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开启循环利用之旅:添加剂让塑料重焕生机

2024-12-20



01

添加剂:助力再生塑料性能提升

                                     

随着各国向塑料循环再生迈进,加大再生塑料含量的趋势仍在继续。与此同时,人们对再生塑料的性能有了更高的要求。为了让复合材料满足制造商和再生树脂供应商对回收利用的要求,添加剂发挥着至关重要的作用。


“需要缩小原生料和再生塑料性能之间的差距,不仅要通过复合提高再生原始混合物的性能,还要确保在价值链的回收步骤中生产出最优质的再生塑料。”SI集团循环经济市场开发经理Jeroen Frederix表示,“确保聚合物在回收过程中得到良好的保护非常重要,不幸的是,今天我们看到聚合物在第一次使用后可能进入回收过程,对进一步的热循环加工的保护不足。”为此,SI集团为塑料回收商开发了Evercycle产品组合,其中包括针对特定材料流和最终应用的优化稳定包。


 Frederix以Evercycle PET-103D为例,介绍PET瓶对瓶回收。在回收过程中,PET会热降解,产生挥发物(如乙醛[AA]),导致特性粘度(IV)损失和材料黄变。 


Frederix说:“目前在机械回收过程中,可以通过添加蓝色着色剂抵消黄变来支持食品级rPET的重建。蓝色着色剂的一个缺点是会对材料的亮度(L*)产生负面影响,因此经多次回收后,PET瓶环会变得越来越暗。稳定剂在这一方面为PET回收商提供了新的思路和方法,通过稳定回收过程中的PET聚合物链,不仅可以防止黄变,还可以减少回收过程中AA的产生和IV的损失。”


Frederix表示,SI集团还在开发专为再生聚丙烯(rPP)量身定制的稳定剂产品包,这将“缩小”再生料与聚丙烯原生料的“性能差距”,并帮助复合材料制造商在维持性能的同时增加再生料的添加量。在汽车领域,应对这一双重挑战非常重要,因为欧盟报废汽车指令即将出台,厂商要在符合OEM规范的同时,努力增加rPP的含量。


Frederix说:“SI集团目前正在筛选新的稳定混合物,以提高汽车PP化合物的长期抗热老化性能。通过添加先进的稳定产品包,仅需较低剂量就能提高rPP的性能。”


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图片说明:SI集团Evercycle PET103D的试验结果,该产品以1500 ppm的浓度用于生产100%rPET(图片来源:SI集团)


02

各大公司添加剂产品的独特功效


巴斯夫包装与循环解决方案能力中心负责人Oliver Reich表示,自2021年推出用于再生塑料的IrgaCycle添加剂以来,巴斯夫对添加剂的相互作用及其对再生材料质量的影响有了更多的了解。Reich表示:“越来越多的汽车、建筑和电子产品等非塑料包装领域正在为强制性的再生含量要求法规做好准备,巴斯夫也在寻求将其产品使用范围扩展到当前的标准产品组合之外。”


尤其是汽车行业,正在推动对更复杂解决方案的需求。巴斯夫表示正在将其添加剂产品与巴斯夫的其他机械回收解决方案相结合,如TrinamiX近红外探测器和Chemetall清洗解决方案为转炉和回收商提供统一来源的解决方案。


科莱恩Clariant在美国国际塑料展览会NPE 2024上宣布,该公司的PKG158能够在吹塑瓶或注塑件等硬质包装中添加更多的回收料,并且已扩展到北美地区。该添加剂为聚合物在多次热加工中提供长期保护,并帮助防止黄变,使聚烯烃和其他聚合物变为“可回收”。这种添加剂的高化学效率使其能够在低剂量添加的条件下提供强大的稳定性。它还具有低迁移水平和低离水展着性能。用于稳定薄膜产品的类似产品PKG 196在K 2022展会上推出;该添加剂有助于减少凝胶,并允许薄膜和软包装中添加更多的回收料。


添加剂聚合物解决方案美洲销售主管Eliandro Felip表示:“随着我们的客户增加对回收成分的使用,我们优化了AddWorks PKG 158,使其具有优异的加工性能,并增强了用于报废塑料回收的树脂。


