Bagaimana teknologi kompatibiliser yang terus berkembang memungkinkan daur ulang limbah plastik campuran?

Pemasok aditif dan akademisi memiliki sejumlah besar solusi siap pakai atau yang masih dalam tahap pengembangan untuk memadukan polimer yang tidak kompatibel untuk membentuk material yang berkinerja lebih tinggi dan lebih stabil. Banyak yang dikembangkan dengan tujuan untuk meningkatkan kualitas plastik daur ulang, sering kali tetapi tidak secara eksklusif material daur ulang pascakonsumen (PCR). Banyak, tetapi tidak semua, menggunakan teknik pencangkokan maleat anhidrida untuk menjembatani antarmuka antara polimer polar dan non-polar, atau antara polimer non-polar tetapi masih tidak kompatibel (misalnya PE dan PP).

Intermix Performance Materials yang berkantor pusat di AS adalah perusahaan rintisan yang didirikan tahun lalu untuk mengomersialkan pengembangan teknologi aditif kompatibilizer multiblok etilena-propilena yang dilisensikan dari Universitas Cornell. Perusahaan ini didirikan oleh Geoff Coates, Dosen Kimia dan Biologi Kimia Tisch School di Cornell, Andrew Arriz, Analis Bisnis, dan Ting-Wei Lin, Peneliti Utama.

“HDPE dan polipropilena isotaktik (iPP) adalah plastik komersial yang paling banyak diproduksi di dunia dan keduanya memiliki sifat optik yang serupa, yang membuat proses pemilahan kedua plastik tersebut dalam skala besar menjadi sulit,” kata Lin. Meskipun struktur kimianya serupa, HDPE dan iPP tidak kompatibel satu sama lain dan karenanya menghasilkan material yang rapuh dan tidak berharga saat dicampur dengan lelehan. Hal ini menghambat efisiensi daur ulang plastik tersebut. Telah dilaporkan bahwa kurang dari 7% dan 1% berat HDPE dan iPP masing-masing didaur ulang.

Melalui kemitraan dengan perusahaan yang sudah mapan,pendaur ulang plastikIntermix memperoleh sejumlah pelet yang terbuat dari tali dan jaring ikan bekas, yang sebagian besar didaur ulang dari laut. Plastik laut ini memiliki rasio berat HDPE terhadap iPP sekitar 1:1. Perusahaan tersebut mengatakan bahwa campuran tersebut rapuh dan tidak dapat meregang tanpa banyak pemanjangan. Dengan menambahkan 2% berat kompatibilizer perusahaan, ketangguhannya dapat ditingkatkan hingga lebih dari 800% pemanjangan saat putus.

Lin mengatakan campuran HDPE/iPP yang kompatibel “kini menjadi bahan yang menjanjikan yang dapat diolah kembali menjadi produk tanpa memandang komposisi dan sifat campuran HDPE/iPP yang didaur ulang. Hal ini dapat mengurangi biaya daur ulang plastik secara signifikan dan meningkatkan efisiensi daur ulang.”

Intermix saat ini memiliki lima karyawan yang berfokus pada penelitian produk dan pengembangan bisnis serta bekerja sama dengan sejumlah produsen pengecoran untuk meningkatkan produksi kompatibilizer dari skala gram ke skala kilogram. Lin mengatakan, "Produk yang terbuat dari campuran HDPE/iPP daur ulang mungkin akan segera tersedia."

Nexam Chemical dari Swedia telah mengembangkan konsep yang dikenal sebagai "daur ulang reaktif" untuk meningkatkan kinerja polimer daur ulang campuran yang sulit didaur ulang. Salah satu contohnya adalah PP daur ulang yang mengandung HDPE. "Nexamite R201 bereaksi dengan polimer untuk membentuk campuran PP/PE guna menyediakan kompatibilitas PP dan PE," kata Lars Öhrn, kepala pemasaran perusahaan. Campuran 85% rPP dan 15% rHDPE, uji tarik menunjukkan variasi yang lebih sedikit."

Contoh aplikasi lainnya adalah PE yang mengandung PA. Ketika Nexamite R405 ditambahkan ke campuran 93% HDPE dan 7% PA6, uji tarik menunjukkan peningkatan sifat mekanis dan tampilan permukaan. Tegangan luluh juga ditingkatkan dan kekuatan patah dikatakan sebanding dengan HDPE murni.

