Masterbatch สำหรับพลาสติกชีวภาพดูเหมือนกับ masterbatch ทั่วไป – เป็นแพ็คเกจที่มีความเข้มข้นของสี, สารเติมแต่ง หรือสารเพิ่มประสิทธิภาพบนพื้นฐานของสารเคลือบ ซึ่งจะถูกละลายลงในโพลีเมอร์หลักที่เครื่องปรับปรุง ในทางปฏิบัติ เรื่องนี้เป็นหนึ่งในปัญหาการออกแบบสูตรที่มีข้อจำกัดมากที่สุดในอุตสาหกรรมการผสมสี เพราะทุกองค์ประกอบที่นักออกแบบมาสเตอร์แบทช์แบบเดิมพื้นฐานพึ่งพาได้ถูกกำจัดออกไป ระบบพื้นฐานไม่สามารถเป็นโพลีเอทิลีนหรือเอทิลีนไวนิลแอซิเตต เพราะโพลีเมอร์เหล่านี้ทำลายการรับรองความสามารถในการคอมโพสต์ ซึ่งทำให้สินค้าที่ผลิตออกมาได้มีเหตุผลทางการค้าในการดำเนินการ อุณหภูมิการประมวลผลไม่สามารถเพิ่มขึ้นเพื่อเพิ่มความกระจายได้ เนื่องจากกรดลาκτิกเริ่มแปรสภาพเป็นสารประกอบชนิดอื่นเมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 210 องศาเซลเซียส และโพลีไฮโดรไซด์อะลกาโนอะตจะแตกตัวภายในช่วง 10 องศาเซลเซียสของอุณหภูมิปริมาณละลายของมันเอง ค่าสิ่งแวดล้อมความชื้นไม่สามารถย่อมลงได้ เพราะทุกการเชื่อมคาร์บอนิกในโพลีเมอร์เหล่านี้สามารถถูกแยกออกด้วยการการหดตัวด้วยความร้อน และน้ำหนักโมเลกุลที่สูญเสียในเครื่องอัดจะไม่สามารถคืนกลับมาได้ และพาเลทสีถูกจำกัดโดยข้อกำหนดของโลหะหนักและการทดสอบความเป็นพิษทางสิ่งแวดล้อมที่ถูกเขียนไว้ในมาตรฐานความสามารถในการบำบัดด้วยคอมโพสต์เอง
คู่มือนี้กำหนดรูปแบบทางเทคนิคที่ครบถ้วนสำหรับการออกแบบและผลิตเมสเตอร์แบทช์ที่ใช้สำหรับวัสดุที่เป็นพืชและสามารถแบ่งประเภทได้: PLA, PBAT, PHA, PBS, สเติร์ชไทโพลิกและโพลีเอทิลีนที่เป็นพืช มันรวมถึงคุณสมบัติทางกายภาพและช่วงการผลิตของแต่ละวัสดุ, การเลือกสารพื้นฐาน, การควบคุมการแห้งและการหดตัว, การตรวจสอบสีเพื่อป้องกันการไม่ผ่านเกณฑ์ตาม EN 13432 และ ASTM D6400, ระบบสารเติมแต่งและสารประกอบ, การขยายสายด้วยโอเลอฟินิกซ์เอพอกซี่ที่มีคุณสมบัติหลายประการ, การก่อตัวและความทนทานต่อความร้อน, การรับรองความสามารถในการย่อยสลายและความเป็นพื้นฐานจากธรรมชาติตาม ASTM D6866, การคงสภาพการสัมผัสกับอาหารตามกฎหมายของ FDA และกฎระเบียบ EU 10/2011, และ – ส่วนที่มักถูกคาดเดาไปน้อยที่สุด – วิธีการตั้งค่าอุปกรณ์อัดแบบสองแท่งที่หมุนร่วมกันให้แน่ใจว่าสิ่งที่เรียกว่า "ขั้นตอนการผสม" ไม่ทำให้สูญเสียน้ำหนักโมเลกุลที่สูงที่สูงสุดซึ่งการพัฒนาแผนกิจกรรมกำลังพยายามปกป้อง
Kerke, โรงงาน Wanplas ที่สำคัญในการผลิตเครื่องบดแบบคู่สายพร้อมกัน (parallel co-rotating twin-screw compounding extruder), ระบุว่า การบดพลาสติกที่สามารถแบ่งประเภทได้อยู่ในกลุ่มอุตสาหกรรมหลักของบริษัท ร่วมกับการผลิตสี, สารเติมแต่ง และสารผสม ด้วยประสบการณ์ในการพัฒนายี่ห้อเครื่องบดสองลูกกลิ้งมากกว่า 12 ปี, โรงงานขนาด 19,997 ตารางเมตร, เครื่องจักรมากกว่า 2,000 เครื่องที่ทำงานอยู่ในกว่า 70 ประเทศ และทีมวิศวกรและเทคนิคมากกว่า 100 คน Kerke ได้จัดตั้งเครื่องบด KTE-Series ที่ถูกออกแบบเฉพาะสำหรับงานบดที่มีแรงดันน้อย, เวลาในการบดสั้น, และการนำออกจากเครื่องบดด้วยการดูดซึมอากาศ เพื่อตอบสนองความต้องการของวัตถุปรับสีพลาสติก คำแนะนำด้านล่างแสดงประสบการณ์การผลิตตามปัจจุบันในปี 2569
ทำไม Masterbatch พลาสติกชีวภาพเป็นวิชาที่แตกต่าง
คุณสมบัติที่กำหนดคุณสมบัติของการผสมพลาสติกชีวภาพคือความแคบของช่องว่างระหว่างอุณหภูมิที่โพลีเมอร์ไหลและอุณหภูมิที่ทำให้โพลีเมอร์ทำลายตัวเอง สำหรับมาสเตอร์แบทช์โพลีโพรพีลีนแบบเดิม คอมเพล็กซ์มีช่วงการทำงานที่มากกว่า 100 องศาเซลเซียสระหว่างการละลายและการเสื่อมสภาพที่สำคัญ สำหรับ polyhydroxybutyrate ความแคบของหน้าต่างสามารถอยู่ที่ 15 องศา ทุกการตัดสินใจต่อไปในการกำหนดรูปแบบและการกำหนดเครื่องจะเกิดขึ้นจากความจริงนี้
The second defining feature is that the product’s value proposition is regulatory rather than purely functional. การประเมินมาสเตอร์แบทช์ดำแบบเดิมจะพิจารณาจากความแน่น, ความกระจาย, และต้นทุน การประเมินสีดำของมาสเตอร์แบทช์ที่สามารถคายเป็นชีวภาพได้นั้นจะพิจารณาจากหลักเกณฑ์เหล่านี้ รวมถึงความสามารถในการผ่านการตรวจสอบการรับรอง ซึ่งทุกส่วนประกอบที่มีปริมาณเกินหนึ่งเปอร์เซ็นต์ต้องสามารถแสดงให้เห็นว่าสามารถแบ่งประเภทเป็นชีวภาพได้ การมีส่วนประกอบของโลหะหนักในผลิตภัณฑ์ที่ได้จะต้องอยู่ต่ำกว่าสิ่งที่กำหนด และเศษที่ได้จากการคายเป็นชีวภาพจะต้องช่วยให้พืชงอกและปริมาณมวลชีวภาพเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 90 เปอร์เซ็นต์ของตัวทดสอบ การพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมแต่ไม่ผ่านการทดสอบความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตนั้นไม่มีค่าใด ๆ
สิ่งที่สามคือความไวต่อการหดตัวทางเคมี (hydrolytic vulnerability) PLA, PBAT, PBS, PHA และคอปอลิเมอร์ของพวกเขาทั้งหมดเป็นโพลีเอสเตอร์อะลิฟาติกหรืออะลิฟาติก-อะโรเมติก เมื่ออยู่ในอุณหภูมิสูงกว่าระดับปฏิกิริยา (melt temperature), น้ำจะทำหน้าที่เป็นสารกระตุ้นการแยกซึ่งสามารถตัดขั้วอิเล็กตรอนของกลุ่มเอสเทอร์และสร้างกลุ่มสุดท้ายของกรดคาร์บอกซิล ซึ่งจะกระตุ้นการแปรรูปทางเคมีต่อไปได้ กลุ่มเดียวของผงแคลเซียมคาร์บอเนตที่แห้งไม่ดีสามารถนำออกได้ถึง 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ของน้ำหนักโมเลกุลเฉลี่ยของสารประกอบ PLA ในรอบเดียวผ่านเครื่องอัดขึ้นรูป โดยมีผลกระทบต่อความแข็งแรงของวัสดุในสภาพละลาย ความทนทานต่อแรงกระแทก และความเสถียรของลมในฟิล์ม ต่างจากการเสื่อมสภาพทางความร้อนที่สามารถลดลงได้ด้วยสารป้องกันการเสื่อมสภาพ (antioxidant) บางครั้ง การการหดตัวทางเคมี (hydrolysis) เป็นกระบวนการที่ไม่สามารถป้องกันได้โดยเฉพาะ: การป้องกันที่มีคือการกำจัดน้ำก่อนและขณะกระบวนการผลิต
สถานการณ์ทางธุรกิจ
ความสามารถในการผลิตพลาสติกชีวภาพโลกได้ขยายตัวอย่างต่อเนื่อง โดยถูกขับเคลื่อนด้วยการจำกัดการใช้พลาสติกครั้งเดียวในสหภาพยุโรป, จีน, อินเดีย และจำนวนที่เพิ่มขึ้นของรัฐและเขตปกครองระดับเมือง, ระบบความรับผิดชอบของผู้ผลิตที่ขยายตัว, และคำสัญญาของผู้ผลิตบรรจุภัณฑ์ ฟิล์มที่สามารถย่อยสลายได้สำหรับการเก็บขยะอินทรีย์, อุปกรณ์บริการอาหาร, ถุงผลไม้และผัก, ฟิล์มปุ๋ย, แก้วกาแฟ, อุปกรณ์รับประทานอาหาร, และบรรจุภัณฑ์ที่ทนความร้อนเป็นการใช้งานที่มีปริมาณสูงสุด ทุกผลิตภัณฑ์เหล่านี้ต้องใช้สี, ส่วนใหญ่ต้องใช้วัสดุเติมเพื่อการบริหารต้นทุนและความแข็งแรง และเกือบทุกชนิดต้องใช้สารเพิ่มเติมอย่างน้อยหนึ่งชนิด ได้แก่ สารลดแรงติด, สารป้องกันการลื่น, สารกระตุ้นการเกิดก้อน, สารเพิ่มความยาวของสายโซ่ หรือ สารปรับปรุงคุณสมบัติการรับแรงกระแทก ดังนั้นชั้นวัสดุรวมจึงไม่ใช่กลุ่มนิชภายในสายการผลิตพลาสติกชีวภาพ; มันเป็นข้อกำหนดสำคัญสำหรับการผลิต
ตำแหน่งค่าใช้จ่ายของมาสเตอร์แบทช์พลาสติกที่เทียบเท่ากันอยู่ในช่วงสูงถึงมากมายของสเปกตรัมมาสเตอร์แบทช์ ระบบสารละลายเองมีราคาแพงกว่าปลายโพลีโอเลฟินคอมโมดิชัน, สีสันของสารละลายบางชนิดไม่รวมสีอินทรีย์ที่มีราคาถูก, ความท้าทายในการแห้งและการจัดการเพิ่มต้นทุนพลังงานและแรงงาน, ความเร็วในการผลิตของเครื่องอัดแรงดันลดลงเนื่องจากความเร็วของแปรงและพลังงานเฉพาะต้องถูกจำกัด, และการรับรองเพิ่มต้นทุนในการปฏิบัติตามมาตรฐานอย่างต่อเนื่อง ผู้พัฒนาผลิตภัณฑ์ที่พยายามปิดช่องว่างนี้ด้วยการใช้พื้นฐานที่เป็นปกติหรือสีที่ยังไม่ได้รับการรับรองมักจะพบความผิดพลาดในการตรวจสอบแทนที่จะพบในกระบวนการผลิต
ครอบครัวของวัสดุฐานจากพลาสติกชีวภาพ: PLA, PBAT, PHA, PBS, TPS และ Bio-PE
ไม่สามารถออกแบบมาสเตอร์แบทช์ได้โดยไม่ได้กำหนดพื้นฐานก่อน เพราะพื้นฐานกำหนดตัวพื้นที่นำ, ความสูงของอุณหภูมิ, ความต้องการความทนทานต่อความร้อนของสี, และโปรโตคอลการแห้ง สี่สายพันธุ์ต่อไปนี้สร้างความมากมายของปริมาณพลาสติกชีวภาพทางการค้า และพฤติกรรมของพวกมันแตกต่างกันอย่างมาก
แอซิด โพลิแลคติก
PLA สร้างขึ้นจากการเปิดวงกลมของโพลีเมอร์จากลักติดที่ได้จากน้ำตาลหรือแป้งที่ผ่านการเผาผลาญ และเป็นโพลีเมอร์ที่ผลิตจากวัตถุดิบชีวภาพที่มีปริมาณการใช้งานสูงสุดในการใช้งานทางการค้า สายพันธุ์ทางการค้าจากผู้ผลิตเช่น NatureWorks และ TotalEnergies Corbion แตกต่างกันหลัก ๆ ในปริมาณ D-ไซมอร์ ซึ่งควบคุมความเป็นกระจาย: สายพันธุ์ที่มีปริมาณ D ไซมอร์ต่ำจากหนึ่งถึงสองเปอร์เซ็นต์จะกระจายตัวและมีอุณหภูมิสูงถึง 165 ถึง 175 องศาเซลเซียส ส่วนสายพันธุ์ที่มีปริมาณ D ไซมอร์เกินแปดเปอร์เซ็นต์จะเป็นสารอะมอร์ฟส และจะละลายใกล้กับอุณหภูมิการเปลี่ยนสภาพเป็นแก้ว
จากมุมมองทางเคมี, PLA มีความแข็งแรงและแข็งแรง แต่บาง: ความแข็งแรงในการดึงอยู่ระหว่าง 50 ถึง 70 เมกะปาสคัล, ค่าความยืดหยุ่น 3.0 ถึง 3.6 กิโลปาสคัล, ความยืดหยุ่นเมื่อแตกอยู่ระหว่าง 3 ถึง 8 เปอร์เซ็นต์ และความแข็งแรงในการตกกระแทกแบบ Izod น้อยมากโดยไม่มีการปรับปรุง ข้อจำกัดสำคัญสำหรับการบรรจุภัณฑ์คือความทนต่อความร้อน PLA อ่อนแอที่ไม่ผ่านการอบไอน้ำมีอุณหภูมิการยืดหยุ่นใกล้กับอุณหภูมิการเปลี่ยนรูปของพลาสติกประมาณ 55 องศาเซลเซียส ซึ่งหมายความว่าแก้ว PLA ที่ไม่ได้ผ่านการปรับปรุงจะยุบตัวในรถที่ร้อนหรือในคลังที่อบอุ่น การคริสตัลไลซ์ทำให้ความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่ PLA คริสตัลไลซ์ได้ช้า และการเร่งความเร็วเป็นหนึ่งในงานหลักของวัตถุดิบคริสตัล
จากมุมมองทางความร้อน, PLA เป็นกรณีอ้างอิงสำหรับหมวดหมู่ทั้งหมด การประมวลผลโดยทั่วไปจะดำเนินการด้วยอุณหภูมิสูงระหว่าง 170 ถึง 200 องศาเซลเซียส เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 210 องศาเซลเซียส ความแตกหักของสาย, การแปรรูปด้วยน้ำมัน และการฟื้นฟูลักติดจะกลายเป็นสิ่งที่สามารถวัดได้; เมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 230 องศาเซลเซียส ความเร็วจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว, ทำให้เกิดลักติดที่เป็นของเหลว ซึ่งจะบวมบนพื้นผิวที่เย็น, ทำให้เกิดควันที่ตัวฉีด, เกิดเป็นสารละลายบนแผ่นลมเย็น และทำให้มอเตอร์หมุนไม่ได้ PLA ยังมีความไวต่อการการหดตัวอย่างรุนแรง และความหนืดของวัสดุในสภาพละลายมีความลดลงอย่างมากเมื่อมีแรงตะกั่ว ซึ่งทำให้การผลิตผ้าและการเคลือบผิวผ้าเป็นเรื่องยากโดยไม่มีการขยายสายโครงสร้าง
Polybutylene adipate terephthalate
PBAT เป็นคอปอลีเอสเตอร์อะลิฟาติก-อะโรเมติกที่มาจากแหล่งพลังงานสมัยใหม่เป็นส่วนใหญ่ แต่สามารถแบ่งประเภทได้อย่างสมบูรณ์ภายใต้สภาวะการหมักอุตสาหกรรม และเป็นตัวยับยั้งความแข็งแรงของโลกที่สามารถหมักได้ ผลิตภัณฑ์ที่จำหน่ายด้วยชื่อเช่น ecoflex จาก BASF และผลิตภัณฑ์ที่คล้ายกันจากผู้ผลิตจากประเทศจีนและเกาหลี จะละลายในช่วงอุณหภูมิ 110 ถึง 120 องศาเซลเซียส มีจุดเปลี่ยนเป็นกระจกที่ใกล้เคียงกับ -30 องศาเซลเซียส ทำให้เกิดวัสดุที่นุ่มและมีความยืดหยุ่นสูง: ความแข็งแรงในการยืดตัวทั่วไปอยู่ระหว่าง 20 ถึง 35 เมกะปาสคัล และความยืดหยุ่นเมื่อแตกอยู่ในช่วง 500 ถึง 900 เปอร์เซ็นต์
PBAT นั้นไม่เคยใช้เป็นอิสระ มันผสมกับ PLA, สารขี้ผึ้ง หรือ PBS เพื่อผลิตแผ่นพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้ด้วยความยืดหยุ่นและความแข็งแรงในการฉีกขาดเทียบเท่ากับโพลีเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ ช่วงอุณหภูมิการประมวลผลของมันกว้างมากด้านล่าง และจุดเริ่มต้นของการเสื่อมสภาพอยู่เหนือจุดหลอมเหลวของมันอย่างสบาย จึงเป็นโพลีเอสเตอร์ที่มีความไว้วางใจสูงสุดด้านความร้อนในกลุ่มโพลีเอสเตอร์ที่สามารถแบ่งประเภทได้ ความยากลำบากของมันอยู่ในแนวลำบาก: ก้อนพลาสติก PBAT นุ่มและมีความติดกาวมาก, จึงติดอยู่ในถังเก็บและถังใส่อาหาร, และโพลีเมอร์ยังเป็นเอสเตอร์และยังสามารถถูกแบ่งแยกด้วยการหดตัวได้ สำหรับตัวนำสำหรับผงสี (masterbatch carrier), ความนำไฟฟ้าของ PBAT ที่ต่ำเป็นข้อดี – เนื่องจากมันสามารถทำให้สีผสมเข้ากับพลาสติกได้ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าความร้อนของพลาสติกอะลูมิโนที่จะทำให้เกิดการหดตัว
Polyhydroxyalkanoates
PHA เป็นกลุ่มของโพลีเอสเตอร์ที่ผลิตโดยการการสร้างด้วยแบคทีเรีย และเป็นวัสดุพลาสติกชนิดหนึ่งเดียวที่สามารถแบ่งกลายในดิน, น้ำจืด, และน้ำทะเล รวมถึงในคอมโพสต์อุตสาหกรรมได้ โพลีไฮโดรไซเคราะห์โพลีไฮโดรไบซ์มีค่าสูงประมาณ 165 ถึง 175 องศาเซลเซียส มีจุดเปลี่ยนเป็นแก้วอยู่ที่ 0 ถึง 5 องศาเซลเซียส และมีความเป็นคริสตัลสูง ความแข็งแรงและความหักง่าย ปัญหาที่กำหนดให้กับวัสดุนี้คือการเสื่อมสภาพทางความร้อนจากการแตกของแถบเชิงตรงและการลดลงของสารที่มีลักษณะ cis จะเริ่มต้นที่ประมาณ 180 องศาเซลเซียส ซึ่งอยู่ใกล้กับจุดละลายของวัสดุ คอมโพสิตเช่น polyhydroxybutyrate-co-valerate และ polyhydroxybutyrate-co-hexanoate ช่วยลดอุณหภูมิน้ำแข็งไปที่ประมาณ 140 ถึง 165 องศาเซลเซียส ตามปริมาณคอมโมเนอร์ ซึ่งทำให้ช่วงอุณหภูมิกว้างขึ้นและเพิ่มความแข็งแรง
สำหรับงาน masterbatch, PHA เป็นตัวแทนที่มีความท้าทายสูงที่สุดในครอบครัว อุณหภูมิสูงสุดของการละลายต้องอยู่ใกล้เคียง 170 ถึง 180 องศาเซลเซียส, เวลาที่อยู่ในเครื่องต้องลดลงอย่างมาก, และจุดร้อนใด ๆ ในเครื่องวัดหรือเครื่องฉีดจะแสดงเป็นสีเหลืองและความหนืดลดลง PHA ยังแสดงการคริสตัลลิเซชั่นรองหลังการประมวลผลเป็นช่วงของวัน ซึ่งทำให้ชิ้นส่วนแตกหัก และมักจะติดอยู่ในเครื่องบดเนื่องจากการคริสตัลลิเซชั่นเป็นช่วงช้าเมื่อเทียบกับความเร็วในการเย็นตัว
