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熱剥離機能を持つ高分子表面改質ブロック共重合体結晶化超分子間力を利用したポリエチレン表面改質・接着

福岡大学工学部化学システム工学科 八尾 滋・中野 涼子

ポリエチレン (PE)表面改質高結晶性、疎水性であることから、プラズマ処理等の物理的処理のみ有効物理的処理を施した場合、厚み次第で破損する恐れがある

側鎖結晶性部位と機能性部位を有するブロック共重合体

側鎖結晶性ブロック共重合体 (SCCBC)

側鎖結晶性部位(例：BHA block)

機能性部位(例：TBAEMA block)

SCCBC

側鎖結晶性部位

機能性部位

ポリエチレン表面(結晶構造)

側鎖結晶性部位・ 結晶性側鎖はPEと良好な吸着性を有する

（結晶化超分子間力）

・ 環境温度の変化で吸着・脱離が可能

機能性部位 ・ 機能性側鎖の選択によって、PE表面に任意の機能を付与することが可能

改質したPE表面が機能を発現 (親水性,接着性)

SCCBC酢酸ブチル溶液に浸漬し、表面を改質

PE表面改質方法

PE film(～150μm) Dipped in SCCBC butyl

acetate solution

Modified PE film by SCCBC

吸着

脱離

改質したPEの機能発現メカニズム

PE

水滴 機能性部位側鎖結晶性部位

側鎖結晶性部位 (BHA) がPE表面上に吸着し、PE表面が機能性部位 (TBAEMA) で覆われて、

機能性側鎖が親水性を実現

疎水性から親水性へ改質

改質前 改質後

♦親水性

♦接着性

改質したPEに接着性が付与

接着部分をお湯などの簡便な処理でSCCBCの側鎖結晶性部位の融点付近に達するため、SCCBCと接着剤がPEフィルム表面から剥離する

湯接着剤

PE

SCCBC

PE

♦リサイクル性

昇温によりリサイクル性を実現

今後の予定

●化学工学会 第46回秋季大会 (九州大学伊都キャンパス 9月17 ～19日)

『側鎖結晶性ブロック共重合体を用いたポリエチレン表面改質手法の検討』

●第63回高分子討論会 (長崎大学文教キャンパス 9月24日～26日)

『側鎖結晶性ブロック共重合体を用いたポリエチレン表面改質効果の検討』『表面修飾多孔質膜を用いた水中に溶存する金属イオンの吸着除去』

●成形加工シンポジア’14 (新潟朱鷺メッセ 11月14日～15日)

『結晶化超分子間力によるポリエチレン表面の改質』

産 学 官 連 携 セ ン タ ー〒814-0180 福岡市城南区七隈八丁目19番1号（文系センター高層棟4階）TEL.092(871)6631 FAX.092(866)2308 E-mail: sanchi@adm.fukuoka-u.ac.jp

http://www.adm.fukuoka-u.ac.jp/fu853/home1/

［担当事務局：研究推進部産学知財課］

【実験結果】

【緒言】

【実験内容】

●引張試験結果

◆試料 ：バージンポリプロピレン(Virgin Polypropylene : VPP)・・・射出成形・透明グレード品プレコンシューマリサイクルポリプロピレン(Pre-consumer Recycled Polypropylene : Pre-RPP)

・・・VPPを用いて試験片などを射出成形した際に派生したランナーなどから作成

●引張試験 ： 試験片形状 : JIS K 7113 2(1/3)号、チャック間距離 : 30mm、伸張速度 : 5mm/min、室温 : 26ºC、湿度 : 42%RH

プレス処理後の冷却条件 : 徐冷 (Slow Cooling : SC)、急冷 (Quench)

●SEM観察 ： 液体窒素中で薄膜を破断させ、破断面観察

◆実験内容 ：

＊GPC、MFR、密度測定の結果、VPPおよびPre-RPPの分子物性はほぼ同等であることが判った

⇒化学劣化していないリサイクル樹脂をモデルとして利用（一度の射出成形では化学劣化しない）

VPP

210ºC 2min (SC)

Pre-RPP

210ºC 2min (SC)

Pre-RPP

210ºC 10min (SC)

Pre-RPP

210ºC 2min (Quench)

Pre-RPP

250ºC 10min (Quench)

現状のマテリアルリサイクルと展開が望まれるマテリアルリサイクル

リサイクルプラスチックは物性値が劣るため、パレットなどの付加価値の低いものにしか使用されていない

物性低下の要因は再生不可能な化学劣化なのか？！

GPC、MFR、密度測定の結果

●SEM観察結果

内部構造の違い

滑らかな破断面

荒れた破断面リサイクル樹脂の物性低下の原因は化学劣化ではなく物理劣化である

最適な物理的再生プロセス

リサイクル樹脂の力学物性及び耐久性の低下は、成形時の物理劣化が主因

Pre-RPP 210ºC 6min (SC)

Pre-RPP 210ºC 2min (SC)

VPP 210ºC 2min (SC)

プレス時間

10minに延長

冷却条件

氷水で急冷

高温処理

急冷

物性再生・向上達成

リサイクル樹脂の物性は熱プレス条件や冷却条件を変えることで飛躍的に物性が改善される

Pre-RPPをQuench処理した試料の破断応力値はVPPよりも高くなる

リサイクル物性劣化の主要因は物理劣化であり、物理的再生処理により、物性は飛躍的に改善できる

マテリアルリサイクルによる廃プラスチックの高度利用が可能

◆破断エネルギー

◆破断応力

廃プラスチックの高度リサイクル技術

◆今後の発表予定

●高分子討論会 ポスター発表 （9月24日 水曜日）

『プレコンシューマリサイクル樹脂の力学特性に対するアニーリング効果依存性』

●成形加工シンポジア “14 口頭発表＆ポスター発表 （11月14～15日 金、土曜日）

『物理劣化を基盤とした廃プラスチックのリサイクルプロセスの検討』

◆環境省環境研究総合推進費平成26 年度新規課題に採択

課題番号3K143013

課題名「高性能・高耐久性リサイクルプラスチック創製のための再生技術に関する基礎研究」

現在の常識化学劣化しているためであり、再生は不可能なのでどうしようもない

本当なのか？

［実際の比較例］

福岡大学工学部化学システム工学科 八尾 滋・中野 涼子

産 学 官 連 携 セ ン タ ー〒814-0180 福岡市城南区七隈八丁目19番1号（文系センター高層棟4階）TEL.092(871)6631 FAX.092(866)2308 E-mail: sanchi@adm.fukuoka-u.ac.jp

http://www.adm.fukuoka-u.ac.jp/fu853/home1/

［担当事務局：研究推進部産学知財課］