Öhrn tidak mengungkapkan reaksi kimia spesifik yang digunakan, tetapi mengatakan bahwa reaksi tersebut tidak didasarkan pada pencangkokan maleat anhidrida. Ia berkata: “Reaksi ini bekerja pada poliolefin, tetapi juga dapat menjembatani dan bereaksi dengan polikondensat. Seperti halnya semua ekstrusi reaktif, Anda memerlukan campuran dan masukan energi yang tepat untuk mendapatkan hasil terbaik.” Nexamite R201 dan R405 keduanya tersedia dalam bentuk masterbatch.

Penambahan terbaru pada portofolio Nordic Grafting Company (NGC) adalah Acti-Tech Compatibilizer 16MA11F, yang berbahan dasar maleic anhydride (MA) Vistamaxx yang dicangkok, kopolimer semi-kristalin dari ExxonMobil. Aditif baru ini mematuhi peraturan kontak makanan UE 10/2011 dan menyediakan pendaur ulang dan pengolah dengan compatibilizer universal yang mudah ditambahkan untuk meningkatkan nilai campuran yang mengandung berbagai polimer kemasan, termasuk poliolefin, EVOH, PA, dan PET, menurut NGC, yang dilisensikan kepada ExxonMobil untuk teknologi tersebut.

Produk Acti-Tech dapat ditambahkan di semua tahap proses daur ulang: selama daur ulang internal atau prakonsumen oleh pembuat cetakan, selama granulasi ulang dengan atau tanpa penyaringan oleh pendaur ulang, atau selama granulasi ulang oleh pendaur ulang atau pengubah. Perusahaan mengatakan: “Ini merupakan solusi ideal untuk mendaur ulang bahan baku polimer campuran dari daur ulang pascaindustri (PIR) atau daur ulang pascakonsumen (PCR) serta limbah internal, yang memungkinkan plastik daur ulang ini digunakan dalam produk baru atau yang sudah ada tanpa mengorbankan kinerja penggunaan akhir.”

Menurut NGC, Acti-Tech 16MA11F menunjukkan dispersi yang lebih baik dan ukuran fase terdispersi yang lebih kecil dari partikel PA dan PET dalam substrat poliolefin (rasio PA/PE yang umum adalah 40/60). Quentin Le Piouff, manajer pengembangan bisnis perusahaan, mengatakan: “Selain itu, penambahan 4% Acti-Tech Compatibilizer 16MA11F ke film penghalang daur ulang (LDPE 60% / PA 30% / EVOH 10%) menghasilkan pemulihan film dan sifat optik yang lebih tinggi dibandingkan dengan campuran yang tidak kompatibel dan biaya yang lebih rendah.”

Aditif Acti-Tech saat ini sedang diuji dalam berbagai jenis limbah prakonsumen, pascaindustri dan pascakonsumen, termasuk kemasan film penghalang multi-lapis serta selongsong susut, wadah kosmetik dan bahan kimia perlindungan tanaman yang dicetak dengan tiup, kemasan kaku, tabung dan selang yang diperkuat/multi-lapis, jaring ikan, tikar dan karpet.

Menurut Le Piouff, Acti-Tech 16MA11F juga dapat digunakan sebagai agen penggandeng untuk bahan berbasis bio (pati, selulosa), komposit kayu (WPC) dan serat alami (NFC). Beberapa aplikasi yang menggunakan kompatibilizer universal ini akan dikomersialkan dalam beberapa bulan mendatang,” katanya.

Memperluas jangkauan

Polyscope Polymers yang berkantor pusat di Belanda, yang bisnis utamanya berbasis pada stirena-maleat anhidrida, mengklaim telah meningkatkan pangsa pasarnya di sektor ini secara signifikan selama dekade terakhir. Akuisisinya oleh Vertellus awal tahun ini diharapkan dapat mendukung ambisi pertumbuhannya di masa mendatang. “Dengan akuisisi ini, Polyscope memperluas kehadirannya di pasar aditif khusus,” kata Patrick Muezers, CEO Polyscope, “dan kami akan dapat memanfaatkan sumber daya global, kemampuan, dan posisi kepemimpinan pasar Vertellus yang kuat untuk melayani pelanggan lama dan baru kami dengan lebih baik.”

Potensi sinergi antara portofolio Polyscope dan Vertellus saat ini sedang diselidiki. muezers mengatakan: “Sinergi baru akan terus muncul, tetapi kopolimer etilen MA ZeMac yang ditawarkan oleh Vertellus telah terbukti sangat melengkapi penawaran Polyscope saat ini.”