โพลีบิวเทน ซุซซิเนต
PBS และ adipate copolymer PBSA เป็นโพลีเอสเตอร์อะลิฟาติกที่มีอยู่ในรุ่นที่เป็นส่วนหนึ่งจากวัสดุชีวภาพที่ผลิตจากกรดซูซิเนตและบิวทานดีออล PBS จะละลายเมื่อมีอุณหภูมิประมาณ 110 ถึง 115 องศาเซลเซียส และมีจุดเปลี่ยนเป็นแก้วอยู่ที่ประมาณ -32 องศาเซลเซียส ทำให้มีความแข็งแรงในการยืดหยุ่นอยู่ในช่วง 30 ถึง 40 เมกะปาสคัล และความยืดหยุ่นอยู่ในช่วง 200 ถึง 400 เปอร์เซ็นต์ ความสมดุลระหว่างความแข็งแรง, ความทนทาน, และอุณหภูมิต่ำในการประมวลผลทำให้วัสดุนี้มีความน่าสนใจทั้งในฐานะส่วนผสมและตัวนำในการผลิตมาสเตอร์แบทช์ และเป็นวัสดุที่ง่ายต่อการประมวลผลกว่าปลาส (PLA) ความทนทานต่อความร้อนไม่ดี และการคริสตัลไลซ์แม้จะเร็วกว่าปลาส แต่ยังคงได้ประโยชน์จากการนิวเคลียร์
น้ำตาลไทเทเนียม
สารแป้งไทเทรม์ผลิตจากการทำลายเม็ดแป้งธรรมชาติด้วยน้ำและสารทำให้แข็งขึ้น ซึ่งเป็นกรดกลูโคซิกหรือซอร์บิโตล โดยทำการผสมในเครื่องอัดแรงดันแบบสองแถว (twin-screw extruder) ในสภาวะความร้อนและแรงดัน เนื้อหานี้มีค่าใช้จ่ายที่ต่ำที่สุดในกลุ่มวัสดุที่เป็นพืชและมักจะผสมกับ PBAT หรือ PLA แทนที่จะใช้เป็นอิสระ เพราะ TPS ที่ไม่ได้ปรับแต่งมีความชื้นสูง, ไม่มีความเสถียรในขนาด และมีความแข็งแรงต่ำทางกล อุณหภูมิการประมวลผลต่ำมาก, ประมาณ 120 ถึง 160 องศาเซลเซียส และวัสดุมีความสามารถในการเก็บน้ำตามการออกแบบ, ทำให้เครื่องบรรจุ TPS ต้องใช้กลยุทธ์การลดความชื้นที่แตกต่างจากเครื่องบรรจุ PLA เมื่อใส่เมสเตอร์แบชช์ลงในผสมที่ใช้สารแป้งเป็นวัตถุดิบหลัก คล้ายจะใช้ PBAT หรือผสม PBAT-PLA เป็นตัวนำแทนแป้งเอง
โพลีเอทิลีนที่ผลิตจากวัสดุชีวภาพและโพลีเมอร์อื่น ๆ ที่สามารถใช้แทนได้
Bio-PE ซึ่งผลิตจากการแห้งแข็ง bio-ethanol ให้เป็น bio-ethylene และการโพลิเมอร์ไซด์แบบเดิม เป็นสารเคมีที่เทียบเคียงกับ polyethylene จากแร่ปิโตรเลียม มันเป็นมาจากวัตถุธรรมชาติ – โดยทั่วไปประมาณ 94% เป็นคาร์บอนปัจจุบันตามการวัดด้วยวิธีรังสีอินฟราเรดตาม ASTM D6866 – แต่มันไม่สามารถแบ่งประเภทได้และไม่สามารถคอมโพสต์ได้ ข้อกำหนดเดียวกันนี้ยังใช้กับ bio-PET, bio-PA ที่เป็นส่วนหนึ่งจากวัสดุชีวภาพ และ bio-PP สำหรับใช้ในการผลิตมาสเตอร์แบทช์, ไบโอโพลีเมอร์แบบ drop-in ไม่ต้องใช้การพัฒนารูปแบบเฉพาะ: มาสเตอร์แบทช์พีวีซี-พื้นฐานที่ใช้กันทั่วไปเป็นทางเลือกที่เหมาะสมอย่างยิ่ง ความเสี่ยงทางธุรกิจเป็นความสัมพันธ์ทางสื่อสารมากกว่าความสัมพันธ์ทางเคมี เพราะลูกค้าบ่อยครั้งที่เข้าใจผิดว่าสินค้าที่เป็นพื้นฐานจากวัตถุดิบชีวภาพเป็นวัตถุที่สามารถย่อยสลายได้ และกำหนดสารเสริมที่สามารถย่อยสลายได้ด้วยการบำบัดคอกวัวสำหรับวัสดุที่ไม่สามารถบำบัดได้เลย
| Property | PLA | PBAT | PHA (PHB/PHBV) | PBS / PBSA | TPS (starch) | Bio-PE |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Melting point, degrees Celsius | 150–175 | 110–120 | 140–175 | 90–115 | No sharp Tm | 110–132 |
| Glass transition, degrees Celsius | 55–60 | −30 to −35 | 0–5 (PHB) | −32 to −45 | Varies with glycerol | −110 (approx.) |
| Thermal degradation onset, degrees Celsius | 210–230 | Above 230 | 175–190 | Above 250 | 180–200 | Above 280 |
| Recommended melt temperature, degrees Celsius | 170–200 | 130–170 | 150–175 | 140–180 | 120–160 | 180–230 |
| Density, grams per cubic centimetre | 1.24 | 1.25–1.27 | 1.20–1.25 | 1.24–1.26 | 1.30–1.45 | 0.92–0.96 |
| Tensile strength, megapascals | 50–70 | 20–35 | 25–40 | 30–40 | 3–10 | 10–30 |
| Elongation at break, percent | 3–8 | 500–900 | 3–15 | 200–400 | 20–100 | 300–900 |
| Hydrolysis sensitivity | Very high | High | High | High | Water-bearing by design | None |
| Industrially compostable | Yes | Yes | Yes | Yes | Yes | No |
| Bio-based carbon content | Near 100 percent | Low unless bio-BDO used | Near 100 percent | Partial to high | Near 100 percent | Approximately 94 percent |
| Relative resin cost level | Medium–High | High | Premium | High | Low | High |
การเลือกสารเคลือบ: ข้อจำกัดด้านการย่อยสลาย
การเลือกตัวนำเป็นการตัดสินใจแรกและสำคัญที่สุดในการออกแบบมาสเตอร์แบทช์ของพลาสติกชีวภาพ และกฎที่กำหนดคือง่าย: ตัวนำต้องเป็นจากสกุลโพลีเมอร์เดียวกับตัวประกอบ หรืออย่างน้อยต้องได้รับการรับรองว่ามีคุณสมบัติการย่อยสลายตามมาตรฐานเดียวกับผลิตภัณฑ์ที่จะใช้ พลาสติกโพลิโอเลฟีนเป็นตัวนำที่ไม่เพียงแต่ไม่เหมาะสมเท่านั้น แต่ยังไม่เหมาะสมอย่างยิ่ง
ทำไมกฎหนึ่งเปอร์เซ็นต์นี้ตัดสินทุกอย่าง
EN 13432 และ ASTM D6400 ซึ่งเป็นรุ่นอเมริกันของมัน รองรับปริมาณเล็ก ๆ ของสารประกอบที่ความสามารถในการแบ่งประเภทไม่ได้ถูกแสดงให้เห็น ตาม EN 13432, ส่วนประกอบใด ๆ ที่เป็นส่วนหนึ่งของวัตถุต้องอยู่ต่ำกว่า 1% ของน้ำหนักแห้งของผลิตภัณฑ์ที่เสร็จสมบูรณ์ และรวมของส่วนประกอบทั้งหมดต้องอยู่ต่ำกว่า 5% ค่าดังกล่าวมีเป้าหมายเพื่อรับประกันสารเสริมความเสถียรภาพ, สารช่วยในการผลิต, และเศษของสี มันไม่ใหญ่พอที่จะเก็บแร่เคลือบไว้ การผสมสีหลักที่มีปริมาณ 2 ถึง 4 เปอร์เซ็นต์จะนำเข้าส่วนประกอบพื้นฐานประมาณ 1.4 ถึง 3.2 เปอร์เซ็นต์เข้าไปในผลิตภัณฑ์ที่เสร็จสมบูรณ์ ซึ่งจะทำให้เกินขีดจำกัดของส่วนประกอบเดียวที่ 1 เปอร์เซ็นต์ทันทีหากส่วนประกอบนั้นเป็นโพลีเอทิลีน
ยังมีข้อต้องห้ามทางกายภาพที่ไม่เกี่ยวข้องกับการรับรอง โพลิโอลีฟีนไม่สามารถผสมได้กับโพลีเอสเตอร์อัลฟาไลฟ์ มาสเตอร์แบทช์ที่เป็นพลาสติกโพลีเอทิลีนผสมอยู่ใน PLA จะสร้างโดเมนพลาสติกโพลีเอทิลีนที่มีลักษณะเป็นเจลและรอยตาในชิ้นงาน, ทำให้แพ็กเกจที่เป็นใสมีความมืด, และเป็นจุดที่สร้างความกดดันที่ลดความแข็งแรงเมื่อถูกกระแทก, เนื่องจากสีจะคงอยู่ภายในโดเมนที่ไม่เข้ากัน ดังนั้น จึงทำให้เกิดการพัฒนาสีที่ไม่ดีและมีรอยสี สีไม่สามารถถ่ายโอนไปยังสัมพันธ์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ
วิธีการจัดส่งที่มีประสิทธิภาพ
สารนำที่ใช้งานได้แบ่งออกเป็น 4 กลุ่ม ก่อนอื่นคือตัวนำที่ใช้กับวัสดุที่ตรงกัน: PLA สำหรับการใช้งานที่มีส่วนประกอบของ PLA มาก, PBAT สำหรับฟิล์มที่มีส่วนประกอบของ PBAT มาก, PBS สำหรับการใช้งานที่มีส่วนประกอบของ PBS เนื่องจากการนี้ให้ความสอดคล้องที่สมบูรณ์และเรื่องการรับรองที่ชัดเจนที่สุด โดยมีค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บสินค้าที่เป็นของแต่ละผู้ให้บริการหลายรายการ ส่วนที่สองคือพื้นฐานที่สามารถคายออกได้ทั่วไป ซึ่งมักจะเป็นผสมของ PBAT หรือ PBAT-PLA ที่เลือกเนื่องจากจุดหลอมเหลวที่ต่ำทำให้สามารถผสมได้ในอุณหภูมิที่ต่ำ และเนื่องจากมันสามารถผสมเข้าด้วยกันหรืออย่างน้อยก็สามารถผสมเข้าด้วยกันอย่างละเอียดกับผสมที่สามารถคายออกได้ส่วนใหญ่ ส่วนที่สามคือ polycaprolactone ซึ่งเป็นโพลีเอสเตอร์ที่ได้จากเศษสัตว์ แต่สามารถแบ่งตัวได้ง่าย และมีอุณหภูมิสูงประมาณ 60 องศาเซลเซียส ซึ่งใช้ในที่ที่ต้องการอุณหภูมิต่ำมาก แต่เนื่องจากความนุ่มของวัสดุนี้ทำให้การผลิตเม็ดและการเก็บรักษาเป็นเรื่องยาก Fourth, wax and oligomer-based carriers such as bio-derived fatty acid esters or low molecular weight polyester waxes for liquid or low-viscosity systems.
สำหรับ PHA คำแนะนำที่ปลอดภัยที่สุดคือการใช้พื้นฐาน PHA หรือ PHA-PBAT ที่ถูกประมวลผลด้วยอุณหภูมิที่ต่ำที่สุด เพราะการใส่ PLA เข้าไปในผลิตภัณฑ์ PHA จะเพิ่มความต้องการอุณหภูมิของขั้นตอนการไหลลง และอาจทำให้ PHA ไปข้างหน้าขอบเขตการเสื่อมสภาพ ด้วยเหตุนี้ การใส่ปริมาณเล็กน้อยของ PBAT เข้าไปในผลิตภัณฑ์ PLA มักจะเป็นประโยชน์ เพราะ PBAT จะให้ผลกระทบในการเพิ่มความแข็งแรงเล็กน้อยในเวลาเดียวกัน
| Carrier resin | Melting range, degrees Celsius | Best-matched substrates | Compostable | Key advantage | Key limitation |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA (amorphous or low-crystallinity grade) | Softens 60; flows 150–170 | PLA rigid, PLA film, PLA fibre | Yes (industrial) | Perfect optical and mechanical match in PLA | Requires higher dispersion temperature; brittle pellets |
| PBAT | 110–120 | PBAT film, PLA-PBAT blends, starch blends | Yes (industrial) | Low dispersion temperature; toughening bonus | Tacky pellets; needs anti-block handling |
| PBS / PBSA | 90–115 | PBS injection and film, PLA-PBS blends | Yes (industrial; PBSA also soil) | Good stiffness-toughness balance, easy processing | Limited supply base relative to PLA and PBAT |
| PHA / PHBV | 140–170 | PHA articles, marine-degradable products | Yes (industrial, soil, marine) | Only carrier fully matched to PHA certification | Very narrow thermal window; Premium cost level |
| Polycaprolactone | 58–62 | Heat-sensitive systems, PHA, low-temperature let-down | Yes (industrial and soil) | Extremely low processing temperature | Very soft; storage and feeding difficulties |
| Bio-derived ester and polyester waxes | 50–100 | Liquid colour, additive concentrates | Generally yes; verify per grade | High pigment wetting efficiency | Can plasticise and lower heat resistance |
| Polyethylene or EVA (conventional) | 90–130 | Bio-PE, bio-PET, bio-PA only | No | Low cost, wide availability | Disqualifies compostability; immiscible with polyesters |
หน้าต่างความร้อนและขีดจำกัดการเสื่อมสภาพในการผสม
รูปแบบอุณหภูมิการผสมสำหรับมาสเตอร์แบทช์พลาสติกต้องสร้างขึ้นจากขีดจำกัดการหดตัวลงไป ไม่ใช่จากจุดละลายขึ้นไป การเรียงลำดับที่ถูกต้องคือการระบุจุดอ่อนการลดคุณภาพต่ำสุดในสูตร, ลบค่ามาตรฐานความปลอดภัยจาก 15 ถึง 20 องศาเซลเซียสเพื่อคำนวณการสูญเสียความเงา, และตรวจสอบให้แน่ใจว่าอุณหภูมิของวัตถุละลายยังสูงพอที่จะพัฒนาดิสเพอร์ชันที่จำเป็น ถ้าไม่ใช่เช่นนั้น คำตอบคือเปลี่ยนตัวนำหรือสี ไม่ใช่เพิ่มอุณหภูมิ
อุณหภูมิที่ตั้งเป้าหมายและอุณหภูมิของวัตถุที่ละลายจริง
ผู้ปฏิบัติงานที่ไม่มีประสบการณ์ตั้งโซนท่อให้เป็นอุณหภูมิละลายที่ตั้งเป้าหมายแล้วคาดว่าละลายจะมีค่าที่เท่ากับค่าดังกล่าว ในเครื่องอัดแบบสองแท่งหมุนร่วมกันที่ใช้สูตรที่เติมหรือมีส่วนผสมของสีสูง ความเข้มแรงจากแท่งอัดจะเพิ่มอุณหภูมาของวัสดุขึ้นเป็นระยะ 15 ถึง 30 องศาเซลเซียส จากค่าปรับของท่อ และในส่วนที่มีการผสมแรงอย่างเข้มข้น อุณหภูมาของวัสดุในบริเวณนั้นอาจเพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงเวลาสั้น ๆ เพราะเหตุใดจึงทำให้สายการผลิตมาสเตอร์แบชช์ของ PLA ที่ตั้งค่าตำแหน่งท่ออยู่ที่ 180 องศาเซลเซียสยังสามารถผลิตควันจากลักติดได้ที่ตัวแท่ง และผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลลดลงอย่างมาก
การแก้ไขปัญหาที่มีประสิทธิภาพคือการวัดโดยตรง การใช้เซ็นเซอร์ทอร์มคูเปล์ที่ติดตั้งในตัวแปลงไฟฟ้า โดยมีปลายทอร์มคูเปล์ยื่นออกไปในสายไหลแทนที่จะเป็นเซ็นเซอร์ที่ติดตั้งเรียบร้อยกับผนังโลหะ จะให้ค่าที่สำคัญ หลายชุดผลิตภัณฑ์พลาสติกชนิดหนึ่งจะตั้งค่าระดับอุณหภูมิของท่อให้ต่ำกว่าอุณหภูมิที่กำหนดไว้ในโซนการผสมโดยเจตนา เพื่อให้แรงดึงทำหน้าที่ในการทำให้ระดับอุณหภูมิเท่ากัน ซึ่งเป็นเทคนิคที่เรียกว่า "การทำงานในโปรไฟล์ที่เย็น" ซึ่งทำงานได้ดีเมื่อปริมาณพลังงานที่ใช้เป็นสม่ำเสมอ
เวลาในการพักเป็นตัวแปรของกระบวนการ
การเสื่อมสภาพเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นตามอัตรา จึงทำให้เวลาแสงสัมผัสมีความสำคัญเท่ากับอุณหภูมิ สำหรับ PLA, ความยาวเวลาทั้งหมดในสภาวะละลายควรอยู่ต่ำกว่า 60 วินาทีโดยทั่วไป และสามารถทำได้ในระยะเวลา 20 ถึง 40 วินาทีบนสาย 40 ลิตร/นาทีที่ออกแบบได้ดี สำหรับ PHA เป้าหมายยิ่งแนบแน่นขึ้นอีก เวลาในการพักตัวลดลงได้โดยเพิ่มความเร็วของสกรูในการเคลื่อนไหวเมื่อเทียบกับอัตราการบด - ซึ่งจะเพิ่มพลังงานเฉพาะและความร้อน - หรือโดยสั้นลงท่อและทำให้สกรูง่ายขึ้น ความท้าทายระหว่างคุณภาพการผสมและการเผชิญกับความร้อนนี้เป็นความสมดุลทางการออกแบบที่สำคัญในการผสมวัสดุชีวภาพ และนี่คือเหตุผลที่ความเชี่ยวชาญด้านการออกแบบเครื่องวัดมีความสำคัญมากกว่ากลุ่มวัสดุอื่น ๆ ในหมวดหมู่วัสดุผสม
| Substrate / carrier | Drying temperature, degrees Celsius | Drying time, hours | Residual moisture target, ppm | Barrel setpoint range, degrees Celsius | Melt temperature ceiling, degrees Celsius | Target residence time, seconds |
|---|---|---|---|---|---|---|
| PLA (crystallised) | 80–100 | 4–6 | Below 250; below 100 preferred | 160–190 | 200 | 20–60 |
| PLA (amorphous) | 43–50 | 6–8 | Below 250 | 160–190 | 200 | 20–60 |
| PBAT | 60–80 | 3–4 | Below 500 | 120–165 | 190 | 30–80 |
| PBS / PBSA | 60–80 | 3–4 | Below 400 | 130–175 | 200 | 30–80 |
| PHA / PHBV | 70–80 | 2–4 | Below 300 | 140–170 | 175–180 | 15–40 |
| น้ำตาลไทเทเนียม (in situ) | Not pre-dried | n/a | Water added as plasticiser | 110–155 | 170 | 40–90 |