Dover ChemicalDoverphos LGP12(液态绿色亚磷酸酯)作为回收流中的稳定剂取得了成功,已被证明可以减少回收聚乙烯薄膜应用中凝胶的大小和总量。Dover Chemical塑料添加剂技术经理Shawn Cook表示,该添加剂有助于增加回收料的含量,而不会影响成品质量。Cook说,除了充当抗氧化剂外,该添加剂还充当无PFAS和无硅聚合物加工助剂(PPA),显示出清除吹塑薄膜中熔体断裂和减少流延薄膜中模唇积聚的能力。


LGP12是一种高分子量的聚合物亚磷酸酯,其高磷含量使其可以在较低的负载水平下使用,这两者都有助于降低迁移率。该添加剂最近获得了欧盟欧洲食品安全局对用于食品接触产品的认可。该添加剂于2019年获得美国食品药品监督管理局批准,用于LLDPE的食品接触,并于2023年获得HDPE的食品接触许可。该公司报告称,最近已向其他主要全球监管机构提交了食品接触批准申请。


Nexam Chemical公司表示,其用于rPP的反应性回收添加剂母料可以调节流动特性,提高加工性能和质量。该公司声称,这一技术提高了rPP的实用性,因此不需要“降级”。


Nexamite R201增加PP的分子量(即降低熔体流动比MFR)。Nexamite R203是一种增强型添加剂,也可增加rPP的分子量。另一方面,Nexamite R202是一种减粘添加剂,如果需要与特定工艺相匹配,可以提高MFR并降低分子量。


03

调整物料流,优化再生塑料加工性与质量

意大利都灵理工大学应用科学与技术系的研究人员于3月发表的一项研究调查了在多次挤出循环中热机械降解对PP微观结构的影响。PP因断链在结构上降解,从而降低分子量,但使用Nexam添加剂的反应挤出工艺能够重建分子链。实验表明,Nexamite添加剂在添加到PP中时能够防止分解,在添加到模拟的消费后rPP中时能够恢复分子量(如图所示)。研究人员还发现,添加剂的作用因在挤出机中的停留时间而异;如果停留时间较长,聚合物骨架上将出现一些分支,这提高了熔体强度,有利于增强加工性能。他们得出结论,添加剂将让加工性能变为“可调节”。


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图片说明:聚丙烯在再加工过程中会降解,平均分子量(MW)通常会随着每个加工周期而降低。如图所示,在第九个加工周期中引入了Nexam的添加剂,以模拟添加到消费后回收物中。添加剂能够重建PP的分子量。(图片来源:Nexam)


对于PET来说,一个关键指标是特性粘度。Nexam Chemical表示,其用于rPET的IV增强添加剂在rPET使用量不断增长的多个地区得到了广泛的应用。例如,在美国,IV增强剂被用于PET发泡片材,用于替代食品包装中的聚苯乙烯。该公司在7月的一份新闻稿中报道,在巴基斯坦不断增长的包装市场中,当地生产的rPET片材和其他类型的rPET应用正在使用IV增强剂。Nexam表示,澳大利亚、墨西哥和南美也在增长。


Techmer PM公司HiTerra rPET Revive是一种添加剂浓缩物,可以抵消PET再加工过程中的降解经验。添加剂通过重建聚合物链来增加粘度和降低黄度。


 “RPET Revive可以提高再研磨/回收率,提高生产率。”Techmer PM刚性包装市场经理Steve Smith表示,“我们选择的活性成分与纤维和模塑应用中使用的PET树脂兼容。转炉可以将其用于生产热成型板材,该产品也在塑料瓶回收领域展现出的良好潜力。”该添加剂适用于食品接触应用。


Repi公司热塑性塑料业务开发经理Karsten Fritsch表示,其公司的StabiPlus REMAP 00485是一种液体添加剂在PET回收过程中添加,以保持rPET的亮度(即L值)。虽然抗黄变添加剂通过校正b值成功地掩盖了因降解而变色的黄色,但这种新的功能性添加剂可以防止rPET中常见的L值下降。Fritsch解释说,添加剂可以根据应用进行调整。建议的最小添加率为0.134%。该添加剂不影响特性粘度,并已获得欧盟和美国食品药品监督管理局的食品接触认证。


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图片说明:Repi的StabiPlus保护rPET在机械回收过程中不会变黄(图片来源:Repi)