Kombinasi aditif kami akan membantu kami menjawab pertanyaan pelanggan tentang pengoptimalan campuran Xibond,” katanya. Kami telah melihat peningkatan permintaan untuk solusi yang lebih berkelanjutan. Misalnya, kami telah memulai sejumlah proyek untuk mendukung pemrosesan plastik berbasis bio dalam kombinasi PLA/PBAT dengan aditif kami. Dalam proyek ini, kompatibilizer Xibond kami sangat penting untuk mencapai kinerja optimal dalam aplikasi dan pengembangan, termasuk peralihan dari kantong PE tradisional ke kantong belanja biomaterial.”

"Selain itu, kami semakin melihat peluang untuk menyediakan solusi guna mendaur ulang berbagai polimer. Beberapa pelanggan kami bahkan menemukan bahwa kompatibilizer kami membantu memadukan 'campuran plastik' dengan ABS untuk membuat campuran yang dapat membuat campuran PET/ABS tersedia untuk aplikasi seperti casing listrik," jelas Muezers.

"Akhirnya, kami memperoleh pengalaman seputar model layanan Xibox, yang kami gunakan untuk membantu pelanggan mempercepat pengembangan produk, memangkas waktu berminggu-minggu, dan dalam beberapa kasus berbulan-bulan, dari proses pengembangan. Kami menggunakan ekstruder mini meja kerja kecil untuk melakukan penyaringan cepat terhadap formulasi pelanggan kami."

Konsep penyaringan Xibox dikatakan telah diadopsi oleh beberapa pelanggan yang menghadapi tantangan dalam mendaur ulang berbagai material.
Produk Olebond dari Tisan Engineering Plastics of Turkey adalah polimer cangkok maleat anhidrida yang diproduksi melalui ekstrusi reaktif. Perusahaan tersebut mengklaim, "Tergantung pada tingkat pencangkokan dan jenis polimer, Olebond membantu meningkatkan sifat material dengan bertindak sebagai kompatibilizer, agen penggandeng, pengubah benturan, dan pengikat."

Olebond kelas 7401 berbahan dasar PP dengan kandungan asam maleat tinggi yang ditambahkan untuk bertindak sebagai agen penggandeng antara polimer dan pengisi. Perusahaan tersebut mengatakan bahwa kelas 7401 juga membantu meningkatkan sifat mekanis campuran PP dan polimer yang tidak kompatibel seperti PA.
Kelas Olebond 7402 digunakan sebagai kompatibilizer dan agen penggandeng dalam aplikasi seperti bahan kabel bebas halogen, tabung multilayer, laminasi dan campuran PE dengan polimer lain. Sebagai kompatibilizer, Olebond 7402 dikatakan dapat meningkatkan adhesi antarfase PE ke polimer seperti PA dan poliolefin lainnya. kata Tisan: “Olebond 7402 memberikan dispersi optimal antara pengisi mineral, serat dan substrat polimer dan meningkatkan sifat mekanis plastik yang dimodifikasi. Misalnya, ketika digunakan dalam bahan modifikasi yang diisi talk, Olebond 7402 menggandakan dispersi talk.”

Mutu Olebond yang lain termasuk produk berbasis ABS dan EVA yang dapat digunakan sebagai bahan kompatibilitas pada berbagai produk. 7404 adalah ABS yang dicangkokkan dengan maleat anhidrida dan 7405 adalah etilen vinil asetat (EVA) yang dicangkokkan dengan maleat anhidrida.
SK Functional Polymer (SKFP) yang berpusat di Korea memasok rangkaian lengkap kompatibilizer dan akselerator daur ulang yang dikatakan memungkinkan pengguna untuk mengubah sampah plastik campuran menjadi material bernilai tinggi (perusahaan ini diciptakan melalui akuisisi bisnis poliolefin fungsional Arkema oleh SK Geo Centric pada tahun 2020).

Lolita Hauguel, manajer pengembangan bisnis perusahaan di Prancis, mengatakan: “SKFP telah memfokuskan banyak upaya penelitiannya pada pengembangan poliolefin reaktif yang membuat campuran plastik daur ulang mekanis menjadi kompatibel. Terpolimer reaktif Lotader dan resin cangkok Orevac banyak digunakan sebagai kompatibiliser untuk berbagai campuran. SKFP tidak hanya memiliki solusi untuk solusi daur ulang untuk campuran seperti rPET/rPE, rPET/rPP, rPA/rPE, rPA/rPP, rPA/rPET …… juga untuk campuran PE/EVOH.”