| Polycaprolactone carrier | 40–45 | 3–4 | Below 500 | 80–130 | 150 | 30–80 |
| Bio-PE (drop-in) | Not required | n/a | Not critical | 160–220 | 250 | 30–120 |
ความชื้น, การหดตัว และการแห้ง: ความจำเป็นที่ไม่สามารถหันหลังกลับได้
การแตกของสายเคมีภายในการผลิตเมสเตอร์แบทช์ของพลาสติกชีวภาพเป็นสาเหตุหลักของความผิดพลาดด้านคุณภาพ และมักจะสามารถหลีกเลี่ยงได้ เครื่องมือนี้ง่ายดายมาก ในอุณหภูมิสูงที่จะทำให้เกิดการไหล, น้ำมolecule จะโจมตี carbonyl ของester, ทำให้ชุดโครงสร้างแตกออกเป็น alcohol และ carboxylic acid กลุ่มสุดท้ายที่ถูกสร้างขึ้นใหม่มีคุณสมบัติเป็นกรดและสามารถกระตุ้นการหดตัวต่อไปได้ จึงทำให้กระบวนการเร่งตัวขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากน้ำหนักโมเลกุลมีผลต่อความหนืดของวัสดุในระบบที่มีความซับซ้อนประมาณ 3.4 เท่า ดังนั้นแม้การลดความยาวของกลุ่มโมเลกุลจะเป็นไปอย่างเล็กน้อยก็จะทำให้ความแข็งแรงของวัสดุลดลงอย่างมาก
สเปคอุปกรณ์การแห้ง
เครื่องแห้งอากาศโดยทั่วไปไม่เหมาะสมสำหรับพลาสติกชีวภาพที่ทำจากโพลีเอสเตอร์ เครื่องแห้งอากาศแบบปิดสาย (closed-loop desiccant dryer) ที่สามารถให้ค่าอุณหภูมิจุดหิมะเป็นลบ 40 องศาเซลเซียสที่จุดเข้าเครื่องอัดอากาศเป็นเงื่อนไขหลัก และค่าอุณหภูมิจุดหิมะต้องตรวจสอบด้วยเซนเซอร์ในระบบแทนที่จะคาดการณ์จากเวลาการทำงานของชั้นแห้งอากาศ ความเร็วของลมควรจะถูกกำหนดตามความจุการผลิต โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 1.8 ถึง 2.5 เมตรต่อนาทีต่อกิโลกรัมของสารเคลือบ และต้องมีการอุณหภูมิป้องกันภายในถังเพื่อให้สารเคลือบที่อยู่ด้านล่างของทรงกระบอกอยู่ในอุณหภูมิการแห้งแทนที่จะอยู่ในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าประมาณ 15 องศาเซลเซียส
PLA มีความซับซ้อนเฉพาะตัว การแห้งแข็งอย่างมีประสิทธิภาพต้องมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดการเปลี่ยนรูปของพลาสติก 55 ถึง 60 องศาเซลเซียส แต่เม็ดพลาสติกอะโมฟี PLA จะละลายและกลุ่มตัวกันเมื่ออุณหภูมิสูงกว่าจุดนั้น ทำให้เกิดการสะสมในถังและบล็อกเครื่องแห้งแข็ง วิธีปกติคือใช้เม็ด PLA ที่คริสตัลไซด์ ซึ่งสามารถแห้งได้อย่างปลอดภัยที่อุณหภูมิ 80 ถึง 100 องศาเซลเซียส หรือใช้สารที่เป็นอะมอร์ฟสในอุณหภูมิที่คงที่ 43 ถึง 50 องศาเซลเซียส เป็นเวลานานกว่า การรีกรินด์และแผ่นตัดขอบที่ได้จากการรีไซเคิลมักจะเป็นอะมอร์ฟส regardless of the virgin grade, ดังนั้นจึงต้องใช้โปรโตคอลอุณหภูมิต่ำหรือขั้นตอนการคริสตัลไลซ์
ความชื้นของสารเติมและสารเพิ่ม
ไม่ใช่ว่าปลาสติกจะเป็นแหล่งเดียวของน้ำ กรดแคลเซียม, ทาลค, น้ำตาล, ไฟเบอร์เซลลูโลส, ซิลิกาแอนติบล็อก, และสารเพิ่มความชื้นออร์แกนิก ทั้งหมดนี้สามารถเก็บความชื้นได้ และเนื่องจากวัสดุเติมเต็ม (filler) ใช้ในปริมาณสูงในวัตถุหลัก (masterbatch) จึงมักจะส่งผลให้มีความชื้นรวมมากกว่าวัตถุพื้นฐาน กรดแคปไรซ์คาร์บอเนตที่เคลือบควรระบุความชื้นต่ำกว่า 0.2 เปอร์เซ็นต์ และต้องอบแห้งที่อุณหภูมิ 100 ถึง 120 องศาเซลเซียส โดยมีข้อกำหนดที่เข้มงวด เส้นใยธรรมชาติและน้ำตาลต้องการการแห้งที่รุนแรงกว่ามากและการระบายอากาศที่พิเศษ วิธีที่มีประโยชน์คือคำนวณส่วนประกอบของความชื้นที่มีน้ำหนักมากที่สุดของสูตรทั้งหมดแทนที่จะตรวจสอบเฉพาะสารยึด
การนำความร้อนออกด้วยการดูดซึม
แม้จะมีการแห้งผิวข้างบนที่สมบูรณ์แบบ แต่ก็ยังมีน้ำและสารไวไฟอื่น ๆ เกิดขึ้นหรือปล่อยออกมาในชั้นละลาย และการระบายอากาศด้วยการดูดซึมเป็นสิ่งจำเป็นมากกว่าการเลือกใช้ เครื่องผลิตเม็ดพลาสติกชนิดบิวทิกควรมีช่องระบายอากาศอย่างน้อยหนึ่งช่องและควรมีสองช่อง โดยตั้งอยู่หลังจากโซนละลายและผสม และทำงานที่ความดัน 20 ถึง 50 มิลลิบาร์ ชิ้นกาวที่ละลายที่สร้างขึ้นจากตัวปั่นที่ยาวน้อยหรือตัวปั่นที่เป็นกลางที่อยู่ข้างขึ้นสายของท่อระบายออก จะสร้างบล็อกแรงดันที่จำเป็นสำหรับการถอดออกอย่างมีประสิทธิภาพ หน้ากากระบายต้องติดตั้งกับหัวปิดหรือหมุดระบายที่เหมาะสมบนสายพลาสติกชีวภาพ เพราะความหนืดของสารละลาย PLA และ PBAT ที่มีอุณหภูมิต่ำทำให้เกิดการล้นระบายได้ง่ายกว่าผลิตภัณฑ์โพลิโอเลฟิน
เมื่อสูตรรวมส่วนประกอบที่มีความชื้นสูง เช่น สารขัดหรือเส้นใยธรรมชาติ การเปิดทางระบายอากาศก่อนระบายด้วยการใช้ความดันลบจะกำจัดส่วนใหญ่ของน้ำด้วยต้นทุนที่ต่ำและป้องกันระบบความดันลบจากการสะสมน้ำมากเกินไป Kerke ส่งมอบท่อรุ่น KTE ที่มีตำแหน่งปล่อยก๊าซหลายจุด, อากาศ และการดูดซึม และกำหนดกลุ่มการดูดซึมด้วยการแยกน้ำหยดเพื่อใช้งานอย่างตรงตามความต้องการ
Masterbatch สี: ความสัมพันธ์ทางเคมีของสีและการตรวจสอบกฎหมาย
การสีสันของผลิตภัณฑ์ที่สามารถคายประกอบได้นั้นต้องอยู่ภายใต้ข้อจำกัดที่ไม่มีในพลาสติกแบบเดิม และข้อจำกัดเหล่านี้มีผลรวมกัน: สีต้องมีความทนทานต่อความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ, เป็นมิตรต่อโครงสร้างโพลีเอสเตอร์, ไม่มีโลหะหนักที่มีการจำกัด, ไม่เป็นอันตรายต่อการทดสอบความเป็นพิษของคอมโพสต์, และสำหรับบรรจุภัณฑ์ ต้องเป็นไปตามกฎเกี่ยวกับการสัมผัสอาหาร
จำกัดสารหนัก
EN 13432 กำหนดความเข้มข้นสูงสุดขององค์ประกอบที่กำหนดไว้ในผลิตภัณฑ์ที่เสร็จสมบูรณ์เป็นฐานน้ำมัน และ ASTM D6400 ใช้ค่าที่เทียบเคียง ขีดจำกัดดังกล่าวกำจัดหลายชนิดของสีที่มีความสำคัญอย่างยิ่งในอดีตออกไปโดยสิ้นเชิง สีแดงจากซัลเฟอร์เซลีนไดอะมินและสีเหลืองจากซัลไฟด์ไดอะมินถูกปฏิเสธด้วยขีดจำกัดของไดอะมินที่วัดเป็นส่วนของมิลลิกรัมต่อกิโลกรัม สีแดงจากไซยานาเทนไครโอม, สีส้มจากมอลิบแดต และสีเขียวที่มีส่วนผสมของลิธิยูมเป็นลิ้นชักของขีดจำกัดของสารลิ้นชัก ไม่รวมสีแป้งที่มีคริลล์หกประเภท เนื่องจากขีดจำกัดนี้มีผลต่อผลิตภัณฑ์ที่สำเร็จรูปมากกว่าที่ใช้กับสารผสมหลัก (masterbatch) จึงทำให้ผู้พัฒนาผลิตภัณฑ์ต้องคำนวณกลับไป: สีที่ใช้ในสารผสมหลักที่มีปริมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ และผสมลงในสารผสมหลักที่มีปริมาณ 3 เปอร์เซ็นต์ จะเพิ่มปริมาณสีลงในผลิตภัณฑ์เพียง 0.09 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น ซึ่งทำให้การคำนวณง่ายขึ้นเล็กน้อย แต่ไม่เปลี่ยนแปลงข้อจำกัดสำหรับองค์ประกอบที่มีขีดจำกัดสูงสุด
ความทนทานต่อความร้อนในอุณหภูมิต่ำของการผลิต
ขัดกับความคาดหวัง, อุณหภูมิลดของพลาสติกชีวภาพไม่ทำให้การเลือกสีง่ายขึ้นในทุกด้าน หลายสีอินทรีย์กำหนดค่าความทนทานต่อความร้อนที่ได้จากการทดสอบในโพลิโอลีฟีนที่อุณหภูมิ 240 ถึง 300 องศาเซลเซียส และในกรณีของพลาสติกชีวภาพนั้น ค่าความทนทานต่อความร้อนเหล่านี้ไม่ใช่ข้อจำกัด ข้อจำกัดทางการบังคับแทนที่จะเป็นการสัมผัสทางเคมีและความสามารถในการกระจาย อนุภาคอะโซ และสีที่มีการบำบัดผิวด้วยสารเบสิกหรืออะซิดที่เหลืออยู่อาจเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดการแทนแปลงกลุ่มอีสเตอร์หรือเร่งการแยกออกของกลุ่มอีสเตอร์ในโพลีเอสเตอร์ ทำให้เกิดการลดความหนืดที่ปรากฏขึ้นหลังจากการผลิตเป็นเวลานานหลายชั่วโมง การตรวจสอบล่วงหน้าคนสมัครเล่นด้วยการวัดอัตราการไหลของวัสดุที่ละลายหรือความหนืดภายในของตัวอย่าง PLA ที่มีส่วนผสมของสีก่อนและหลังการรักษาในอุณหภูมิที่ควบคุมเป็นการประกันที่ไม่แพง
ความสามารถในการกระจายตัวยังจะยากขึ้น ไม่ใช่ง่ายขึ้นเมื่ออุณหภูมิต่ำ ก้อนของสารปigment จะถูกทำลายโดยแรงตึง (shear stress) ซึ่งเป็นผลจากความหนืด (viscosity) และความเร็วของการตึง (shear rate) การลดอุณหภูมิจะเพิ่มความหนืดและด้วยเหตุนี้จะเพิ่มแรงตึง (shear stress) ซึ่งช่วย แต่พลังงานแรงตึงทั้งหมดที่มีอยู่จะมีขีดจำกัดจากการเสื่อมสภาพ การแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพคือการใช้สีที่มีขนาดของอนุภาคหลักที่เล็กและการเคลือบผิวที่มีประสิทธิภาพ, การผสมก่อนในตัวเชื่อมที่มีความละลายต่ำ เช่น PBAT หรือ polycaprolactone และการใช้ตัวผสมที่มีความกระจายมากกว่าตัวผสมที่มีความกระจายสูง
ความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิต และการทดสอบการเจริญเติบโตของพืช
EN 13432 ต้องการให้คอมโพสต์ที่ผลิตจากวัสดุทดลองช่วยให้พืชงอกและผลิตภัณฑ์มวลร่างกายเพิ่มขึ้นอย่างน้อย 90% ของค่าตัวแปรควบคุมที่ไม่มีวัตถุ (tested on two plant species) สีและสารช่วยกระจายเป็นส่วนประกอบที่มีโอกาสผิดพลาดในการทดสอบนี้มากที่สุด โดยเฉพาะ phthalocyanine ที่มีส่วนประกอบของเหล็กในปริมาณสูงและสีออร์แกนิกที่มีสารประกอบของโลหะ แกนเหล็กอยู่ในรายการของวัสดุที่มีการกำหนดขีดจำกัด ซึ่งแม้ว่าจะเป็นขีดจำกัดที่อำนวยความสะดวกเมื่อเทียบกับแคลเซียม แต่ก็สามารถเข้าถึงได้โดยการใช้ผลิตภัณฑ์สีฟ้า หรือสีเขียวที่มีส่วนผสมของสีสูง องค์กรรับรองทั่วไปจะต้องขอเอกสารเกี่ยวกับสีแต่ละชนิด และหลายบริษัทผู้ผลิตสีหลักมีการจัดเก็บสารเคลือบที่ได้รับอนุมัติล่วงหน้า เพื่อลดระยะเวลาการรับรองสีใหม่
| Pigment / colourant | Type | Typical heat stability, degrees Celsius | Status for compostable articles | Notes for polyester bioplastics |
|---|---|---|---|---|
| Titanium dioxide, rutile | Inorganic white | Above 300 | Widely accepted | Use surface-treated grades; can nucleate PLA and alter shrinkage |
| Carbon black | Inorganic black | Above 300 | Accepted with limits | Normally held below 1 percent of the article; verify near-infrared sortability requirements |
| Synthetic iron oxides (red, yellow, black) | Inorganic | 180–260 depending on type | Generally accepted | Yellow hydrated grades dehydrate and shift shade above about 180; check against melt temperature |
| Ultramarine blue | Inorganic | Above 250 | Generally accepted | Acid-sensitive; can react with carboxyl end groups and lose shade |
| Copper phthalocyanine blue 15:3 | Organic | Above 280 | Accepted subject to copper limit | Strong nucleating effect on PLA; watch total copper in heavy shades |
| Phthalocyanine green 7 | Organic | Above 280 | Accepted subject to copper limit | Contains chlorine; confirm acceptance with the certification body |
| Quinacridone red and violet | Organic | Above 280 | Generally accepted | Excellent lightfastness; good choice for mulch film |
| Diketopyrrolopyrrole red | Organic | Above 280 | Generally accepted | High tinting strength; Premium cost level |
| Isoindolinone and benzimidazolone yellows | Organic | 250–290 | Generally accepted | Preferred replacements for restricted inorganic yellows |
| Monoazo and diarylide yellows | Organic | 180–230 | Case by case | Some grades decompose or interact with polyester end groups; screen for viscosity drop |
| Cadmium yellows, oranges, reds | Inorganic | Above 300 | Excluded | Fails heavy metal limits in EN 13432 and ASTM D6400 |
| Lead chromate and molybdate pigments | Inorganic | Above 250 | Excluded | Fails lead and chromium limits; also restricted under other regulations |
มาสเตอร์แบทช์เติม: กรดแคลเซียม, ทาลค, น้ำตาล และเส้นใยธรรมชาติ
มาสเตอร์แบทช์ที่ใช้เป็นส่วนผสมมีสามประโยชน์ในพลาสติกชีวภาพที่สำคัญกว่าที่มีในโพลิโอลีฟีน: เนื่องจากมันทำให้ต้นทุนของฐานสารที่มีราคาแพงต่ำลง, มันเพิ่มความแข็งและความทนทานต่อความร้อน, และในกรณีของแคริยาไนต์คาร์บอเนต มันสามารถปรับระดับความเป็นกรดที่สร้างขึ้นจากการหดตัวของโพลีเอสเตอร์ได้เล็กน้อย แต่ทุกชนิดของสารเติมเต็มจะนำความชื้นและเคมีของผิวไปด้วย และทั้งสองอย่างต้องควบคุม
กรดแคปไรซ์
กรดแคลเซียมคาร์บอเนตเป็นวัสดุเติมที่ใช้ในการผลิตกระดาษและแผ่นที่สามารถย่อยสลายได้ โดยมักถูกนำมาใช้เป็นสารผสมที่มีสารแข็ง 60 ถึง 80 เปอร์เซ็นต์บนพื้นฐาน PBAT หรือ PLA-PBAT และถูกละลายให้มีสารแข็ง 10 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ในผลิตภัณฑ์ที่ได้ ขนาดของอนุภาคเป็นสิ่งสำคัญสำหรับแผ่นพลาสติก: ขนาดอนุภาคเฉลี่ยตั้งแต่ 1 ถึง 3 ไมโครเมตร และขนาดสูงสุดต่ำกว่า 10 ไมโครเมตรจะช่วยป้องกันการเกิดรอยร้าวและความไม่เสถียรของบูบเบิลที่เกิดจากอนุภาคขนาดใหญ่เกินไปในแผ่นพลาสติกที่มีขนาด 15 ถึง 25 ไมโครเมตร การเคลือบผิวด้วยกรดสเตอริก 1.0 ถึง 1.5 เปอร์เซ็นต์ช่วยเพิ่มความชื้น, ลดความหนืดของวัสดุและลดการเก็บความชื้น ความชื้นในวัสดุที่จะใช้เป็นส่วนผสมต้องต่ำกว่า 0.2 เปอร์เซ็นต์ และการทำความแห้งก่อนใช้เป็นวิธีที่นิยมเมื่อวัสดุที่ผลิตออกมาต้องมีน้ำหนักโมเลกุลสูง
กรดแคปไรซ์ยังใช้ในผ้าเคลือบพืชและในอุปกรณ์บริการอาหารเพื่อเพิ่มความแข็งแรง ทำให้สามารถลดขนาดได้ ผลกระทบต่อการหมักเป็นกลางเป็นกลาง - เนื่องจากเป็นธาตุอินทรีย์และจะถูกทิ้งในหมักเป็นกลางเป็นวัสดุอินทรีย์ - แต่จะนับเป็นส่วนหนึ่งของขีดจำกัดของส่วนประกอบอินทรีย์ในมาตรฐาน ซึ่งต้องมีความเข้มข้นของส่วนประกอบอินทรีย์อย่างน้อย 50% โดยแสดงเป็นตัวชี้วัดของแป้งที่ระเหยได้
ทาลค