04

增容剂:提升回收塑料流的相容性与性能


增容剂在回收塑料流中特别有用,这些塑料流可能含有多种聚合物或少量一种聚合物作为主要材料的污染物。最近,欧洲母粒供应商Gabriel Chemie公司推出了MaxiLoop系列相容剂,包括为各种回收应用设计的十种不同配方。添加剂旨在通过改善相容性、加工性和性能来增加回收含量。


其中一种用途是在多层产品生产中对薄膜挤出的边缘装饰进行后工业回收(PIR)。由PE或PP(非极性聚合物)制成的多层薄膜在阻隔层中可能含有PA6、PA66或EVOH(极性聚合物。当PIR边缘装饰物被放回薄膜挤出机时,聚合物之间极性和流动性能的差异可能会导致薄膜中产生条痕和凝胶。Gabriel Chemie表示,MaxiLoop HP7AB-4780COM增容剂母粒通过增加聚合物之间的界面粘附力来提高加工过程中的均匀性,从而带来更稳定的加工条件和更高的产品质量,特别是在吹塑薄膜生产中。


MaxiLoop EMA7AB4820MOD是另一种专为再生聚苯乙烯(rPS)设计的添加剂母粒,这种材料可能具有高粉尘、脆性大和低抗冲击性等特性。添加增容剂可以提高抗冲击性和拉伸强度。


赢创表示,其于2023年5月推出的Tego Cycle添加剂系列专注于在机械回收过程中节约能源,并提高再生塑料的质量。对于洗涤、分离、脱墨和干燥,该公司的消泡剂和润湿剂有助于提高工艺效率。在回收材料的复合过程中,改善加工的添加剂包括分散剂和加工助剂。包括增容剂和Tego Sorb恶臭减少剂在内的添加剂可提高产品质量。


赢创指出,其循环塑料计划与Tego Cycle添加剂相结合,可以帮助加快塑料行业向循环经济的转型。例如,赢创与初创公司Wild Plastic合作,收集垃圾并制作可回收垃圾袋。收集到的材料是高度污染的低密度聚乙烯,但合作伙伴开发了一种高效的工艺来制造合适的产品。


05

示踪添加剂:追踪回收材料的创新技术


过去几年,各种项目都在研究如何使用传统上用于识别假冒商品的添加剂来“跟踪和追踪”回收材料。这些添加剂可以混合到塑料中,并在整个供应链中检测到。它们可用于分类或量化回收内容。追踪添加剂包括荧光标记物以及可以用近红外光谱检测的示踪剂。


德国科技公司Polysecure继续展示其基于示踪剂的分选技术(TBS),该分选使用该公司的荧光颗粒。Polysecure还开发了获得专利的Sort4Circle技术,该技术与现有的使用顺序分拣机制分离少量材料组的分拣过程不同。相比之下,Sort4Circle使用单步排序机制精确识别,根据数量来直接分分配。一种新的探测器模块测量材料特性,如颜色、图像和聚合物类型,以及识别荧光颗粒等标记,以进行分类。该公司最近宣布与普福尔茨海姆大学合作开展一个名为PräziSort的项目,在巴登-符腾堡州的资助下进一步开发该技术。


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图片说明:Polysecure的Sort4Circle系统图,该系统结合了不同的技术,包括示踪剂添加剂检测(图片来源:Polysecure)


在最近的另一个项目中,Polysecure汽车OEM现代汽车集团和德国塑料中心(SKZ)使用Sort4Circle单步分拣机制对破碎后的汽车塑料进行了基于示踪剂的分拣,进行了可行性研究。在研究的第一部分,在注塑过程中以10ppm的浓度向PP和PA6中添加不同的示踪剂。使用Polysecure的PIDEA系统,检测每个物体的荧光信号。示踪剂比率和代码绘制在图表上,表明PP和PA6之间完全不同,没有假阳性。


在研究的第二部分,将标记和未标记的塑料碎片通过Sort4Circle检测器。研究人员报告称,90%以上的标记对象被识别和分选,PP和PA6对象的纯度为99.9%,分选错误几率仅为千分之一。他们表示,这种类型的系统可用于可靠地分选类似的塑料。



本文转载自:荣格塑料工业,如有侵权请联系删除。




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