertellus upang mas mapaglingkuran ang aming mga kasalukuyan at bagong customer."

Kasalukuyang iniimbestigahan ang mga potensyal na sinerhiya sa pagitan ng mga portfolio ng Polyscope at Vertellus. Sabi ni muezers: “Patuloy na lilitaw ang mga bagong sinerhiya, ngunit ang ethylene MA copolymer na ZeMac na iniaalok ng Vertellus ay napatunayang lubos na komplementaryo sa kasalukuyang alok ng Polyscope.”

“Ang kombinasyon ng aming mga additives ay makakatulong sa amin na masagot ang mga tanong ng aming mga customer tungkol sa pag-optimize ng mga Xibond blends,” aniya. Nakikita na namin ang pagtaas ng demand para sa mas napapanatiling mga solusyon. Halimbawa, sinimulan namin ang ilang mga proyekto upang suportahan ang pagproseso ng mga bio-based na plastik sa mga kombinasyon ng PLA/PBAT gamit ang aming mga additives. Sa proyektong ito, ang aming mga Xibond compatibilizer ay mahalaga sa pagkamit ng pinakamainam na pagganap sa mga aplikasyon at pag-unlad, kabilang ang paglipat mula sa tradisyonal na mga PE bag patungo sa mga biomaterial shopping bag.”

“Bukod pa rito, parami nang parami ang aming nakakakita ng mga oportunidad na makapagbigay ng mga solusyon para sa pag-usad ng iba't ibang polimer. Natuklasan pa nga ng ilan sa aming mga customer na ang aming mga compatibilizer ay nakakatulong sa paghahalo ng 'plastic hodgepodge' sa ABS upang makagawa ng mga timpla na maaaring magamit para sa mga aplikasyon tulad ng mga electrical housing,” paliwanag ni Muezers.

"Sa wakas, nagkaroon kami ng karanasan sa paggamit ng modelo ng serbisyo ng Xibox, na ginagamit namin upang matulungan ang aming mga customer na mapabilis ang pagbuo ng produkto, na binabawasan ang mga linggo, at sa ilang mga kaso ay mga buwan, mula sa proseso ng pagbuo. Gumagamit kami ng maliliit na bench top mini extruder upang maisagawa ang mabilis na pagsusuri sa mga pormulasyon ng aming mga customer."

Sinasabing ang konsepto ng Xibox screening ay ginamit na ng ilang kostumer na nahaharap sa hamon ng pag-recycle ng maraming materyales.
Ang mga produktong Olebond ng Tisan Engineering Plastics ng Turkey ay mga maleic anhydride grafted polymers na ginawa sa pamamagitan ng reactive extrusion. Inaangkin ng kumpanya, "Depende sa antas ng grafting at uri ng polymer, nakakatulong ang Olebond na mapabuti ang mga katangian ng materyal sa pamamagitan ng pag-arte bilang compatibilizer, coupling agent, impact modifier at binder."

Ang gradong Olebond 7401 ay batay sa PP na may mataas na nilalaman ng maleic acid na idinagdag upang magsilbing pangkabit sa pagitan ng polimer at ng tagapuno. Sinasabi ng kompanya na ang gradong 7401 ay nakakatulong din upang mapabuti ang mga mekanikal na katangian ng mga pinaghalong PP at mga hindi magkatugmang polimer tulad ng PA.
Ang Olebond 7402 grade ay ginagamit bilang compatibilizer at coupling agent sa mga aplikasyon tulad ng mga materyales na walang halogen cable, multilayer tubes, laminates at mga timpla ng PE sa iba pang mga polymer. Bilang isang compatibilizer, sinasabing pinapabuti ng Olebond 7402 ang interphase adhesion ng PE sa mga polymer tulad ng PA at iba pang polyolefins. Sabi ni Tisan: “Ang Olebond 7402 ay nagbibigay ng pinakamainam na dispersion sa pagitan ng mga mineral filler, fibers at polymer substrates at pinapabuti ang mga mekanikal na katangian ng mga binagong plastik. Halimbawa, kapag ginamit sa mga binagong materyales na puno ng talc, dinoble ng Olebond 7402 ang dispersion ng talc.”

Kabilang sa iba pang grado ng Olebond ang mga produktong nakabase sa ABS at EVA na maaaring gamitin bilang mga compatibilizer sa iba't ibang produkto. Ang 7404 ay maleic anhydride grafted ABS at ang 7405 ay maleic anhydride grafted ethylene vinyl acetate (EVA).
Ang SK Functional Polymer (SKFP) na nakabase sa Korea ay nagsusuplay ng kumpletong hanay ng mga compatibilizer at recycling accelerator na sinasabing nagbibigay-daan sa mga gumagamit na gawing mga materyales na may mataas na halaga ang pinaghalong plastik (ang kumpanya ay itinatag sa pamamagitan ng pagbili ng SK Geo Centric sa negosyo ng functional polyolefin ng Arkema noong 2020).