ทาลค มีบทบาทสองด้านใน PLA: เนื่องจากเป็นทั้งตัวเติมและตัวนิวเคลิเรตที่ใช้มากที่สุด เมื่อใช้เป็นตัวเติมในปริมาณ 10 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ จะเพิ่มค่าความยืดหยุ่นและอุณหภูมิที่สามารถรับแรงดึงได้; เมื่อใช้เป็นตัวนิวเคลิเนตในปริมาณ 0.5 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์ จะลดเวลาในการคริสตัลไลซ์ลงอย่างมาก อัตราส่วนของแผ่นเลือดด่างกำหนดความสมดุล และสารสกัดที่มีอัตราส่วนสูงจะให้ความแข็งแรงมากขึ้นสำหรับการโหลดที่เท่ากัน ทาลคมีคุณสมบัติเป็นวัสดุแข็งเมื่อเทียบกับคาร์บอเนตของแคลเซียม ดังนั้น การผลิตเครื่องมือและท่อด้วยโลหะควรกำหนดอย่างเหมาะสมบนสายผลิตมาสเตอร์แบชที่ใช้ทาลคเป็นวัสดุหลัก
กระเทียมและเส้นใยธรรมชาติ
สารสกัดที่เติมแป้งและวัสดุที่มีเส้นใยธรรมชาติทำให้ปัญหาเกี่ยวกับความชื้นเป็นเรื่องที่ยิ่งใหญ่ไปมาก น้ำตาลธรรมชาติมีน้ำอยู่ราว 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์เมื่อได้รับมา และเส้นใยเซลลูโลสมีน้ำอยู่ราวเท่ากัน ในแผนการผลิต TPS น้ำดังกล่าวเป็นตัวเพิ่มความยืดหยุ่นที่ตั้งใจไว้ โดยถูกฉีดเข้าสู่เครื่องใส่สารผสมทางเคมีผ่านเครื่องใส่สารผสมทางเคมีและต่อมาได้ถูกดูดออกบางส่วนผ่านช่องระบายอากาศเพื่อให้อยู่ในระดับที่เหลือตามเป้าหมาย ในเมสเตอร์บล็อกที่สารสังเคราะห์เป็นสารเติมแต่งในรูปของผงแข็ง จำเป็นต้องทำการแห้งก่อนอย่างเข้มงวด รวมถึงการระบายอากาศและการระบายด้วยการดูดซับอากาศ โดยแม้จะทำตามขั้นตอนนี้แล้ว สารพีโอลีสเตอร์ในเมสเตอร์บล็อกก็จะสูญเสียน้ำหนักโมเลกุลบ้าง ซึ่งการเพิ่มความยาวของสายจะต้องชดเชย เส้นใยธรรมชาติเช่น ไม้ผง, กระดาษบัว, หน่อไม้ และบางกะไหลยังจะเสื่อมสภาพทางความร้อนเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 200 องศาเซลเซียส ค่ะ ทำให้ปล่อยสารไวไฟและทำให้สีเปลี่ยนไป ซึ่งตรงกับอุณหภูมิสูงสุดของ PLA ได้อย่างเหมาะสมค่ะ
| Masterbatch type | Primary function | Active content in masterbatch | Typical let-down ratio | Active level in finished article | Principal constraint |
|---|---|---|---|---|---|
| Colour concentrate | Shade, opacity, branding | 15–50 percent pigment | 2–5 percent | 0.3–2.5 percent | จำกัดสารหนัก and ecotoxicity screening |
| White concentrate (titanium dioxide) | Opacity and whiteness | 50–70 percent | 3–8 percent | 1.5–5 percent | Nucleation side effect; inorganic content limit |
| Black concentrate | Opacity, ultraviolet screening in mulch film | 20–40 percent carbon black | 2–4 percent | 0.4–1.6 percent | Keep carbon black below 1 percent of article |
| กรดแคปไรซ์ filler concentrate | Cost reduction, stiffness | 60–80 percent | 15–40 percent | 10–30 percent | Moisture below 0.2 percent; top cut below 10 micrometres |
| ทาลค concentrate | Stiffness and heat deflection | 50–70 percent | 10–30 percent | 5–20 percent | Abrasion on screws and barrels |
| Nucleating concentrate | Faster crystallisation, higher heat resistance | 10–30 percent active | 2–10 percent | 0.5–3 percent | Overdosing causes brittleness and haze |
| Chain extender concentrate | Molecular weight rebuild, melt strength | 5–20 percent epoxy oligomer | 3–10 percent | 0.3–1.5 percent | Over-addition causes gels and pressure surge |
| Anti-hydrolysis concentrate | Carboxyl end-group capping | 10–20 percent carbodiimide | 3–8 percent | 0.3–1.0 percent | Food contact clearance must be checked |
| Impact modifier concentrate | Toughness, elongation | 30–50 percent | 10–30 percent | 5–15 percent | Modifier must itself be biodegradable |
| Slip and antiblock concentrate | Coefficient of friction, film opening | 5–20 percent | 2–5 percent | 0.1–0.8 percent | Migration rate and food contact limits |
| Antimicrobial concentrate | Surface hygiene, shelf life | 5–20 percent active | 2–10 percent | 0.3–2 percent | May inhibit compost microorganisms; must pass ecotoxicity |
สายยืด, สารป้องกันการหดตัว และ ความแข็งของสารละลาย
การขยายสายเป็นเทคโนโลยีสารเพิ่มเติมทางเคมีที่มีคุณค่าที่สุดในการผสมพลาสติกชีวภาพ เพราะมันสามารถต่อต้านได้โดยตรงกับสองวิธีการทำลาย คือ การการหดตัวทางเคมี (hydrolysis) และการแยกออกจากความร้อน (thermal scission) ซึ่งกระบวนการไม่สามารถกำจัดทั้งสองวิธีได้อย่างสมบูรณ์ ชนิดขยายเชือกเป็นโมเลกุลที่มีน้ำหนักต่ำและมีความหลากหลาย ซึ่งจะมีการตอบสนองกับกลุ่มปลายของโพลีเมอร์ขณะกระบวนการผลิตในรูปไข่เย็น โดยทำให้เชือกเชื่อมต่อกันและสร้างน้ำหนักโมเลกุลในขั้นตอนนั้น ๆ
อโลไฮโดรไรซ์เอพอกซีที่มีประสิทธิภาพหลายประการ
เคมีที่เป็นหลักคือคอปอลิเมอร์สเตรีน-เอคริลิกที่มีกลุ่มเมทแอคริลด์กลิซิลด์แขวนอยู่ ซึ่งจำหน่ายเป็นโอเลโมเนียรตัวแข็ง มีความสามารถในการย่อยแป้งเอพอกซี่ประมาณ 4 ถึง 12 กลุ่มต่อสาย และน้ำหนักเทียบเท่ากลุ่มเอพอกซี่อยู่ในช่วง 280 ถึง 450 กรัมต่อมอล สร้อยเอพอกซี่จะเปิดได้ง่ายในสภาวะละลายในบริเวณของกลุ่มสุดท้ายคาร์บอกซิลและไฮโดรไซด์ที่มีอยู่ในแต่ละสายโพลีเอสเตอร์ ซึ่งสร้างสายเชื่อมคาวัลนิค เนื่องจากความสามารถเกินกว่าสองอย่าง จึงทำให้การปฏิกิริยาไม่เพียงแต่สร้างการขยายตรงไปข้างหน้าเท่านั้น แต่ยังสร้างการขยายเป็นกิ่งก้านยาว ซึ่งเป็นสิ่งที่เหล่านี้ชนิดของโพลีเมอร์ขาดไปอย่างสิ้นเชิง
ผลกระทบทางปฏิบัติมีความสำคัญและสามารถวัดได้ อัตราการไหลของสารละลายจะลดลงจาก 30 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์เมื่อปริมาณการใส่เพิ่มขึ้นอยู่ระหว่าง 0.3 ถึง 1.0 เปอร์เซ็นต์ ความหนืดแบบแรงแยกศูนย์สูงขึ้นอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ความหนืดแบบแรงแยกสูงเปลี่ยนแปลงน้อยกว่า ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ที่ลดลงตามแรงแยกและการยืดตัวที่เพิ่มขึ้นตามความเสียดทาน ซึ่งเหมาะกับการผลิตผ้าแห้งและการเคลือบผิวด้วยการฉีด ความมั่นคงของพิมพ์บูลบูลในแผ่น PLA-PBAT ปรับปรุงอย่างมาก, การหดตัวในแผ่นการผลิตด้วยความร้อนลดลง, และการแตกของวัสดุที่ละลายที่ตัวพิมพ์ถูกปิดกั้น ในสายของพลาสติกชีวภาพที่ถูกรีไซเคิลหรือนำกลับมาใช้ใหม่ การขยายสายมักเป็นวิธีเดียวที่จะคืนคุณสมบัติที่ใช้ได้
การควบคุมขนาดของยาเป็นเรื่องสำคัญ ต่ำกว่า 0.2 เปอร์เซ็นต์ ความสำคัญของผลลัพธ์เป็นไปได้ยาก เมื่อเกินประมาณ 1.5 ถึง 2.0 เปอร์เซ็นต์, การเกิดเกลือจะเป็นความเสี่ยงจริง: ความหนาแน่นของการขยายออกจะผ่านจุดอ่อนของการผัน, ก้อนของส่วนผสมที่ขยายออกและมีลักษณะเป็นเกล็ดจะเกิดขึ้น, ความดันของกรองจะเพิ่มขึ้น, และผิวของวัสดุจะมีรอยคล้ายดวงตาของปลา ซึ่งไม่สามารถปรับแก้ได้ในขั้นตอนต่อไป เนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับเวลาและอุณหภูมิ จึงควรนำสารขยายสายเข้ามาในจุดที่มีเวลาอยู่ในระบบเพียงพอสำหรับปฏิกิริยา แต่ไม่ควรนำเข้าสายขยายสายมากเกินไปจนทำให้เกิดการปฏิกิริยามากเกินไป ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะนำเข้าสายขยายสายในจุดที่เป็นอาหารหลักสำหรับสารผสมคอนเซนเทรเตรท หรือผ่านทางอาหารข้างในขั้นตอนการผสมปฏิกิริยา
สารเสริมความแข็งแรงต่อการย่อยสลายทางเคมี
คาร์บอดิมิดของโพลีเมอร์ทำงานตามหลักที่แตกต่าง: แทนที่จะคูปเลิ้งกลุ่มสุดท้ายที่มีกลุ่มคาร์บอกซิล, เนื้อหานี้ปิดท้ายกลุ่มสุดท้ายที่เป็นกลุ่มคาร์บอกซิลโดยไม่มี, ทำให้ขาดความเป็นกรดที่จะทำให้เกิดการแปรรูปทางเคมีต่อไปได้ การเพิ่มปริมาณเฉพาะอย่างยิ่งอยู่ระหว่าง 0.3 ถึง 1.0 เปอร์เซ็นต์ และผลที่ได้คือการเพิ่มอายุการใช้งานของผลิตภัณฑ์ที่ทำจากโพลีเอสเตอร์ในสภาพอากาศที่ชื้นหรือร้อน และลดการสูญเสียความหนืดขณะการประกอบ มันมีคุณค่าสูงสุดในเส้นใย PLA, ในผ้าใย PBAT ที่ต้องอยู่ได้หลายฤดูกาลก่อนที่จะเสื่อมสภาพ, และในการใช้งานทุกประเภทที่ผลิตภัณฑ์ถูกเก็บไว้เป็นเวลานานก่อนที่จะใช้ คาร์บอไดไมด์แบบมอนอมอร์มีความเคลื่อนที่สูงและมีผลเร็วกว่า แต่ก่อให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับการเคลื่อนย้ายและการสัมผัสอาหาร; สายพันธุ์แบบโพลีเมอร์ถูกเลือกใช้สำหรับการบรรจุภัณฑ์
ระบบอื่น ๆ ที่มีผลกระทบ
Pyromellitic dianhydride เป็นตัวขยายสายที่มีประสิทธิภาพสำหรับโพลีเอสเตอร์ แต่มีความยากในการผสมและอาจสร้างเป็นเจล Bisoxazolines จะตอบสนองอย่างเลือกเฉพาะกับกลุ่มคาร์บอกซิลและให้การขยายตรงโดยไม่มีการขยายเป็นสายสอง ซึ่งเหมาะกับการใช้งานในเส้นใยที่การขยายเป็นสายสองจะทำให้เส้นใยไม่สามารถสปินได้ ไดอีซอยคานาต์มีประสิทธิภาพสูง แต่ก่อให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับสุขภาพในการทำงาน ซึ่งโดยทั่วไปทำให้พวกมันไม่สามารถใช้ในการผลิตมาสเตอร์แบชช์สำหรับการสัมผัสอาหารได้ การฉีดแรงดันด้วยตัวเริ่มจากเปอร์ออกซิไดซ์ใช้เพื่อยึดและทำให้ผสม PLA-PBAT และ PLA-สตาร์ชเข้าด้วยกัน โดยบ่อยครั้งจะใช้โมเลกุลคูปเลิฟด้วย แต่ต้องมีการควบคุมอย่างแม่นยำเนื่องจากเปอร์ออกซิไดซ์ยังสามารถทำให้แซงซ้อนของ PLA เกิดการแตกได้ด้วย
| Additive | Mechanism | Typical addition, percent of article | Main benefit | Risk if overdosed | Relative cost level |
|---|---|---|---|---|---|
| Styrene-acrylic epoxy oligomer | Reacts with carboxyl and hydroxyl end groups; branching | 0.3–1.5 | Melt strength, bubble stability, molecular weight rebuild | Gel formation, filter blockage, pressure surge | High |
| Polymeric carbodiimide | Caps free carboxyl end groups | 0.3–1.0 | Hydrolysis resistance, shelf life, viscosity retention | Cost without benefit; possible odour | High |
| Pyromellitic dianhydride | Anhydride-hydroxyl coupling | 0.1–0.5 | Rapid viscosity build | Gels, poor dispersion, colour | Medium |
| Bisoxazoline | Selective carboxyl coupling, linear | 0.3–1.0 | Linear extension without branching | Limited melt strength gain | Very High |
| Organic peroxide with coupling monomer | Radical grafting and compatibilisation | 0.05–0.3 | PLA-PBAT and PLA-starch compatibilisation | Chain scission, discolouration, odour | Low |
| Phosphite and hindered phenol antioxidants | Radical and hydroperoxide scavenging | 0.1–0.5 | Colour and viscosity retention during processing | Plate-out, ecotoxicity screening required | Medium |
สารนิวเคลียร์, สารปรับความแข็งแรงและความทนทานต่อความร้อน
Two performance gaps limit PLA in real packaging applications more than any others: it is brittle, and it loses shape above about 55 degrees Celsius unless crystallised. เทคโนโลยี Masterbatch สามารถแก้ไขทั้งสองปัญหา และทั้งสองวิธีแก้ไขนี้มีความเกี่ยวข้องกัน ดังนั้นจึงต้องถูกออกแบบร่วมกัน
กีติกส์การเกิดเม็ดและการคริสตัลไลซ์
PLA จะคริสตัลลิไซด์ช้าเนื่องจากรูปแบบของกลุ่มคาร์บอนทำให้การเกิดเม็ดนิวเคลียสยาก ถ้าไม่มีการควบคุม ใด ๆ ก็จะพบว่าปลาสที่ถูกฉีดขึ้นรูปจะปรากฏเป็นสารที่ไม่มีโครงสร้างโดยสิ้นเชิงจากช่องพิมพ์ที่เย็น และมีอุณหภูมิการยืดตัวใกล้กับอุณหภูมิการเปลี่ยนสภาพของแก้ว สารนิวเคลียร์ช่วยให้เกิดจุดเริ่มต้นการก่อตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งทำให้อุณหภูมิต่ำของกระบวนการคริสตัลไลซ์สูงขึ้น, ทำให้ระยะเวลาก่อตัวลดลงจากหลายๆ นาที เป็นเวลาไม่เกินหนึ่งนาที และทำให้กระบวนการคริสตัลไลซ์สามารถพัฒนาได้อย่างเพียงพอภายในช่วงเวลาที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในธุรกิจ เมื่อผสมกับพิมพ์ร้อนที่มีอุณหภูมิ 90 ถึง 110 องศาเซลเซียส นี้สามารถเพิ่มอุณหภูมิของการหักตัวได้ถึงช่วง 100 ถึง 130 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นความแตกต่างระหว่างแก้วที่สามารถทนต่อของร้อนได้และแก้วที่ไม่สามารถทนได้
ทาลคที่มีระดับ 0.5 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์เป็นนิวเคลิเนตมาตรฐานและมีราคาถูกที่สุด Ethylene bis-stearamide, zinc phenylphosphonate, orotic acid และสารประกอบ hydrazide ที่มีความพิเศษ มีความหนาแน่นของการเกิดเม็ดนิวเคลียสสูงขึ้นในปริมาณที่น้อยกว่า และมีความสูญเสียของความใสน้อยกว่า แนวทางที่งดงามที่สุดคือการนิวเคลียร์สเตอรีอคอมพล็กซ์: การเพิ่ม 2 ถึง 5 เปอร์เซ็นต์ของโพลี-D-แลคติกแอซิดเข้ากับวัสดุโพลี-L-แลคติกแอซิดแบบเดิม จะสร้างคริสตัลสเตอรีอคอมพล็กซ์ที่ละลายที่ประมาณ 220 ถึง 230 องศาเซลเซียส และจึงสามารถอยู่รอดจากอุณหภูมิการประมวลผลได้อย่างสมบูรณ์ พร้อมทำหน้าที่เป็นเครื่องใหญ่ที่มีประสิทธิภาพอย่างยิ่ง ความท้าทายคือค่าใช้จ่ายในระดับ Premium และความจำเป็นที่จะกระจาย PDLA อย่างละเอียด
การนิวเคลิไฟด์ต้องถูกปรับขนาดอย่างระมัดระวัง นิวคลีแอนต์ที่เกินกว่านี้จะสร้างความคริสตาลลินที่สูงมาก ซึ่งจะเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานต่อความร้อน แต่จะลดความแข็งแรงต่อแรงกระแทกและอาจทำให้เกิดความมืดในแผ่น สีทำให้เรื่องยากขึ้นเพราะไททาเนียมไดออกไซด์และฟทาลาเซียนีนบลูเป็นตัวทำให้เกิดกลุ่มคริสตัลเอง; การเปลี่ยนสีจากธรรมชาติเป็นสีฟ้า สามารถเปลี่ยนพฤติกรรมการคริสตาลไลซ์, การสะท้อน, และการหักตัวได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นสาเหตุที่พบบ่อยของการเปลี่ยนขนาดที่ไม่สามารถอธิบายได้ในสินค้าที่ผลิตจากวัสดุที่สามารถย่อยสลายได้
