【書籍】
プラスチックリサイクル
- 世界の規制と対策・要素技術開発の動向と市場展望 -
〇世界中で開発が加速する「マテリアルリサイクル」「ケミカルリサイクル」の最前線
〇各国の廃プラ排出・リサイクル処理の現状と関連法規制の動向、企業の取り組み事例
〇要素技術高機能化の展望(処理手法、識別分別、分析評価、複合材料のリサイクル)
発刊日 | 2021年7月28日 |
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体裁 | B5判並製本 346頁 |
価格(税込)
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ISBNコード | 978-4-86428-266-6 |
Cコード | C3058 |
資源枯渇、廃棄物処理、海洋流出など環境破壊への懸念、CO2排出による地球温暖化への影響…
持続可能な社会の実現に向け、立ちはだかる課題を解決し、資源を有効に活用するために、
進化を続ける『プラスチックサイクル技術』の"今"と"これから"を徹底解説した一冊です。
▼世界の廃プラスチック規制と、各国・企業・関連組織の動向、プラスチックリサイクルの現状
世界経済フォーラム主催の「ダボス会議」をはじめ、G7・G20のサミットで問題提起される海洋プラスチック問題を皮切りとした廃棄プラスチックへの対応問題。2015年頃からの各会議の動向をはじめ、日本を含む世界各国の廃プラチック対策の取り組みや法規制、既存のプラスチックリサイクルの現状・実情を幅広く解説。
プラスチックの高次構造を保ったまま循環利用が可能なマテリアルリサイクル技術。多層フィルムや樹脂以外のごみとの分別が難しい廃プラスチックを液化やガス化し、ナフサ原料や化学品、樹脂原料として再利用するケミカルリサイクル技術。要素技術の基礎から実際の企業における取り組み事例、今後の展望まで幅広く解説。
▼循環利用のために様々な方法が模索されるプラスチック包装材料のリサイクルに向けた技術開発動向
海洋プラスチック問題やCircular Economyへの対応のため、リサイクルへの取り組みが加速する包装産業。プラスチック包装材料をリサイクルする際の課題、再生樹脂を利用した事例から、リサイクル性を高めるためのモノマテリアル化に向けた国内外の取り組み事例を幅広く掲載。
▼廃プラスチックのリサイクルに関わる要素技術の開発動向とその高機能化、将来展望
常圧溶解、亜臨界・超臨界流体、マイクロ波など、各種リサイクル手法とその高機能化への展望から、樹脂の識別・分析技術、CFRP/GFRPなどの複合材料からの樹脂の分離・回収技術、パルスパワーによる樹脂表面からの金属被膜剥離技術など、更なるリサイクルの効率向上に向けた要素技術の開発動向を幅広く掲載。
概要
【目次抜粋】 第1章 廃プラスチックリサイクル技術概論 ・廃プラスチックの現状、国内外の規制や制度とその対策の動向 ・廃プラスチックリサイクル技術とLCA、バイオプラスチックや生分解性ポリマーの開発動向 第2章 マテリアルリサイクル技術の開発動向と応用展開 ・マテリアルリサイクルに用いられる廃プラスチックの種類、排出場所・工程 ・樹脂の分別技術、添加剤、着色剤、強化材の種類と利用事例 ・コンパウンディング、よく起こる問題と技術フォロー、リサイクル材の適用事例 第3章 ケミカルリサイクル技術の開発動向と応用展開 ・廃プラスチックの液化とガス化、再エネ水素を利用した化学品や航空燃料の製造技術 ・ポリスチレン、ポリ乳酸、PET樹脂のリサイクル技術とポリマー改質アスファルトへの利用 第4章 プラスチック包装材料に関わる国内外の法規制と技術開発動向 第1節 国内外の包装材料(樹脂)のケミカルリサイクルの現状と再生樹脂の利用事例 第2節 軟包装材料に関わる国内外の規制とリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化 第5章 廃プラスチックリサイクルにおける要素技術の開発動向 第1節 常圧溶解法による熱硬化性樹脂のリサイクル技術 第2節 亜臨界・超臨界流体によるプラスチックのケミカルリサイクル技術 第3節 マイクロ波を利用したケミカルリサイクル技術とそのスケールアップ 第4節 物理劣化・物理再生理論による廃プラの高度マテリアルリサイクル技術 第5節 ラマン分光によるプラスチック識別技術と装置開発事例 第6節 廃プラスチックの熱分解分析技術と装置例 第7節 CFRP/GFRPからの樹脂の分離・回収技術の国内外の開発動向 第8節 パルスパワーのリサイクル分野への応用とプラスチック表面の金属被膜剥離技術 |