Ayon kay Lolita Hauguel, ang business development manager ng kumpanya sa France: “Itinuon ng SKFP ang malaking bahagi ng pananaliksik nito sa pagbuo ng mga reactive polyolefin na nagpapatugma sa mga mekanikal na nirerecycle na timpla ng plastik. Ang mga Lotader reactive terpolymer at Orevac graft resin ay malawakang ginagamit bilang mga compatibiliser para sa iba't ibang timpla. Ang SKFP ay hindi lamang may mga solusyon para sa mga nirerecycle na solusyon para sa mga timpla tulad ng rPET/rPE, rPET/rPP, rPA/rPE, rPA/rPP, rPA/rPET …… pati na rin para sa mga timpla ng PE/EVOH.”

Ang Lotader 4210 maleic acid grade ay mabibili sa komersyo para sa pag-upgrade ng recycled PE at EVOH multilayer scrap (ang huling materyal ay limitado sa mga aplikasyon na hindi pangpagkain). Ayon sa SKFP, isa pang matagumpay na halimbawa ang gumagamit ng Lotader AX sa recycled PET na kontaminado ng mga polyolefin na hindi ganap na naalis sa proseso ng pag-uuri.

Ayon sa SKFP, naipakita rin nito na ang bagong hanay ng mga highly heterogeneous na Lotryl T acrylate copolymers ay isang lubos na mahusay na booster solution para sa mga recycled styrene resin, na nag-aalok ng makabuluhang pinahusay na impact properties. Nag-aalok din ang kumpanya ng mga solusyon upang mapabuti ang impact resistance at ma-modulate ang viscosity ng mga materyales na rABS sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga non-reactive na Lotryl highly polar copolymer sa reactive Lotader AX. Sabi ni Hauguel: "Ang kombinasyon ng polarity at reactivity ng mga resin na ito ang susi sa matagumpay na pag-upgrade ng mga recycled na plastik na basura."

Sinasabing malawakang ginagamit ang mga Orevac grafted polyolefin bilang mga coupling agent para sa mga filled PP at PE modified materials. Kasama sa hanay ng produkto ang grafted PP, grafted HDPE/LLDPE at grafted EVA. Iba-iba ang nilalaman ng reactive maleic anhydride sa mga produktong ito, ngunit mas mataas ang nilalaman, mas epektibo ang mga ito bilang mga coupling agent. Angkop ang mga ito para gamitin sa ATH, MDH, iba pang mineral fillers pati na rin sa glass at natural fibers.

Ayon kay Salvatore Monte, presidente ng Petrochemicals, ang pagiging tugma ng iba't ibang polimer ay maaaring makamit gamit ang mga reactive grafting polymer: tulad ng maleic anhydride grafted PP, bipolar copolymer (hal. SEBS), free radical graft initiators (hal. diisopropyl benzene peroxide), at organometallic coupling agents (hal. titanates). Karamihan sa mga tagagawa ng modifier ay isasaalang-alang lamang ang mga heteroatomic titanate coupling agents kapag may mga problema sa mga filler o adhesion sa iba't ibang substrate,” aniya. Ngunit sa katunayan, ang mga ito ay thermally stable catalysts na maaaring mag-repolymerise ng iba't ibang polimer sa extruder melt, tulad ng paggamit ng titanocene at ZN catalysts para sa monomer polymerization.

Aniya, “Isang benepisyo ng heteroatomic titanate catalyst ay ang mas mabilis na daloy ng nagreresultang polimer sa mas mababang temperatura, na may bahagyang pagtaas sa tensile strength at isang makabuluhang pagtaas sa elongation. Ang paggamit ng 0.2% by weight na pagdaragdag ng catalyst upang mabawasan ang temperatura ng pagproseso ay isang bagong paraan upang mapalawak ang processing window para sa iba't ibang polimer, tulad ng PC na karaniwang nangangailangan ng mataas na temperatura ng pagproseso (higit sa 300°C), at PVC na karaniwang sensitibo sa init.”

Binanggit ni Monte na sa ganitong antas ng pagdaragdag, nadoble ng additive ang extrusion output ng isang malinaw na uPVC computer chip housing profile sa pinababang temperatura ng pagproseso na 47°C. Pinapabuti rin nito ang daloy ng pagkatunaw sa pinababang temperatura ng pagproseso na 100°C para sa injection molding ng isang 40% glass fiber reinforced PC modifier na ginagamit ng mga customer sa loob ng maraming taon upang makagawa ng mga millstone base sa pamamagitan ng paghubog ng modifier sa mga steel sheet.

Ang mga modifier at compatibilizer ay gaganap ng mahalagang papel sa paglipat mula sa isang linear patungo sa isang circular economy, sabi ng Dow, na bumubuo ng mga karagdagang produkto upang suportahan ang pag-recycle ng mga hindi magkatugmang kumbinasyon ng materyal. Ang Retain 3000 polymer modifier nito, na idinisenyo para sa pag-recycle ng mga post-industrial film na naglalaman ng EVOH, ay sinasabing nakakabawas sa gelation, habang ang Fusabond grade ay ginagamit bilang isang impact modifier at compatibilizer sa mga post-consumer polyolefin recyclate.