การปรับเปลี่ยนผลกระทบภายในช่วงความสามารถในการหมัก
สารปรับปรุงความแข็งที่ใช้ในพลาสติกทางวิศวกรรม – อะคริลิคแบบ core-shell, คอปอลิเมอร์แบบ block styrene, คอปอลิเมอร์ ethylene – ไม่สามารถแบ่งประเภทเป็นสารอุตสาหกรรมที่สามารถย่อยสลายได้ ดังนั้น การใช้งานในผลิตภัณฑ์ที่ได้รับการรับรองว่าสามารถย่อยสลายได้ในบ่อคอมโพสต์ จะมีข้อจำกัดตามกฎ 1% และโดยทั่วไปแล้วไม่เป็นไปได้ที่จะใช้ในปริมาณ 5 ถึง 15% ที่จำเป็น ดังนั้นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพคือการผสมโพลีเมอร์และการทำให้พลาสติกได้ด้วยวัสดุที่สามารถย่อยสลายได้
PBAT เป็นตัวทำให้แข็งแกร่งที่ใช้กับ PLA มากที่สุด โดยปริมาณใช้อยู่ระหว่าง 10 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ และมันสามารถเปลี่ยนพฤติกรรมได้อย่างมาก: ความยืดหยุ่นเมื่อแตกจะเพิ่มขึ้นจากหลักเป็นหลายร้อยเปอร์เซ็นต์ และความแข็งแกร่งในการรับแรงกระแทกที่มีรอยแตกจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า ข้อจำกัดคือ PLA และ PBAT ไม่สามารถผสมเข้าด้วยกันได้ ดังนั้นผสมจะสร้างโมเลกุลของเม็ดน้ำมันที่มีความละเอียดที่กำหนดความสามารถในการเพิ่มความแข็งแรง สารทำให้เข้ากันได้อย่างมีประสิทธิภาพ —เช่น สารขยายสายเอพอกซี่, สารที่มีการปลูกถ่ายด้วยสารแอนไฮไดรอยด์, หรือการปลูกถ่ายด้วยเอนไซม์เปอร์ออกซิเดย์— จะลดขนาดของเม็ดน้ำมันและเพิ่มความแข็งแรงของพื้นผิว การทำให้เข้ากันได้อย่างมีประสิทธิภาพนี้เป็นตัวอย่างของการผสมที่มีการกระตุ้นด้วยสารเคมีอย่างชัดเจน ซึ่งเครื่องอัดอีกรูปแบบคู่สามารถทำได้อย่างเหมาะสม
PBS, PCL และ PHA สามารถใช้เป็นสารเสริมความแข็งแรงได้อีกด้วย การทำให้พลาสติกเป็นเหลวด้วยเอทิลทริบิวลิซิเตต, โพลีเอทิลีนไกลโคล, หรืออลิโกเมอร์ลักติด์ที่ 5 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์จะลดอุณหาสูงสุดของการเปลี่ยนสภาพและเพิ่มความยืดหยุ่น แต่ผลลัพธ์จะลดลงตามเวลาเมื่อพลาสติกไซเดอร์เคลื่อนย้ายออกไป และจะลดความทนทานต่อความร้อน ซึ่งตรงข้ามกับกลยุทธ์การบ่มกลีเซอรีน เมื่อต้องการความแข็งแรงและความทนทานต่อความร้อนทั้งสองอย่าง การผสมพลาสติก (PLA) และพลาสติก (PBAT) ที่มีกลุ่มเม็ดนิวคลีโอไดน์ (nucleated) กับตัวทำให้เข้ากันได้ (reactive compatibiliser) เป็นโครงสร้างที่เป็นมาตรฐาน
สารผสมสำเร็จรูปที่มีคุณสมบัติลดแรงติด, ป้องกันลื่น, ป้องกันฝุ่น, และมีคุณสมบัติฆ่าเชื้อโรค
สารเพิ่มเติมสำหรับผิวที่มีประสิทธิภาพมีความสำคัญมากกว่าในฟิล์มที่สามารถหมักได้เมื่อเทียบกับฟิล์มโพลีเอทิลีน เนื่องจากฟิล์ม PLA และ PBAT มีความต้านทานที่รุนแรง และเนื่องจากเคมีของผิวที่มีคุณสมบัติทางโพลาร์มีความแตกต่างจากโพลิโอลีฟีน
สารเพิ่มเติมสำหรับลดแรงตึง
Erucamide และ oleamide เป็นสารลดแรงติดที่เป็นไขมันแบบมาตรฐาน และมีชนิดที่ผลิตจากน้ำมันพืชให้เลือกใช้ได้อย่างง่ายดาย ซึ่งช่วยยืนยันความเป็นไปตามคำอ้างสิทธิ์ของผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนประกอบจากวัตถุดิบชนิดบิวทาเบส และยังมีความสามารถในการคอมโพสต์ได้ ความเข้มข้นสุดท้ายที่เป็นปกติอยู่ระหว่าง 0.05 ถึง 0.3 เปอร์เซ็นต์ โดยส่งมอบจากสารที่มีความเข้มข้น 5 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์ ความเคลื่อนไหวของการเคลื่อนย้ายต่างจากโพลีเอทิลีน: ใน PLA อิมิดจะบวมช้ากว่าเนื่องจากตัวกลางเป็นแข็งที่อุณหภูมิห้องโดยทั่วไป ดังนั้นจึงต้องมีช่วงเวลาการปรับสภาพที่ยาวกว่านี้ก่อนที่ปัจจัยความติดขัดจะคงที่ และผู้ผลิตที่วัดความติดขัดทันทีหลังการฉีดจะมักใช้ปริมาณที่มากเกินไป ใน PBAT และผสม PBAT ที่มีส่วนประกอบสูง มิตช์มีความยืดหยุ่นและการบวมเกิดขึ้นเร็ว
ระบบป้องกันล้อติด
สารไซลิกธรรมชาติและเทคโนโลยี, แมงกานีส, ทาลก และแคริลคาไลเซียมละเอียดถูกใช้ในปริมาณ 0.1 ถึง 0.5 เปอร์เซ็นต์ในแผ่นที่ผลิตจากสารคอนซานต์ที่มีปริมาณ 10 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ ขนาดของอนุภาคต้องตรงกับขนาดของผ้า: สำหรับผ้าเครื่องซักผ้าที่ใช้ในกระเป๋าผ้าแห้งขนาด 15 ถึง 20 ไมโครเมตร ความละเอียดของอนุภาคประมาณ 3 ถึง 5 ไมโครเมตรจะให้ความลาดชันที่เพียงพอโดยไม่สร้างความมืดหรือรอยแตก สารไซลิกา มีความชื้นถูกดูดซึมอยู่และควรทำการแห้งก่อนผสมเข้ากับตัวนำสารโพลีเอสเตอร์
ป้องกันฝุ่น
การบรรจุผลผลิตสดในฟิล์มที่สามารถคายได้ด้วยคอมโพสต์ต้องมีประสิทธิภาพในการป้องกันฝุ่นละออง และสารเพิ่มเติมที่ใช้ ได้แก่ สารพัดผิวที่ไม่ไอโนนิก เช่น เอสเตอร์ของซอร์บิทาน, เอสเตอร์ของกลีเซอรอล และ เอสเตอร์ของพอลิกลีเซอรอล ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารอาหารที่ได้จากธรรมชาติและสามารถคายได้ด้วยคอมโพสต์ ความเพิ่มเติมที่เป็นปกติอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์ สารเพิ่มเติมจะเคลื่อนตัวไปยังผิวและลดแรงดันสัมพัทธ์ระหว่างน้ำและอากาศ ทำให้น้ำหยดกระจายเป็นชั้นสีขาวที่สม่ำเสมอ แทนที่จะเป็นเม็ดน้ำที่สะท้อนแสง ใน PLA, ความเร็วการเคลื่อนย้ายที่ช้ากว่าแสดงว่าผลของการป้องกันฝุ่นจะปรากฏขึ้นในช่วงเวลาหลายชั่วโมงถึงหลายวัน และคุณสมบัติการป้องกันฝุ่นในอุณหภูมิเย็นควรจะทดสอบอย่างแยกจากคุณสมบัติการป้องกันฝุ่นในอุณหภูมิสูง
ระบบป้องกันเชื้อโรค
มาสเตอร์แบชช์ที่มีคุณสมบัติฆ่าเชื้อโรคในบรรจุภัณฑ์ที่สามารถย่อยสลายได้เป็นความขัดแย้งทางเทคนิคที่ต้องถูกแก้ไขอย่างระมัดระวัง: สินค้านั้นออกแบบมาเพื่อถูกใช้เป็นอาหารของเชื้อโรคในช่วงปลายชีวิตของมัน ส่วนสารเพิ่มเติมนั้นออกแบบมาเพื่อฆ่าเชื้อโรค ระบบที่ใช้สารเงินบนพื้นฐานซิลิโคนหรือแก้วฟอสเฟตที่มีความเข้มข้น 0.3 ถึง 2 เปอร์เซ็นต์, โอไซด์ซิงค์, และสารเคมีออร์แกนิกที่ใช้ในการผลิตจากสารประกอบของน้ำมันหอมระเหยหรือชิตอสแตนเป็นต้นทั้งหมดถูกใช้อยู่ สินค้าแอนติไบโอติกที่มีวัตถุประสงค์สำหรับการรับรองความสามารถในการหมักควรได้รับการทดสอบอย่างระมัดระวังต่อเกณฑ์การแบ่งประเภทและความเป็นพิษทางสิ่งแวดล้อม เพราะสารฆ่าเชื้อที่มีความแรงพอจะชะลอความเร็วของกระบวนการหมักลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่ 90% ในทางปฏิบัติ หน้าต่างการติดตั้งที่ให้ความมีประสิทธิภาพทางเชื้อโรคต่อผิวอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่รบกวนกระบวนการคั่วคอมโพสต์เป็นอย่างมาก และระบบที่ใช้สารแคลเซียมในช่วงต่ำสุดของช่วงความสามารถเป็นระบบที่ได้รับการรับรองมากที่สุด การรับรองความปลอดภัยต่อการสัมผัสอาหารเป็นข้อกำหนดที่แยกต่างหากและมีความยากยิ่งขึ้นเช่นกัน โดยมีขีดจำกัดการผสมผสานเฉพาะสำหรับทองคำ
การรับรอง: ความสามารถในการย่อยสลาย, ความเป็นพื้นฐานจากธรรมชาติ และการสัมผัสอาหาร
มีสามเส้นทางการรับรองที่แตกต่างกันสำหรับมาสเตอร์แบทช์พลาสติกชีวภาพ และการสับสนระหว่างพวกเขาคือความผิดพลาดทางการค้าที่พบมากที่สุดในภาคนี้ ความสามารถในการย่อยสลายเป็นหมู่ชีวภาพ (compostability) หมายถึงจุดสิ้นสุดของชีวิต ความสัมพันธ์ของวัตถุดิบที่เป็นพื้นฐานระบุต้นกำเนิดของวัตถุดิบ การปฏิบัติตามมาตรฐานการสัมผัสอาหาร หมายถึงความปลอดภัยของผู้บริโภค ผลิตภัณฑ์สามารถมีการรวมกันของทั้งสามสิ่งได้
มาตรฐานความสามารถในการคายประกอบ
EN 13432 เป็นมาตรฐานที่เหมาะสมของยุโรปสำหรับบรรจุภัณฑ์ที่สามารถรีไซเคิลผ่านการหมักและการแบ่งประเภทได้ และเป็นมาตรฐานที่เป็นที่ยอมรับทั่วโลก เนื้อหาได้กำหนดข้อกำหนด 4 ข้อ คุณสมบัติเคมีและขีดจำกัดของโลหะหนักต้องถูกต้อง โดยมีส่วนของแข็งที่ละลายได้อย่างน้อย 50% การแบ่งประเภทต้องมีการเปลี่ยนแปลงอินทรีย์คาร์บอนเป็นไดออกไซด์อย่างน้อยเก้าสิบเปอร์เซ็นต์ภายในเวลาไม่เกินหกเดือนในสภาวะการหมักที่ควบคุมตามวิธีการ Respirometric ของ EN 14046 ซึ่งตรงกับ ISO 14855 การแตกตัวต้องมีความละเอียดอย่างน้อยเกือบ 90% เมื่อผ่านกรองขนาด 2 มิลลิเมตรหลังจากผ่านการทดสอบการคอมโพสต์แบบปฏิบัติการตามมาตรฐาน EN 14045 เป็นเวลา 12 สัปดาห์ นอกจากนี้ คุณภาพของปุ๋ยต้องไม่ได้รับผลกระทบ และต้องได้รับการยืนยันด้วยการทดสอบความเป็นพิษต่อการเจริญเติบโตของพืชในสองชนิด
ASTM D6400 เป็นเทียบเท่าในภูมิภาคอเมริกาเหนือสำหรับวัสดุพลาสติกที่ออกแบบมาเพื่อบำบัดทางชีวภาพด้วยวิธีการบำบัดทางชีวภาพในสถานที่จัดการขยะของเมืองหรือสถานที่อุตสาหกรรม โดยใช้ ASTM D5338 เป็นวิธีการทดสอบการบำบัดทางชีวภาพ และกำหนดขีดความสามารถที่เทียบเคียงเกิน 90% และขีดจำกัดของสารหนัก ISO 17088 เป็นมาตรฐานระดับนานาชาติ ASTM D6868 สามารถขยายวิธีการนี้ไปใช้กับเคลือบและแผ่นที่ใช้บนกระดาษและวัสดุอื่น ๆ
การคอมโพสท์ที่บ้านเป็นข้อกำหนดที่ยากกว่าเนื่องจากอุณหภูมิในช่วงนั้นต่ำกว่า และกลุ่มเชื้อโรคมีความรุนแรงน้อยกว่า NF T 51-800 ในประเทศฝรั่งเศส และ AS 5810 ในประเทศออสเตรเลียกำหนดเกณฑ์ และโครงสร้างการรับรองเช่น OK compost HOME ใช้เกณฑ์เหล่านี้ PLA มักจะไม่สามารถคอมโพสต์ที่บ้านได้เนื่องจากต้องมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนรูปของพลาสติกเพื่อทำการเปลี่ยนสารได้อย่างมีประสิทธิภาพ; ส่วนผสมของ PBAT, PHA, PCL และสารขัดผิวสามารถผ่านได้ การแบ่งประเภทของดินเพื่อใช้เป็นผ้าเคลือบพืชเกษตรถูกกำหนดในมาตรฐาน EN 17033, และการแบ่งประเภทของน้ำทะเลโดย ASTM D6691 และวิธีที่เกี่ยวข้อง, โดย PHA เป็นโพลีเมอร์หลักที่สามารถตอบสนองได้
การวัดความสัมพันธ์ของวัตถุทางชีวภาพ
ความเข้มข้นของคาร์บอนจากวัตถุชีวภาพได้รับการคำนวณด้วยวิธีการวิเคราะห์รังสีอัลฟา ASTM D6866 นำมาตรการการวัดอัตราส่วนของคาร์บอน-14 ต่อคาร์บอนทั้งหมดด้วยวิธีการสเปกโตรมิเตอร์มวลเร่ง หรือการนับด้วยไฟฟ้าแบบลิคิวดิซิชชัน โดยใช้ความจริงที่ว่า คาร์บอนจากสิ่งมีชีวิตไม่มีคาร์บอน-14 ที่สามารถวัดได้ ในขณะที่คาร์บอนจากสิ่งมีชีวิตมีระดับคาร์บอน-14 ที่เท่ากับระดับในอากาศปัจจุบัน ผลลัพธ์แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนสมัยใหม่ และถูกแปลงเป็นปริมาณคาร์บอนจากวัตถุชีวภาพ ISO 16620 และ EN 16785 มีวิธีการที่เทียบเท่ากันในระดับยุโรป โดย EN 16785-1 ยังอนุญาตให้ใช้วิธีการคำนวณปริมาณโดยใช้ข้อมูลการนำเข้ามาตรฐาน
สำหรับผู้ผลิตผงสำเร็จรูป (masterbatch) เรื่องนี้สำคัญเนื่องจากแพ็คเกจสารเสริมทำให้ความเข้มข้นของวัตถุที่ผลิตจากวัตถุดิบชนิดบิวทาโนลลดลง ใบเสนอขายของ PLA ที่ประกอบด้วยคาร์บอนจากวัตถุดิบชีวภาพ 100% โดยมีสีจากมาสเตอร์แบช 3% บนพื้นฐาน PBAT ที่มาจากแหล่งปิโตรเลียม และมีส่วนผสมของสีที่มาจากแหล่งปิโตรเลียม จะมีค่าต่ำกว่าหมื่นเปอร์เซ็นต์เล็กน้อย เมื่อผู้ถือสิทธิบัตรแบรนด์กำหนดเปอร์เซ็นต์ของวัตถุดิบที่เป็นบิวโอไบโออย่างน้อยที่สุด, ควรตรวจสอบการเลือกเมาสเตอร์แบชช์ตามเปอร์เซ็นต์ดังกล่าวก่อนการผลิตแทนที่จะตรวจสอบหลังจากการทดสอบ
การปฏิบัติตามมาตรฐานการสัมผัสอาหาร
ในสหภาพยุโรป ข้อตกลง EU 10/2011 เกี่ยวกับวัสดุและผลิตภัณฑ์พลาสติกที่มีวัตถุประสงค์จะเข้าสัมผัสกับอาหารกำหนดรายการที่อนุญาตของโมโนเมอร์และสารเพิ่มเติม โดยกำหนดขีดความสูงการปล่อยสารในระดับเฉพาะสำหรับแต่ละสารและขีดความสูงการปล่อยสารรวม 10 มิลลิกรัมต่อตารางนิ้วของพื้นผิวการสัมผัส ทุกสารเพิ่มเติมในชุดผสมที่ใช้สำหรับบรรจุภัณฑ์อาหารต้องปรากฏในรายการของสหภาพ หรือต้องได้รับการปกป้องตามกฎหมายระหว่างประเทศหรือกฎหมายของประเทศ และผู้ผลิตชุดผสมต้องได้รับการแจ้งความถูกต้องที่ระบุสารเพิ่มเติมที่มีการใช้งานสองประเภทและข้อจำกัดใด ๆ สีไม่ได้ระบุเป็นรายการอย่างชัดเจนในระดับสหภาพ และแทนที่จะนั้นถูกกำกับโดยกฎหมายและมาตรฐานความบริสุทธิ์ของแต่ละประเทศ ซึ่งทำให้เอกสารการจัดการสีจากผู้ผลิตเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง
ในสหรัฐอเมริกา สารที่สัมผัสอาหารถูกกำกับโดย FDA ใน Title 21 ของ Code of Federal Regulations หรือโดยการให้ความเห็นชอบในส่วนที่เกี่ยวข้อง, การขอข้อยกเว้นตามเกณฑ์การกำกับ, หรือการแจ้งสารที่สัมผัสอาหาร ในประเทศจีน สำนักงานมาตรฐานแห่งชาติกำหนดมาตรฐาน GB 4806 ให้ใช้กับวัสดุที่สัมผัสอาหาร โดย GB 4806.6 ใช้กับยางพลาสติก และ GB 9685 ใช้กับสารเพิ่มเติม การทดสอบการเคลื่อนย้ายต้องใช้สารจำลองอาหารและเงื่อนไขที่เหมาะสมกับการใช้งานที่ตั้งใจไว้ และสำหรับ PLA เนื่องจากโพลีเมอร์จะละลายใกล้เคียงกับอุณหภูมิ 55 องศาเซลเซียส การพิจารณาอุณหภูมิของการทดสอบจึงควรทำอย่างระมัดระวัง
| Standard | Region / scope | What it certifies | Key threshold | Typical timeframe | Notes |
|---|---|---|---|---|---|
| EN 13432 | European Union, packaging | Industrial compostability | 90 percent biodegradation; 90 percent disintegration | 180 days biodegradation; 12 weeks disintegration | Includes heavy metal limits and plant growth ecotoxicity test |
| EN 14995 | European Union, non-packaging plastics | Industrial compostability | Equivalent to EN 13432 | Same as EN 13432 | Applies to products outside packaging scope |
| ASTM D6400 | North America | Industrial compostability | 90 percent biodegradation | 180 days | Uses ASTM D5338 test method; basis for BPI certification |
| ASTM D6868 | North America | Compostable coatings on substrates | Comparable to D6400 | 180 days | Covers coated paper and board |
| ISO 17088 | International | Compostable plastics specification | 90 percent biodegradation | 180 days | International harmonised specification |