各章の内容紹介 <本文抜粋>
「第1章 廃プラスチックリサイクル技術概論」
Science Communicationによると,今後,世界のプラスチック需要は増加し続け,2050年には,廃プラスチックの累積発生量は現在の約4倍になると予想されている。2015年までに人類は既に83億トンのプラスチックを生産し,63億トンの廃プラスチックを排出している。そのうち9%はリサイクルされ,12%は焼却処分されたが,79%は投棄されている。このままプラスチックの増加が続くと2050年までに累積260億トンのプラスチック廃棄物が発生し,そのほぼ半分が投棄又は埋立処分されることになってしまう。プラスチックは簡単に分解しないために今世紀の終わりには地球上に何10億トンもの廃プラスチック廃棄物が存在することになる。しかし,全てのプラスチックがリサイクルされれば累積80億トンの発生量に抑制できる。
現在の世界の廃プラスチックのリサイクルの割合は16%にしか過ぎない。日本でいう焼却(サーマルリサイクル)は,世界ではリサイクルに含まれていない。Mckinsey on Chemicalsによると世界のポリマーの生産量は約3.30億トン/年で,廃プラスチックとして2.60億トン排出され,埋立,焼却がそれぞれ40%,25%で,投棄とリークが19%,リサイクルは16%である。メカニカルリサイクルは12%で,リサイクルロスは4%,原料とモノマーヘのリサイクルは,それぞれ1%に満たない。
Mckinsey on Chemicals は2030 年の世界のプラスチック再生ビジネスは6.6 兆円に増加すると予測している。熱分解が約42%,モノマーリサイクルが約19%,メカニカルリサイクルが約38%である。
2050年までの世界のプラスチック需要についての予測では,GDP の年平均成長率を3.1%,リサイクル規制が厳しくなることとリサイクル技術が進歩することを前提として,プラスチックの全需要量の成長率は年3%,メカニカルリサイクルは年7%,モノマー回収率は年18%,原料回収は年17%,バージンのプラスチックは年1%としている。結果として2050 年には,メカニカルリサイクルと原料回収,モノマー回収は,ポリマー需要の半分以上になると予測している。……(本文へ続く)
「第2章 マテリアルリサイクル技術の開発動向と応用展開」
地球温暖化が進む現代において,地下資源を使用して製造したプラスチックを一度の使用で廃棄するのは時代の要請にそぐわない。また,植物起源のプラスチックといえども貴重なエネルギーを使用して生産されることに変わりはない。プラスチックそれ自体は,その軽量性,絶縁性,賦形性等の特質から生活の隅々にまで使われており,生活の質の向上に貢献している。
プラスチックの特性は組成,分子構成,結晶構造,分子鎖の絡まり,各成分の分散状況等により変わり,各プラスチックの開発者は求められる用途に応じて,プラスチックの各要素を設計している。マテリアルリサイクルではこのような高次構造を保ったままリサイクルすることが可能であり,エネルギー消費量の観点からも優れた方法である。樹脂マテリアルリサイクルに関する各要素技術と主にポリプロピレンリサイクル材の高付加価値分野への適用事例を紹介し,リサイクル事業に関心を持たれている方々,実際に事業を行われている方々に有用と思われる知識を提供したい。……(本文へ続く)
「第3章 ケミカルリサイクル技術の開発動向と応用展開」
マテリアルリサイクルが廃プラスチックリサイクルの理想であるが,実際に回収される廃プラスチックは多層フィルムや多くの機能性プラスチックとの混合品であったり,紙類や木質又は食品残渣等が付着しており,洗浄により元のプラスチックにサイクルすることが困難なものが多い。これらの廃プラスチックを液化してナフサ原料,又はガス化して化学品やポリマーを合成してリサイクルするケミカルリサイクルが注目されている。……(本文へ続く)
「第4章 プラスチック包装材料に関わる国内外の法規制と技術開発動向」
「第1節 国内外の包装材料(樹脂)のケミカルリサイクルの現状と再生樹脂の利用事例」