Asam maleat Lotader 4210 tersedia secara komersial untuk meningkatkan kualitas skrap multilapis PE dan EVOH yang didaur ulang (material akhir terbatas pada aplikasi non-pangan). SKFP mengatakan contoh sukses lainnya menggunakan Lotader AX pada PET daur ulang yang terkontaminasi poliolefin yang tidak sepenuhnya dihilangkan selama proses penyortiran.

SKFP mengatakan bahwa mereka juga telah menunjukkan bahwa rangkaian baru kopolimer akrilat Lotryl T yang sangat heterogen adalah solusi pendorong yang sangat efisien untuk resin stirena daur ulang, yang menawarkan sifat benturan yang ditingkatkan secara signifikan. Perusahaan tersebut juga menawarkan solusi untuk meningkatkan ketahanan benturan dan memodulasi viskositas bahan rABS dengan menggabungkan kopolimer Lotryl yang sangat polar dan non-reaktif dengan Lotader AX yang reaktif. Hauguel mengatakan: “Kombinasi polaritas dan reaktivitas resin ini adalah kunci keberhasilan peningkatan limbah plastik daur ulang.”

Poliolefin cangkok Orevac dikatakan banyak digunakan sebagai agen penggandeng untuk bahan yang dimodifikasi dari PP dan PE yang diisi. Rangkaian produk tersebut meliputi PP cangkok, HDPE/LLDPE cangkok, dan EVA cangkok. Kandungan maleat anhidrida reaktif dalam produk ini bervariasi, tetapi semakin tinggi kandungannya, semakin efektif produk tersebut sebagai agen penggandeng. Produk ini cocok untuk digunakan dengan ATH, MDH, pengisi mineral lainnya, serta serat kaca dan serat alami.

Presiden Petrokimia Salvatore Monte mengatakan kompatibilitas berbagai polimer dapat dicapai dengan menggunakan polimer cangkok reaktif: seperti PP cangkok maleat anhidrida, kopolimer bipolar (misalnya SEBS), inisiator cangkok radikal bebas (misalnya diisopropil benzena peroksida), dan agen penggandeng organologam (misalnya titanat). Sebagian besar produsen pengubah hanya akan mempertimbangkan agen penggandeng titanat heteroatomik ketika ada masalah dengan pengisi atau adhesi ke berbagai substrat,” katanya. Namun pada kenyataannya, mereka adalah katalis yang stabil secara termal yang dapat melakukan repolimerisasi berbagai polimer dalam lelehan ekstruder, seperti katalis titanosen dan ZN yang digunakan untuk polimerisasi monomer.”

Ia berkata, “Salah satu manfaat katalis titanat heteroatomik adalah polimer yang dihasilkan mengalir lebih cepat pada suhu yang lebih rendah, dengan sedikit peningkatan kekuatan tarik dan peningkatan perpanjangan yang signifikan. Penggunaan penambahan katalis sebesar 0.2% berat untuk mengurangi suhu pemrosesan merupakan cara baru untuk memperluas jendela pemrosesan untuk berbagai polimer, seperti PC yang biasanya memerlukan suhu pemrosesan tinggi (di atas 300°C), dan PVC yang biasanya sensitif terhadap panas.”

Monte menyebutkan bahwa pada tingkat penambahan ini, aditif menggandakan hasil ekstrusi profil casing chip komputer uPVC bening pada suhu pemrosesan rendah 47°C. Aditif ini juga meningkatkan aliran leleh pada suhu pemrosesan rendah 100°C untuk pencetakan injeksi pengubah PC yang diperkuat serat kaca 40% yang telah digunakan pelanggan selama bertahun-tahun untuk memproduksi alas batu giling dengan mencetak pengubah pada lembaran baja.

Modifikator dan kompatibiliser akan memainkan peran kunci dalam peralihan dari ekonomi linier ke ekonomi sirkular, kata Dow, yang tengah mengembangkan produk tambahan untuk mendukung daur ulang kombinasi material yang tidak kompatibel. Modifikator polimer Retain 3000, yang dirancang untuk mendaur ulang film pascaindustri yang mengandung EVOH, diklaim dapat meminimalkan pembentukan gel, sementara mutu Fusabond digunakan sebagai modifikator dampak dan kompatibiliser dalam daur ulang poliolefin pascakonsumen.