| NF T 51-800 | France | Home compostability | 90 percent biodegradation at ambient | Up to 365 days | Much harder than industrial; PLA usually fails |
| AS 5810 | Australia | Home compostability | 90 percent biodegradation at ambient | Up to 365 days | Includes earthworm ecotoxicity test |
| EN 17033 | European Union | Biodegradable mulch film in soil | 90 percent biodegradation in soil | Up to 24 months | Specific to agricultural mulch applications |
| ASTM D6691 | International | Marine biodegradation test method | Method, not pass criterion | Typically 90–180 days | PHA is the principal polymer able to satisfy marine claims |
| ASTM D6866 | International | Bio-based carbon content | Reported as percent modern carbon | Single analysis | Radiocarbon method; independent of biodegradability |
| ISO 16620 / EN 16785 | International / European Union | Bio-based content | Reported as percentage | Single analysis or mass balance | EN 16785-1 allows documented mass-balance route |
| EU 10/2011 | European Union | Food contact plastics | Overall migration 10 milligrams per square decimetre | Per migration test protocol | Positive list of monomers and additives; colourants nationally regulated |
| FDA 21 CFR / Food Contact Notification | United States | Food contact substances | Per substance clearance | Per clearance route | Clearance may exist by regulation, exemption or notification |
| GB 4806 series and GB 9685 | China | Food contact materials and additives | Per substance limits | Per migration protocol | GB 4806.6 covers resins; GB 9685 covers additives |
การปฏิบัติการผสมด้วยเครื่องผสมสองแกนสำหรับเมสเตอร์แบทช์พลาสติกชนิดใหม่
เครื่องอัดรีดสองแกนที่หมุนร่วมกันเป็นเครื่องเดียวที่เป็นไปได้สำหรับการผลิตเมสเตอร์แบทช์พลาสติกชีวภาพ เพราะมันให้การควบคุมอัตราการใส่วัตถุดิบและความเร็วของแกนอย่างอิสระ, รูปทรงแกนที่สามารถแบ่งส่วนได้, การใส่วัตถุดิบในระดับต่าง ๆ สำหรับวัตถุเติม, และการลดความชื้นที่หลายจุด แต่การใช้การตั้งค่าแปลงที่ถูกคัดลอกมาจากเครื่องผลิตมาสเตอร์แบทช์สีจากโพลิโพรพิลีนจะทำลายสารประกอบ PLA และนี่คือจุดที่ผู้ผลิตคนแรกส่วนใหญ่ล้มเหลว
การกำหนดสกรูสำหรับแรงดึงต่ำ
เป้าหมายหลักคือการให้เกิดการกระจายด้วยการใช้พลังงานเฉพาะที่น้อยที่สุดและการเพิ่มอุณหภูมิน้ำเย็นที่ต่ำที่สุด นี้จะนำไปสู่ชุดของกฎการออกแบบที่เป็นไปได้จริง การละลายควรทำด้วยบล็อกสั้นของแผ่นปั่นขับที่มีมุม 30 องศาและ 45 องศา แทนที่จะเป็นส่วนที่ละลายอย่างแรงและยาวนาน เพราะพลาสติกที่ทำจากโพลีเอสเตอร์จะละลายได้ง่าย และไม่ต้องใช้พลังงานมากเท่ากับโพลิโอลีฟีนที่เป็นสารชนิดครบวงจร ควรใช้ตัวปั่นกลางที่มีมุม 90 องศาและตัวปั่นที่ปรับได้อย่างระมัดระวัง และควรใช้เฉพาะที่ต้องการการปิดความร้อนก่อนการปล่อยอากาศหรือเครื่องใส่วัตถุด้านข้างเท่านั้น ส่วนประกอบการผสมแบบแยก — เครื่องผสมแบบตุรบิน, ส่วนประกอบผสมแบบมีช่องหรือมีฟัน, และเครื่องผสมแบบเกียร์ — ควรรับภาระการทำให้สม่ำเสมอเนื้อหาเนื่องจากพวกมันจะนำเสนอวัตถุออกจากจุดเดิมโดยไม่มีแรงเสียดทานที่สูงในบริเวณใด ๆ และไม่มีการทำให้เนื้อหาเย็นตัวจากความเย็นของความไหลของเนื้อหา
ตัวนำสารระหว่างโซนการผสมควรมีระยะทางที่ยาวกว่าระยะปกติ เพื่อให้สารละลายเคลื่อนไหวและป้องกันการสะสมในพื้นที่ใด ๆ ส่วนการระบายควรสร้างแรงดันที่จำเป็นเพียงสำหรับเครื่องฉีดและเครื่องเปลี่ยนตัวกรองเท่านั้น เนื่องจากโซนแรงดันสูงที่ยาวเพิ่มทั้งอุณหภูมิและเวลาในการพักตัว ตัวกระจายแรงดันที่มีความกว้างของช่องกระจายแรงดันสูงและใช้เครื่องสูบเกียร์ที่ต้องการความมั่นคงของแรงดันสูงเป็นการจัดวางที่ดีกว่าปลายแนวการดันที่ยาว
อัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางและการออกแบบท่อ
อัตราส่วน L/D ประมาณ 40 เป็นตัวเลือกที่ใช้ทั่วไปสำหรับเมสเตอร์แบทช์พลาสติกชนิดหนึ่ง เนื้อที่ที่มีความยาวเพียงพอสำหรับการอัดสารหลัก, การละลาย, การระบายอากาศแบบแรงดันต่ำครั้งแรก, การอัดสารชนิดเสริม, โซนการผสมครั้งที่สอง, การระบายอากาศแบบแรงดันต่ำครั้งที่สอง, และส่วนสร้างแรงดัน, โดยยังคงระยะเวลาอยู่ภายในช่วงเป้าหมาย หลอดที่ยาวกว่า 44 ถึง 52 L/D ซึ่งเป็นที่พบบ่อยในการผสมสารประกอบโพลิโอเลฟินที่เติมเต็มมาก ๆ จะเพิ่มความสัมผัสความร้อนโดยไม่ได้ประโยชน์ใด ๆ สำหรับ PHA และวัสดุที่มีความไวต่อความร้อนอย่างมาก ความยาวของท่อ 32 ถึง 36 ลิตร/นิ้ว หรือการใช้ระบบแม่-ลูกแบบสองขั้นที่ท่อแยกความร้อนสามารถส่งผลิตภัณฑ์ที่ผสมร้อนลงไปในท่อแยกความเย็นที่มีสายพานหมุนช้าแบบสายพานเดียวหรือสายพานคู่ จะช่วยให้คงค่าอัตราส่วนโมเลกุลได้ดีขึ้น ระบบอัดแบบสองขั้นของ Kerke’s KTE-SE ถูกออกแบบสำหรับแก้ปัญหาเหล่านี้อย่างตรงไปตรงมา ซึ่งวัสดุไม่สามารถรับมือกับกระบวนการแบบขั้นเดียวได้
การออกแบบระบบอาหาร
การใส่ปริมาณอาหารด้วยการวัดน้ำหนักเป็นวิธีปกติสำหรับทุกส่วนประกอบ และความแม่นยำของวิธีนี้มีผลต่อความสม่ำเสมอของสีและปริมาณสารเพิ่มเติม ผงที่มีความหนาแน่นต่ำ เช่น กรดแคลเซียมที่ตกค้าง, ไซลิกที่เผาไหม้, เส้นใยเซลลูโลส, และบางสีต้องนำเข้าโดยใช้อุปกรณ์ใส่ผงด้านข้างแทนที่จะใส่ผ่านช่องหลัก เพราะการพยายามใส่ผงเหล่านี้ลงในท่อที่มีสารละลายอยู่แล้วจะทำให้เกิดการระบายออกผ่านช่องหลักและทำให้การใส่ผงลดลง วัสดุที่มีความหนาแน่นต่ำสามารถประหยัดพลังงานได้จากเครื่องใส่วัสดุแบบแนบ (crammer feeder) ซึ่งจะบดผงก่อนที่จะส่งไปยังมอเตอร์ใส่วัสดุด้านข้าง ส่วนผสมของสารเหลว เช่น สารเพิ่มความยืดหยุ่น, สารลดแรงติด, และน้ำสำหรับการทำลายแป้ง จะถูกฉีดผ่านเครื่องใส่สารเหลวที่ควบคุมปริมาณเข้าสู่ส่วนที่เต็มไปด้วยสารเหลวภายในท่อที่มีแรงดัน
การแบ่งอัดวัสดุระหว่างสองเครื่องอัดข้าง ทำให้สามารถลดความต้องการแรงหมุนสูงได้ และป้องกันไม่ให้การใส่ผงเย็นอย่างมากทำให้วัสดุละลายและทำให้เครื่องอุ่นท่อต้องทำการปรับเทียบ Kerke จัดหาระบบวัดปริมาตร, เครื่องใส่วัตถุแบบสองลูกกลิ้ง, เครื่องใส่วัตถุแบบแยก, เครื่องใส่วัตถุแบบคำนวณน้ำหนัก, และเครื่องใส่วัตถุแบบไหลของเหลวเป็นตัวเลือกที่สามารถปรับแต่งได้ในชุด KTE ทั้งหมด ซึ่งทำให้การออกแบบระบบใส่วัตถุสามารถเข้ากับสูตรการผลิตเฉพาะได้อย่างเหมาะสม ไม่ต้องปรับแต่งตามแบบแผนที่กำหนดไว้
ข้อมูลค่าผลการทดสอบ
ความเร็วของมอเตอร์สำหรับมาสเตอร์แบทช์พลาสติกชนิดหนึ่งอยู่ระหว่าง 200 ถึง 400 รอบต่อนาที ซึ่งต่ำกว่าความเร็วที่ 500 ถึง 900 รอบต่อนาทีที่พบในมาสเตอร์แบทช์สีพลโอลีน ความเข้มข้นของพลังงานเฉพาะควรตั้งเป้าหมายอยู่ในช่วง 0.12 ถึง 0.22 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม ซึ่งเทียบกับ 0.25 ถึง 0.35 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม ในการผสมพลาสติกเทคนิค ความดันใช้งานควรอยู่ใกล้เคียงกับขีดความสูงสูงสุดเพื่อให้เครื่องไม่เป็นปัจจัยจำกัด เครื่องดูดควรทำงานที่ 20 ถึง 50 มิลลิแบร์โดยตรง ควรตรวจสอบแรงดันการละลายอย่างต่อเนื่องเนื่องจากแนวเพิ่มขึ้นในสภาวะที่คงที่เป็นสัญญาณแรกของการเกิดผลกระทบที่มากเกินไปของตัวขยายสาย หรือการทำให้กรองมืดลง ส่วนแนวลดลงแสดงให้เห็นว่ามวลโมเลกุลลดลงจากการการหดตัวทางเคมีหรือการเสื่อมสภาพทางความร้อน
การเคมีโลหะและการทำความสะอาด
สายการผลิตเมสเตอร์บล็อกพลาสติกเปลี่ยนสีและสูตรบ่อยครั้ง ดังนั้น ความสะอาดจึงเป็นปัญหาในด้านเศรษฐกิจการผลิต รูปร่างของหม้อเกลียวหมุนร่วมกันที่สามารถล้างตัวเองได้ มีรูปทรงที่ดีและลดการติดขัดลงอย่างมีประสิทธิภาพ ส่วนการออกแบบหม้อเกลียวที่ใช้คอมพิวเตอร์ของ Kerke ที่มีส่วนปั่นผสมให้มีความสามารถในการล้างตัวเองและความสามารถในการเปลี่ยนแปลงได้อย่างเต็มรูปแบบ ช่วยให้สามารถเปลี่ยนเครื่องได้อย่างรวดเร็ว เหล็กที่มีการนิตรไดรฟ์เหมาะสำหรับงานที่ไม่มีส่วนผสมและมีสีสันน้อย; บาร์เรลลีนเนอร์ที่เป็นสองชนิดของเหล็กและตัวล็อคเครื่องมือที่เป็นเหล็กหรือส่วนประกอบสกรูที่ผลิตด้วยเทคนิคการผลิตโลหะผสมจะมีประสิทธิภาพเมื่อมีการประมวลผลวัสดุที่มีส่วนผสมของทาลค, กรดแคลเซียมที่มีความหนาแน่นเกิน 40% ความหนา, กระจกหรือเส้นใยธรรมชาติ เนื่องจากกรดออร์แกนิกที่ปล่อยออกมาจากการย่อยสลายของโพลีเอสเตอร์มีฤทธิ์กัดกร่อน ดังนั้นการกำหนดวัสดุที่มีความทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นสิ่งที่ควรพิจารณาในแต่ละสายที่จะใช้ PLA หรือ PHA อย่างสม่ำเสมอ
การบดเป็นเม็ด, การเย็น และการจัดการในสายการผลิตต่อไป
การผลิตเม็ดเป็นเรื่องที่ยุ่งยากอย่างไม่สมเหตุสมผลในการผลิตเมสเตอร์บัชช์ของพลาสติกชีวภาพ เพราะวัสดุอยู่ในจุดที่ตรงข้ามกัน: เส้นที่มีส่วนประกอบของ PLA มากจะแข็งและแตกหัก ส่วนเส้นที่มีส่วนประกอบของ PBAT และ PCL มากจะนิ่มและยึดเกาะและไม่สามารถตัดได้อย่างสะดวก การเลือกเครื่องบดเม็ดต้องตามการพัฒนารูปแบบผลิตภัณฑ์ ไม่ใช่การทำตรงกันข้าม
การผลิตเม็ดพลาสติกแบบสาย
การผลิตเม็ดด้วยระบบปั่นน้ำยังคงเป็นวิธีที่นิยมที่สุดและมีค่าใช้จ่ายที่ต่ำที่สุด และมันเหมาะกับผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนประกอบจาก PLA และเติมด้วยทาลคหรือแคลเซียมคาร์บอเนตได้ดี เนื่องจาก PLA มีความคงตัวที่ช้า จึงต้องทำให้เส้นเย็นลงเพียงพอที่จะมีความแข็งแรงที่ปลายเครื่องตัด แต่ไม่ควรทำให้เย็นจนเกินไป เพราะจะทำให้เกิดความแข็งแรงต่ำและเกิดการแตกก่อนถึงแผ่นตัด อุณหภูมิของน้ำอาบน้ำอยู่ในช่วง 20 ถึง 40 องศาเซลเซียส มีระยะเวลาดำน้ำที่สั้น และมีแผ่นลมที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นความสมดุลที่นิยมใช้ น้ำบนพื้นผิวที่เหลืออยู่เป็นศัตรู: น้ำหรือความชื้นที่เข้าสู่เม็ดจะถูกแยกออกและแปรเปลี่ยนรูประหว่างการเก็บรักษา และจะทำให้โพลีเมอร์ในเครื่องอัดเม็ดของลูกค้าถูกทำลาย การแห้งด้วยเครื่องแยกด้วยแผ่นแม่เหล็ก (air-knife drying) ตามด้วยเครื่องแยกด้วยแรงหมุน (centrifugal dryer) เป็นวิธีปกติ และถังปรับสภาพที่ถูกทำให้แห้งด้วยเครื่องดูดความชื้นหลังจากอัดเม็ดเป็นวิธีที่ดีสำหรับผลิตภัณฑ์ระดับสูง
การผลิตแผ่นสายด้วยระบบเย็นลมสามารถหลีกเลี่ยงการสัมผัสน้ำได้อย่างสมบูรณ์ และเป็นทางเลือกที่เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความไวต่อการแปรสภาพทางเคมีสูง แต่จะต้องใช้เครื่องยนต์เย็นที่ยาวและจำกัดความจุการผลิต ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับชนิดที่มีปริมาณน้อยและมีคุณภาพสูง
ระบบด้านหน้าและระบบใต้น้ำ
ผลิตภัณฑ์ที่นุ่ม, มีค่าประสาทสูง, มีความติดกาว – ระบบพาเลท PBAT, ระบบพาเลท PCL, ระบบที่มีความยืดหยุ่นสูง – ต้องใช้การตัดหน้าเครื่องยิง การบดเม็ดด้วยเครื่องบดแบบวงน้ำจะทิ้งฉากน้ำไปยังเม็ดที่ตัดใหม่เพื่อทำให้เม็ดเย็นลงอย่างรวดเร็วและป้องกันการกลุ่มตัวกัน และสามารถควบคุมวัสดุที่มีความติดกาวได้ดีกว่าการใช้เครื่องบดแบบสาย การตัดด้วยละอองน้ำที่ไม่ตรงกลางใช้การฉีดละอองละเอียดที่ควบคุมได้ ซึ่งให้ความสัมผัสน้ำน้อยกว่ารอบน้ำ แต่ยังสามารถป้องกันการติดที่เกิดขึ้นได้ ซึ่งเป็นความสมดุลที่มีประโยชน์สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความติดแน่นและมีความไวต่อการแปรรูปทางเคมีได้อย่างสมดุล การกรองน้ำใต้ทะเลด้วยวงวนน้ำที่ควบคุมอุณหภูมิ โดยอุณหภูมิควรอยู่ระหว่าง 15 ถึง 25 องศาเซลเซียสสำหรับวัสดุเหล่านี้ จะผลิตเม็ดกลมที่สม่ำเสมอ มีคุณสมบัติการไหลที่ยอดเยี่ยม และเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับ PBAT และ PBS masterbatch ที่มีความเร็วสูง ตามที่ระบุไว้ การแห้งส่วนควรถูกกำหนดอย่างเหมาะสม Kerke นำเสนอทุกวิธีการนี้ – การตัดเย็นด้วยน้ำ, การตัดเย็นด้วยอากาศ, การตัดร้อนด้านใบพิมพ์ด้วยอากาศ, การตัดร้อนด้านใบพิมพ์ด้วยน้ำ, การตัดร้อนด้วยละอองน้ำอ่อน, และการผลิตเม็ดพลาสติกใต้น้ำ – เป็นตัวเลือกที่สามารถกำหนดได้บนเครื่อง KTE ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากโรงงานผลิตเมสเตอร์แบชที่มีอยู่ทั่วไปจะต้องใช้อย่างน้อยสองวิธีการนี้
การเก็บรักษาและบรรจุ
ไมโครพลาสติกมาสเตอร์แบชช์ที่เสร็จสมบูรณ์ต้องถูกบรรจุในวัสดุที่ป้องกันความชื้น เช่น ถุงลามิเนตจากฟอยล์อลูมิเนียมที่มีสารดูดความชื้น และต้องปิดผนึกทันทีหลังจากการแปรรูปเป็นเม็ดขณะที่ผลิตภัณฑ์ยังแห้งอยู่ ถุงผ้าโพลีโพรพีลีนมาตรฐานที่มีผิวภายในจากโพลีเอทิลีนจะอนุญาตให้ความชื้นเข้าสู่ภายในได้อย่างมีนัยสำคัญในช่วงการเก็บรักษาเป็นเวลาหลายสัปดาห์ และส่วนผสมที่มาถึงเครื่องผลิตในปริมาณ 1,500 ชิ้นต่อล้านชิ้นจะทำให้สินค้าของลูกค้าเสียหายโดยไม่สำคัญว่าจะผสมอย่างไร ก้อนบดที่มี PBAT สูงยังต้องมีการป้องกันการติดก้อนขณะเก็บรักษา ได้แก่ การเย็นลงสู่อุณหภูมิปกติก่อนใส่ถุง, การจำกัดความสูงของแท่นเก็บ, และในบางกรณี การทอดละเอียดด้วยผงป้องกันติดก้อนที่สามารถค่อย ๆ ละลายได้
คู่มือการกำหนดขนาดเส้นและการเลือกอุปกรณ์
ความเร็วในแนวทางการผลิตมาสเตอร์แบทช์ของพลาสติกชีวภาพต่ำกว่าของแนวทางการผลิตโพลิโอลีฟีนที่เทียบเคียงสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางของแปรงที่เท่ากัน เนื่องจากความเร็วของแปรงและพลังงานเฉพาะต้องถูกจำกัดทั้งสองอย่าง การคาดการณ์ที่มีประโยชน์คือการลดคะแนนของมาสเตอร์แบทช์โพลิโอลีฟีนของเครื่องที่กำหนดไว้จากสองสิบถึงสามสิบห้าปีสำหรับงานที่ใช้ PLA และมากกว่านั้นสำหรับ PHA การกำหนดขนาดควรจะมุ่งเน้นไปที่ผลิตภัณฑ์ที่มีความท้าทายสูงสุดในพอร์ตโฟลิโอที่ตั้งใจจะผลิต ไม่ใช่ผลิตภัณฑ์เฉลี่ย
เครื่องบด KTE ของ Kerke มีขนาดตั้งแต่ KTE-16B ที่ระดับทดลองจนถึง KTE-135D สำหรับการผลิตในปริมาณมาก โดยมีกำลังผลิตตั้งแต่ประมาณ 30 กิโลกรัมต่อชั่วโมงขึ้นไป และอัตราส่วนความยาวและความกว้างของท่อ, การติดตั้งสกรู, ระบบระบายอากาศ, การติดตั้งอุปกรณ์ป้อน, และการควบคุมไฟฟ้า สามารถกำหนดได้ตามโครงการแต่ละโครงการโดยไม่จำเป็นต้องเป็นแบบแผนที่กำหนดไว้ล่วงหน้า ความสามารถในการปรับแต่งเป็นความต้องการสำคัญในงานผลิตพลาสติกชีวภาพที่ไม่ใช่เครื่องเดียวกันสำหรับคอนซานต์ PHA และสำหรับคอนซานต์ผงแคลเซียมคาร์บอเนตที่มีสัดส่วน 70% เครื่องอัดรีดสองลูกสูบในห้องปฏิบัติการควรได้รับความสนใจอย่างพิเศษในการใช้งานนี้: เนื่องจากสูตรของพลาสติกชีวภาพเป็นอย่างไรก็ตามและเนื่องจากการทดสอบการรับรองเป็นเรื่องที่ใช้เวลานานและมีค่าใช้จ่ายสูง การสามารถดำเนินการทดลองสูตรเล็ก ๆ และวัดพลังงานเฉพาะ, อุณหภูมิสูงสุดของวัตถุและการรักษาความหนาแน่นของโมเลกุลก่อนที่จะลงทุนในการผลิตขนาดใหญ่ จะช่วยลดความเสี่ยงในการพัฒนาได้อย่างมาก
| Application | Suggested screw diameter class | Suggested L/D | Feeding arrangement | Devolatilisation | Recommended pelletiser |
|---|---|---|---|---|---|
| Formulation development and certification samples | Laboratory class, 16 to 26 millimetres | 36–40 | Twin loss-in-weight plus micro side feeder | One vacuum vent | Air-cooled or short water strand |
| PLA colour concentrate | 35 to 65 millimetres | 40 | Main gravimetric plus pigment side feeder | One to two vacuum vents | Water-cooled strand with centrifugal dryer |
| PBAT colour or additive concentrate | 35 to 75 millimetres | 36–40 | Main gravimetric plus side feeder | One vacuum vent | Water ring die face or underwater |
| กรดแคปไรซ์ filler concentrate, 60 to 80 percent | 65 to 135 millimetres | 40–44 | Split side feeding, crammer for fine grades | Atmospheric plus two vacuum vents | Water-cooled strand or underwater |
| PLA-PBAT reactive compatibilised compound | 50 to 95 millimetres | 40–44 | Main plus side feeder plus liquid injection | Two vacuum vents | Water-cooled strand or water ring |
| PHA concentrate or compound | 35 to 75 millimetres | 32–36, or two-stage system | Main gravimetric, minimal side addition | One vacuum vent, short melt path | Air-cooled die face or chilled underwater |
| น้ำตาลไทเทเนียม and starch-PBAT compound | 50 to 135 millimetres | 40–48 | Starch main feed, liquid water and glycerol injection | Atmospheric plus two to three vacuum vents | Water ring or underwater |
| Natural fibre and bio-composite compound | 50 to 95 millimetres | 40–44 | Crammer side feeder for fibre | Atmospheric plus two vacuum vents | Water-cooled strand |
อุปกรณ์การผสมแบบคู่สกรูสำหรับงานนี้ถูกนำเสนออย่างทั่วโลกโดยหลายผู้ผลิตที่มีชื่อเสียง รวมถึง Coperion และ Leistritz ในยุโรป และ Japan Steel Works ในเอเชีย รวมถึงผู้เชี่ยวชาญจากประเทศจีนเช่น Kerke สิ่งที่แตกต่างระหว่างผู้ผลิตในกลุ่มพลาสติกชีวภาพคือไม่ใช่ค่ารีดมุมที่ระบุไว้ในหน้าแรกเท่านั้น แต่เป็นความพร้อมที่จะออกแบบการวางแนวสกรู, แผนการระบายอากาศ, และระบบผลิตเม็ดให้เข้ากับวัสดุที่มีความไวต่อความร้อนและความไวต่อการแปลงสารได้อย่างชัดเจนมากกว่าการจัดสรรการออกแบบตามรูปแบบพลาสติกโพลิโอเลฟีนแบบมาตรฐาน ตำแหน่งของ Kerke ในฐานะผู้ผลิตเครื่องอัดลมแบบคู่สกรูชั้นนำที่ได้รับการยอมรับจากประเทศจีน 5 อันดับแรก ซึ่งมีการออกแบบสกรูด้วยคอมพิวเตอร์และชุดอุปกรณ์เสริมครบครันรวมถึงเครื่องผสมความเร็วสูง, เครื่องบด, เครื่องผลิตเม็ดและเครื่องเย็นน้ำ สะท้อนวิธีการของแบรนด์ Wanplas ที่มุ่งเน้นการจัดหาเครื่องอัดลมที่ครบครันและเหมาะกับการใช้งานแทนการจัดหาเครื่องอัดลมแยกต่างหาก
การแก้ไขปัญหาในการผลิตมาสเตอร์แบทช์จากพลาสติกชีวภาพ
ส่วนใหญ่ปัญหาการผลิตในภาคนี้มาจากสาเหตุหลัก 4 ประการ ได้แก่ ความชื้น, อุณหภูมิสูงเกินไป, เวลาที่อยู่เกินไป หรือความไม่สมดุลระหว่างตัวนำและวัสดุ ตารางด้านล่างแสดงอาการที่พบบ่อยและสาเหตุที่เป็นไปได้ รวมถึงการแก้ไขที่จะช่วยแก้ปัญหาได้
| Symptom | Most likely causes | Diagnostic check | Corrective action |
|---|---|---|---|
| Melt viscosity falls progressively during a run | Hydrolysis from wet resin or wet filler; thermal degradation | Measure resin and filler moisture; verify dryer dew point; log melt temperature | Restore dew point to minus 40 degrees Celsius; pre-dry filler; lower melt temperature; add chain extender |
| Smoke or white fume at the die, deposits on cold surfaces | Lactide regeneration from PLA above roughly 210 degrees Celsius | Direct melt thermocouple reading, not barrel setpoint | Reduce screw speed; soften kneading blocks; lower front-zone setpoints; shorten pressure build zone |
| Brown or amber discolouration, burnt specks | Local overheating in kneading zone; dead spots in die or adapter; excessive residence time | Inspect screws and die for degraded material; check for stagnant flow geometry | Clean and streamline flow path; replace worn elements; reduce specific energy; increase output rate |
| Gels and hard fisheyes in downstream film | Chain extender over-addition or over-reaction; incompatible carrier; cross-linked material | Filter pressure trend; microscopy of gel; verify chain extender dosing | Reduce chain extender to below 1 percent; shorten reaction residence; confirm carrier compatibility; install melt filtration |
| Poor colour development, streaking, weak tinting strength | Insufficient dispersive mixing; incompatible carrier; pigment agglomerates | Filter pressure value test; optical microscopy of pressed film | Add distributive mixing elements; use finer pigment grade; pre-disperse in lower-melting carrier; raise viscosity by lowering temperature slightly |
| Strand breaks constantly at the pelletiser | Low melt strength; over-cooled brittle PLA strand; molecular weight loss | Measure melt flow index of product; check bath temperature and immersion length | Add chain extender; raise bath temperature toward 40 degrees Celsius; shorten immersion; add gear pump for flow stability |
| Pellets agglomerate in the bag or hopper | Soft tacky PBAT or PCL-rich formulation; pellets bagged warm; slow crystallisation | Measure pellet temperature at bagging; check storage stack height | Extend cooling; switch to water ring or underwater cutting; cool below 35 degrees Celsius before bagging; reduce stack height |
| Vent flooding, polymer extruding from vent port | Melt seal too weak or too strong; overfilled barrel; low melt viscosity | Observe vent behaviour at varying feed rate and screw speed | Adjust melt seal element configuration; reduce feed rate relative to screw speed; fit a vent stuffer |
| Torque limit reached at low output | Highly filled recipe at low melt temperature; undersized machine; excessive kneading | Compare specific energy against target band; check filler loading and particle size | Split filler feed across two side feeders; simplify screw; raise rear-zone temperature; consider larger diameter or higher-torque gearbox |
| Compostability test fails on disintegration | Article too thick; excessive inorganic filler; non-degrading carrier or additive | Review full bill of materials against the 1 percent and 5 percent rules; check volatile solids | Reduce wall thickness; lower filler level; replace non-compliant carrier or additive with a certified alternative |
| Ecotoxicity plant growth test fails | Pigment or additive inhibits germination; excess copper or zinc; antimicrobial active | Test constituents individually against control | Substitute the offending colourant; reduce loading; remove or reformulate antimicrobial package |
| Moulded parts warp or shrink inconsistently between colours | Pigment acting as an unintended nucleating agent; variable crystallinity | Differential scanning calorimetry on each colour; compare crystallisation temperature | Balance the formulation by adding nucleant to the non-nucleating colours; standardise total nucleation across the colour range |
คำถามที่ถามบ่อย
สามารถใช้มาสเตอร์แบทช์พลาสติกโพลีเอทิลีนแบบปกติใน PLA หรือ PBAT ได้หรือไม่?
เท่านั้นในปริมาณเล็กมาก และไม่เคยใช้ในผลิตภัณฑ์ที่ต้องมีการประกาศว่าสามารถคายประจุได้ EN 13432 ให้อนุญาตกับส่วนประกอบที่ไม่สามารถแบ่งประเภทได้ต่ำกว่า 1% ของน้ำหนักแห้ง และรวมของส่วนประกอบทั้งหมดไม่เกิน 5% การใช้พื้นฐานของโพลีเอทิลีนหรือเอทิลีนไวนิลแอซิเอทที่มีอัตราส่วนการละลาย 2 ถึง 4 เปอร์เซ็นต์ทำให้ขีดจำกัดของสารประกอบเดียวที่ 1 เปอร์เซ็นต์ถูกละทิ้งทันที ตั้งแต่การรับรองไปจนถึงการผลิต, สารนำพอลิโอลีนไม่สามารถผสมเข้ากับโพลีเอสเตอร์อัลฟาไฮดรอกซิลได้ ทำให้เกิดเกล, แสงสะท้อน, ความมืด, สายแข็งที่อ่อนแอ และการนำสีที่ไม่ดี แนวทางที่ถูกต้องคือการใช้ถุงพับสำหรับครอบครัวหรือถุงพับที่ได้รับการรับรองว่าสามารถคายประจุได้ทั่วไป
ความจำเป็นต้องกำหนดขีดจำกัดอุณหภูมิต้มละลายของมาสเตอร์แบทช์ PLA ในขณะที่ผสมวัตถุดิบไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพรมไหมพ
ควรคงความร้อนของวัตถุที่ละลายที่ถูกวัดในตัวยางอยู่ต่ำกว่า 200 องศาเซลเซียสโดยประมาณ โดยตั้งเป้าหมายการทำงานที่ 185 ถึง 195 องศาเซลเซียส PLA จะเริ่มผ่านการการเสื่อมสภาพทางความร้อนได้วัดได้, การแยกชั้นและการฟื้นฟูลักติดขึ้นเมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ประมาณ 210 องศาเซลเซียสขึ้นไป และกระบวนการจะเร่งขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 230 องศาเซลเซียสขึ้นไป จุดตั้งของท่อที่ 170 ถึง 190 องศาเซลเซียสร่วมกับการออกแบบสกรูที่มีการแยกแรงต่ำเป็นปกติเนื่องจากการสูญเสียความเย็นในเมสเตอร์แบทช์ที่มีส่วนผสมของสีหรือวัสดุเติมอาจทำให้อุณหภูมิละลายสูงขึ้น 15 ถึง 30 องศาเซลเซียสเกินกว่าจุดตั้งของท่อ ควรตรวจสอบด้วยเซนเซอร์ทอร์มคูเปล์ที่ลอยอยู่ในวัตถุไหลตลอดเวลาแทนที่จะพึ่งพาค่าปรับของโซน
ความแห้งของ PLA และ PBAT ต้องอยู่ในระดับใดก่อนการผสม?
PLA ต้องถูกทำความแห้งให้ต่ำกว่า 250 ชิ้นต่อล้านส่วนของความชื้นที่เหลืออยู่ และต่ำกว่า 100 ชิ้นต่อล้านส่วนเมื่อความสำคัญของการรักษาความหนาแน่นของโมเลกุลเป็นปัจจัยสำคัญ โดยใช้เครื่องทำความแห้งด้วยสารดูดความชื้นที่สามารถลดอุณหภูมิความชื้นได้ถึง -40 องศาเซลเซียส PLA ที่คริสตัลปกติจะถูกแห้งไว้สี่ถึงหกชั่วโมงที่อุณหภูมิ 80 ถึง 100 องศาเซลเซียส ส่วน PLA ที่ไม่คริสตัลและวัสดุที่รีไกรด์จะต้องถูกเก็บไว้ต่ำกว่า 50 องศาเซลเซียส เพื่อป้องกันการกลุ่มตัวกันในถัง PBAT และ PBS จะถูกแห้งโดยทั่วไปในระหว่างสามถึงสี่ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 60 ถึง 80 องศาเซลเซียส เพื่อลดค่ามูลค่าเหลือต่ำกว่า 400 ถึง 500 ชิ้นต่อล้าน สารเติมและสารเพิ่มความชื้นต้องถูกนำเข้าสู่งบประมาณความชื้นเนื่องจากเมื่อมีปริมาณสูงมักจะมีส่วนส่งผลต่อปริมาณน้ำทั้งหมดมากกว่าสารย้อม
สีไหนที่สามารถใช้ได้ในมาสเตอร์แบทช์ที่ได้รับการรับรองว่าสามารถย่อยสลายได้?
สารแคดเมียม, สารลูกกลิ้ง, สารไฮโดรเจนชรอเมทกว่า 6 และสารแร่ธาตุแร่ที่ถูกกำหนดในขีดจำกัดของสารหนักตามมาตรฐาน EN 13432 และ ASTM D6400 ทำให้สารแคดเมียมสีเหลืองและสีแดง, สารลูกกลิ้งสีเหลือง, สารมอลิบดาต์สีส้ม และสารไฮโดรเจนชรอเมทสีเขียวถูกขีดออกจากแผนสี สีที่สามารถใช้ได้ ได้แก่ ไททาเนียมไดออกไซด์รูทิล, สารออกไซด์เหล็กเทียม, สีอัลตรามารีนบลู, และสีออร์แกนิกที่ทนความร้อน ได้แก่ สีคุปเปอร์ฟทาลาไซยานีนบลูและกรีน, ควินาคริดอน, สีดิกิโตพีรโรโลพีรโรลเรด, สีอิโซอินดิโลนอนและเบนซิมิดาโซโลนยลาว ทุกสีต้องยังผ่านการทดสอบความเป็นพิษต่อการเจริญเติบโตของพืช, สีที่มีส่วนประกอบของเหล็กต้องตรวจสอบความเหมาะสมต่อขีดจำกัดของเหล็กในสภาพแสงที่เข้มข้น, และดินทรายดำจะถูกควบคุมอยู่ต่ำกว่า 1 เปอร์เซ็นต์ของผลิตภัณฑ์ที่เสร็จสมบูรณ์
อะไรคือความหมายของ "เครื่องขยายสาย" ในมาสเตอร์แบทช์ของพลาสติกชีวภาพ?
ออลิโกเมอร์เอพอกซี่ที่มีความหลากหลายทางการใช้งาน ซึ่งเป็นคอปอลิเมอร์สเตรีน-เอคริลิกที่มีกลุ่มกลิซิไดล์ 4 ถึง 12 ชนิดต่อสาย และมีน้ำหนักเทียบเท่าออลิโกเมอร์ประมาณ 280 ถึง 450 กรัมต่อโมลล์ จะมีการเปลี่ยนแปลงกับกลุ่มสุดท้ายของกรดคาร์บอกซิลและไฮโดรไซด์ของ PLA, PBAT, PBS และ PHA การนี้ช่วยฟื้นฟูน้ำหนักโมเลกุลที่สูญเสียไปเนื่องจากการการหดตัวทางเคมีและการแตกทางความร้อน, นำเสนอการสร้างกิ่งก้านขนาดใหญ่, เพิ่มความหนืดเมื่อมีแรงหมุนต่ำและความแข็งของวัสดุในสภาพละลาย, และให้พฤติกรรมการเพิ่มความแข็งที่จำเป็นสำหรับการผลิตลูกบอลฟิล์มที่มีความมั่นคงและการผลิตผ้าแบบไม่มีการหดตัว การเพิ่มเติมประมาณ 0.3 ถึง 1.5 เปอร์เซ็นต์ของสารประกอบที่เสร็จสมบูรณ์ โดยให้เป็นสารสกัดที่มีความเข้มข้น 5 ถึง 20 เปอร์เซ็นต์บนพื้นฐานโพลีเอสเตอร์ที่เข้ากันได้ เมื่อความหนืดสูงกว่า 1.5 ถึง 2.0 เปอร์เซ็นต์ ความเป็นเกลือและการติดขัดของกรองมีความเป็นไปได้
ความแตกต่างระหว่างเนื้อหาที่เป็นสารอุตสาหกรรมที่สามารถแบ่งประเภทได้และเนื้อหาที่เป็นสารอุตสาหกรรมจากวัตถุธรรมชาติคืออะไร?
เนื่องจากเป็นค่าที่แตกต่างกันอย่างชัดเจนที่ถูกวัดด้วยมาตรฐานที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ความสามารถในการแบ่งประเภทและการหมักดินได้ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน EN 13432, ASTM D6400 หรือ ISO 17088 ซึ่งต้องมีการเปลี่ยนแปลงออร์แกนิกแคโรบิเนตเป็นไดออกไซด์อย่างน้อยเกือบ 90% ภายใน 180 วัน รวมถึงการแตกตัวและประสิทธิภาพด้านความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิต ความสัมพันธ์ของวัตถุที่มาจากชีวภาพถูกวัดด้วยการวิเคราะห์ด้วยรังสีอัลฟาแบบไร้คาร์บอนตาม ASTM D6866 หรือ ISO 16620 เพื่อแยกคาร์บอนที่เกิดจากสัตว์และพืชจากคาร์บอนที่มาจากก๊าซธรรมชาติ Bio-PE ประกอบด้วยสารอินทรีย์ประมาณ 94% แต่ไม่เคยแบ่งตัวเป็นสารอินทรีย์; PBAT เป็นวัสดุที่สามารถคั่วได้อย่างสมบูรณ์ แต่ส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์ที่มาจากแร่ธาตุ ผู้ผลิตแบรนด์ที่ขอวัสดุที่ยั่งยืนควรถามว่าตัวเลือกใดที่พวกเขาต้องการจริง ๆ เพราะคำตอบนี้จะเปลี่ยนการพัฒนาแบบฟอร์มล้วน ๆ
ทำไมสายผลิตมาสเตอร์แบทช์ของพลาสติกชีวภาพจำเป็นต้องมีการออกแบบเครื่องวัดแรงหมุนต่ำ?
เนื่องจากจุดอ่อนของการเสื่อมสภาพทางความร้อนอยู่เพียง 20 ถึง 40 องศาเซลเซียสเหนือจุดหลอมเหลวของวัสดุเหล่านี้มากกว่า 90% ทำให้ไม่มีอุณหภูมิที่เหมาะสำหรับการใช้งาน บล็อกการแปรงที่มีมุม 90 องศาและการปรับแต่งที่แรงสามารถสร้างการสูญเสียความเงาได้สูงและสามารถเพิ่มอุณหภูมิละลายไปเหนือค่าปรับตั้งได้อย่างมาก ทำให้เกิดควันลักติดใน PLA และการเสื่อมสภาพสีเข้มใน PHA เนื่องจากนั้น ดีไซน์ของสกรูพลาสติกจึงใช้แผ่นแปะขนาดเล็กที่มีมุม 30 องศาและ 45 องศาเพื่อการละลาย การส่งผ่านแบบหมุนและส่วนผสมที่มีช่องแคบแทนที่จะใช้บล็อกแผ่กระจายเพื่อการทำให้สม่ำเสมอ การผสมที่สั้น การส่งผ่านระยะทางที่ยาว และส่วนที่สร้างแรงดันน้อย - ทั้งหมดนี้เป็นการลดเวลาที่อยู่และการใช้พลังงานเฉพาะลง
ระบบอัตราส่วน L/D และระบบผลิตเม็ดไหนเหมาะกับระบบการผลิตมาสเตอร์แบทช์ของวัสดุชีวภาพ?
L/D ประมาณ 40 เป็นตัวเลือกที่นิยมใช้ เพราะสามารถให้พื้นที่สำหรับการใส่วัสดุแบ่งส่วนและมีสองโซนการดูดซึมความชื้นพร้อมกัน ขณะที่เวลาในระบบอยู่ในช่วงเป้าหมาย 20 ถึง 60 วินาที สำหรับ PHA ที่ไวต่อความร้อน ให้ใช้ท่อที่มีความยาวสั้น 32 ถึง 36 L/D หรือการจัดวางแบบแม่-ลูกสองระดับจะช่วยให้คงค่าความยาวโมเลกุลได้ดีขึ้น สายที่มีส่วนประกอบ PLA ที่มากจะบดเป็นเม็ดได้อย่างดีบนเครื่องบดสายที่มีระบบเย็นด้วยน้ำ มีระยะเวลาบ่อย ๆ ที่ 20 ถึง 40 องศาเซลเซียส และมีแผ่นตัดลมที่มีประสิทธิภาพ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนประกอบ PBAT, PBS และ PCL ที่นุ่มและมีความติดกาวมักจะต้องใช้การตัดผิวเครื่องตัดด้วยน้ำ, การตัดด้วยหมอกน้ำที่ไม่ตรงกลาง หรือการบดด้วยน้ำที่เย็นและควบคุมอุณหภูมิภายใต้น้ำ
คุณสมบัติของวัตถุดิบที่สามารถทิ้งเป็นชิ้นส่วนได้นั้นมีความพร้อมสำหรับการสัมผัสอาหารหรือไม่?
ใช่ค่ะ แต่การรับรองความสามารถในการคั่วและการรองรับการสัมผัสอาหารเป็นการรับรองที่แยกกันอย่างชัดเจน และไม่มีอะไรแสดงให้เห็นว่าอันหนึ่งหมายถึงอันอื่น ในสหภาพยุโรป ความเข้มข้นของแต่ละโมเลกุลและสารเพิ่มเติมต้องปรากฏอยู่ในรายชื่อที่อนุญาตในกฎหมาย EU 10/2011 โดยมีระดับการผสมผสานรวมไม่เกิน 10 มิลลิกรัมต่อตารางเมตร และค่าสิ้นเปลืองเฉพาะที่กำหนดไว้ต้องถูกปฏิบัติตาม; สีถูกจัดการผ่านกฎหมายและเกณฑ์ความบริสุทธิ์ของแต่ละประเทศแทนที่จะเป็นรายชื่อที่อนุญาตของสหภาพยุโรป ดังนั้น จึงต้องขอเอกสารการรับรองคุณภาพจากผู้ผลิต ในสหรัฐอเมริกา ส่วนประกอบต้องผ่านการตรวจสอบตาม Title 21 ของ Code of Federal Regulations หรือต้องมีการแจ้งการสัมผัสอาหาร (Food Contact Notification) ในประเทศจีนใช้มาตรฐาน GB 4806 และ GB 9685 สภาวะการทดสอบการเคลื่อนย้ายต้องแสดงความเหมาะสมกับการใช้งานที่ตั้งใจไว้ โดยให้พิจารณา PLA เนื่องจากโพลีเมอร์จะละลายใกล้กับจุดการเปลี่ยนรูปของพลาสติก
ปริมาณการสูญเสียเท่าใดเมื่อเทียบกับเครื่องผลิตมาสเตอร์แบทช์ของโพลีโอลเฟน?
ในฐานะตัวเลขการวางแผน คาดว่าจะมีผลผลิตต่ำกว่ามากกว่า 20 ถึง 35% เมื่อเครื่องนี้ทำงานด้วยมาสเตอร์แบทสีโพลิโอลีฟีนที่เทียบเคียง และมากกว่านั้นสำหรับ PHA ความสูญเสียมาจากสามแหล่ง ได้แก่ ความเร็วของสกรูที่จำกัดอยู่ที่ประมาณ 200 ถึง 400 รอบต่อนาทีแทนที่จะเป็น 500 ถึง 900 รอบ, การใช้พลังงานเฉพาะที่จำกัดอยู่ที่ประมาณ 0.12 ถึง 0.22 กิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อกิโลกรัม, และการออกแบบสกรูที่เรียบง่ายซึ่งเปลี่ยนความเข้มข้นในการผสมให้เป็นความปลอดภัยทางความร้อน การคืนค่าส่วนหนึ่งของผลลัพธ์นี้เป็นไปได้โดยการปรับปรุงการเย็นสำหรับแผ่นปูพื้นของท่อ, ใช้เครื่องสูบเกียร์เพื่อให้เครื่องอัดไม่ต้องสร้างแรงดันในตัวแท่ง, และใช้ตัวนำที่มีค่าสูงกว่าเพื่อให้ทั้งกระบวนการสามารถทำงานในอุณหภูมิที่ต่ำกว่าได้
สามารถผลิตมาสเตอร์แบทช์พลาสติกชีวภาพได้บนเครื่องผลิตโพลีโอลเฟนที่มีอยู่หรือไม่?
มักจะใช่ แต่มีการเปลี่ยนแปลง การเปลี่ยนแปลงสำคัญคือเครื่องอบแห้งที่สามารถลดจุดความชื้นได้ถึง -40 องศาเซลเซียส, การปรับโครงสร้างของเครื่องผสมแบบสกรูใหม่โดยการลบส่วนที่มีการผสมแรงดันสูงและส่วนที่มีการผสมกลับ, ระบบการลดความชื้นด้วยการดูดซึมที่ทำงานอย่างถูกต้องด้วยการปิดสนิทของวัสดุที่ละลาย, การใส่วัตถุอย่างน้อยหน่วยน้ำหนัก, และการบรรจุภัณฑ์ที่ป้องกันความชื้นในผลิตภัณฑ์ที่เสร็จสมบูรณ์ ความจุในการทำความเย็นของท่อเป็นข้อจำกัดที่ซ่อนอยู่มักจะเป็นปัญหา เพราะเครื่องที่ออกแบบมาเพื่อรักษาอุณหภูมิที่ 230 องศาเซลเซียสอาจมีปัญหาในการรักษาอุณหภูมิที่ 175 องศาเซลเซียสเนื่องจากความหนืดของการทำความร้อน การติดเชื้อกันก็เป็นความเสี่ยงจริง: ส่วนประกอบของโพลิโอลีฟีนที่เหลืออยู่ในบาร์เรลจะปรากฏเป็นเจลในแผ่นที่สามารถคายออกได้โดยธรรมชาติ และจะทำให้การรับรองล้มเหลว ดังนั้นการทำความสะอาดอย่างเข้มข้น และโดยดีควรใช้หม้อเกลียวที่แยกกันเป็นเรื่องที่ควรพิจารณา
คำสรุป
Masterbatch สำหรับพลาสติกชีวภาพเป็นปัญหาการปรับค่าให้เหมาะสมที่มีข้อจำกัด ซึ่งข้อจำกัดด้านความร้อน การหดตัวทางเคมี และข้อกำหนดทั้งหมดมีผลบังคับในเวลาเดียวกัน วัสดุฐานกำหนดความสูงของอุณหภูมิ – ประมาณ 200 องศาเซลเซียสสำหรับ PLA, 175 ถึง 180 สำหรับ PHA, และต่ำกว่านี้สำหรับ PBAT และ PBS มาตรฐานความสามารถในการหมักกำหนดข้อกำหนดสำหรับตัวนำ, เนื่องจากกฎการใช้ส่วนประกอบเดียวที่ 1% ใน EN 13432 และ ASTM D6400 ลบตัวนำที่เป็นโพลิโอลีฟีนออกไปทั้งหมด และขอให้ใช้โพลีเอสเตอร์ที่ตรงกันหรือตัวเลือกที่ได้รับการรับรองว่าสามารถหมักได้ เคมีภายในโครงสร้างเอสเตอร์ที่ผ่านการการหดตัวด้วยน้ำจะกำหนดมาตรฐานความชื้นอยู่ต่ำกว่า 250 ชิ้นต่อล้านชิ้นสำหรับ PLA ซึ่งสามารถทำได้เฉพาะด้วยเครื่องอบแห้งที่มีจุดความชื้นอยู่ที่ -40 องศาเซลเซียส และต้องบังคับใช้กับวัสดุเติมและสารเพิ่มเติมไปพร้อมกับสารประกอบ และข้อกำหนดด้านความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตกำหนดสีสันของสีพ่น, โดยปฏิเสธการใช้สารเคมีที่มีแร่แคดเมียม, สารกะพริบ และสารไฮโดรเจนชรอมสูง, และขอให้มีการตรวจสอบอย่างเป็นระบบเกี่ยวกับทุกสิ่งที่เหลืออยู่
ภายใต้ข้อจำกัดเหล่านี้ ผู้พัฒนาเครื่องมือมีชุดเครื่องมือที่พัฒนาได้อย่างดี เครื่องขยายสายเอพอกซีที่มีความหลากหลายในการใช้งาน มีความดันสาย 0.3 ถึง 1.5% และมีน้ำหนักโมเลกุลที่เพิ่มขึ้น ซึ่งช่วยให้ได้คุณสมบัติความแข็งของสารละลายที่ PLA และ PBAT ไม่มีอยู่ในปริมาณที่เหมาะสม คาร์บอไดไมด์โพลีเมอร์ปิดท้ายกลุ่มกลุ่มคาร์บอกซิลของกรดและเพิ่มระยะเวลาในการเก็บรักษา ทาลค, ไฮดราซิด และสเตอรอยด์คอมเพล็กซ์ PDLA ช่วยเร่งกระบวนการการคริสตัลไลซ์ และเพิ่มอุณหภูมิที่สามารถรับแรงดึงได้จากประมาณ 55 องศาเซลเซียสไปสู่ช่วงที่มีประโยชน์ การผสม PBAT กับกระบวนการความเข้ากันได้แบบไวต่อสารเปลี่ยนแปลงชนิดรีเอคทีฟทำให้ PLA ที่มีความแข็งแรงน่าผนึกกลายเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงและยืดหยุ่นได้ กรดแคปไรซ์ที่มีขนาดของส่วนชิ้นและความชื้นควบคุมได้ จะช่วยควบคุมต้นทุนและความแข็งแรง สารเพิ่มความลื่น, สารป้องกันการลื่นและสารป้องกันฝ้าแบบสังเคราะห์ช่วยเสริมประสิทธิภาพของผิวโดยไม่ทำให้การรับรองเสียหาย
สิ่งที่กำหนดว่าผลิตภัณฑ์ดังกล่าวจะสามารถส่งมอบให้กับลูกค้าได้อย่างสมบูรณ์นั้นคือกระบวนการผสม เครื่องต้องสามารถแยกสีและวัสดุผสมออกอย่างทั่วถึง โดยเพิ่มประวัติความร้อนและการแตกหักได้น้อยที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ – เป็นความตรงกันข้ามที่สามารถแก้ไขได้เฉพาะโดยการออกแบบสกรูอย่างระมัดระวัง, L/D ประมาณ 40, การผสมที่เป็นการกระจายแทนการผสม, การใส่ส่วนผสมข้างทางผ่านเครื่องใส่สกรูและเครื่องใส่ผสมแบบแยก, การวัดน้ำหนักตามน้ำหนักโดยการใช้ระบบน้ำหนัก, การกำจัดความชื้นด้วยการใช้ความดันลม 20 ถึง 50 มิลลิบาร์ และระบบผลิตเม็ดที่เลือกใช้ตามความเป็นกระด้างหรือความติดของผลิตภัณฑ์
Kerke, โรงงาน Wanplas ที่มีประสบการณ์มากกว่า 12 ปีในการผลิตเครื่องบดคู่หมุนแบบพาราเลลและได้รับการยอมรับว่าเป็นผู้ผลิตชั้นนำจากประเทศจีนในหมวดนี้ ระบุการผลิตพลาสติกที่สามารถย่อยสลายได้และเมาสเตอร์แบทช์เป็นอุตสาหกรรมหลักของบริษัท KTE series จากเครื่องทดลอง KTE-16B ไปจนถึงเครื่องผลิต KTE-135D ได้ถูกกำหนดตามโครงการในด้านอัตราส่วน, รูปทรงท่อ, การจัดวางสกรู, ระบบระบายอากาศ, การออกแบบระบบอัดและการควบคุมไฟฟ้า และระบบ KTE-SE สองขั้นตอนช่วยแก้ปัญหาวัสดุที่มีความไวต่อความร้อนเกินไปสำหรับการประมวลผลขั้นเดียว ชุดเครื่องบดเต็มรูปแบบ – สายที่เย็นด้วยน้ำ, สายที่เย็นด้วยอากาศ, การตัดแผ่นรูปทรงรางที่เย็นด้วยอากาศและน้ำ, การตัดด้วยหมอกน้ำที่ไม่ตรงกลาง, และการบดในน้ำ – รวมถึงอุปกรณ์เช่นอุปกรณ์ใส่ข้าง, อุปกรณ์ใส่ข้าง, อุปกรณ์ใส่ด้วยการสูญเสียน้ำหนัก, อุปกรณ์ใส่น้ำ, เครื่องผสมความเร็วสูง, เครื่องบด, และเครื่องทำความเย็นด้วยน้ำ – ทำให้สามารถจัดเตรียมเครื่องมือเพื่อการผลิตพลาสติกชีวภาพได้อย่างสมบูรณ์ตามสูตรที่กำหนดไว้แทนที่จะต้องปรับแต่งตามการออกแบบพอลิโอลีนแบบมาตรฐาน ด้วยมาตรฐานการออกแบบและการให้บริการที่ร่วมกันของแบรนด์ Wanplas ในกว่า 70 ประเทศ Kerke ช่วยให้ผู้ผลิตมาสเตอร์แบทช์สามารถดำเนินการตั้งแต่การทดลองในห้องปฏิบัติการไปจนถึงการตรวจสอบแบบสุ่มและการผลิตอย่างเต็มรูปแบบ หากคุณกำลังวางแผนโครงการมาสเตอร์แบทช์พลาสติกชีวภาพในปี 2569 คุณควรกำหนดฐานและการรับรองเป้าหมายก่อน, ให้ดำเนินการทดลองในระดับห้องปฏิบัติการเพื่อวัดพลังงานเฉพาะ, อุณหภูมิสูญเสีย และการรักษาความหนา, และกำหนดสายที่มีผลิตภัณฑ์ที่มีความไวต่อความร้อนที่สุดในพอร์ตโฟลิโอของคุณแทนที่จะเป็นผลิตภัณฑ์ที่ง่ายที่สุด