2015年にパラダイムシフトが起こり,今までの考え方を一新して「低炭素」から「脱炭素」に切り替えることとなった。確実に進んでいる地球温暖化対応および関連する異常気候への対応などが必要となり,SDGs 対応を含めてCircular conomy 対応が徐々に進められている。特に包装産業では,海洋プラスチック問題に端を発し,プラスチックの使用量削減および使用済みのプラスチック包材を回収して原料として再利用するCircular Packagingへ変化してきている。プラスチック利用の包装についてはCircular Economyコンセプトが先行して技術開発がまだ伴っていない状態であるが,国内外において徐々に対応が進んできている。包装は,Less Packaging,Less Energy が基本であり,プラスチックを使用する包装では,包装設計の段階で,使用済みの包材を回収して原料として再生して新たに包装資材としてのプラスチックが製造できるように考慮することが求められている。PETボトルでは,先行してメカニカルリサイクルが実用化され,続いてケミカルリサイクルも実用化されようとしている。一番難しい軟包装材料は,モノマテリアル仕様が先行しているが,肝心の回収・再生再利用,Circular Economy/Circular Packaging についてはまだ未整備で不透明なところが多く見切り発車の感じである。異種材料がラミネートされた軟包装材料については溶剤剥離技術や超臨界・亜臨界技術などが鋭意検討されているが,いずれにしても具体化までは業界のコンセンサス,回収方法の法整備,設備の新設が必要であり時間を要する。再生再利用の方向,Circular Economy/Circular Packaging に間違いなく進むが,現在提案されている以外に多くのケミカルリサイクルの提案が今後も続くだろう。……(本文へ続く)
「第2節 軟包装材料に関わる国内外の規制とリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化」
最近,包装業界では軟包装のモノマテリアル化が話題となっている。2018年10月及び2021年2月に開催されたTOKYO PACK では,モノマテリアル化をキーワードとした展示が目立った。モノマテリアル化の発端は,プラスチック製容器包装(商品の容器及び包装)のリサイクル可能化を目標に掲げる欧州委員会(EU)の決議及びそれに続く指令である。JPI(日本包装技術協会)がまとめる日本の包装産業出荷統計によると,国内のプラスチック製容器包装の重量のおよそ42%はフレキシブルパッケージ(軟包装)である。EU で定義するリサイクルを容易に行うためには,軟包装のモノマテリアル化が必須であるという論理により,軟包装のモノマテリアル化が潮流となっている。
軟包装は,複数の材料の特性を生かして複層化することで,機能を発揮するように設計されている。単一の材料構成により軟包装を形成することは,内容物の保護という包装の最大機能を毀損するおそれがある。また,現在のように,高度に内容物を保護する機能を備える軟包装を,その機能を維持してモノマテリアル化することは困難を伴う。ここでは,軟包装のモノマテリアル化を巡る,その背景,目的,方法,実例及び成算について述べる。……(本文へ続く)
第5章 廃プラスチックリサイクルにおける要素技術の開発動向
「第1節 常圧溶解法による熱硬化性樹脂のリサイクル技術」
熱硬化性樹脂複合材料のうち,ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)は軽量で高強度,高耐久性,低価格であることから,浴槽,自動車部品,鉄道車両部品,小型船舶などに広く利用されている。また,最近急激に普及した炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は,スポーツ用品,航空機,風力発電用ブレードなどの高付加価値製品に利用されている。しかしながら,これらの製品に用いられている不飽和ポリエステル樹脂(UP),エポキシ樹脂(EP)などの熱硬化性樹脂は,成形後には加熱しても溶融しないため再成形できず,どのような溶剤にも溶解しないため各素材を分離できない。
また,電子・電機分野では,プリント配線板,モールドコイル変圧器,モールドモーターなども熱硬化性樹脂複合材料に分類される。絶縁信頼性,耐熱性の点から主にEP が使用されるため,FRP と同様にリサイクルが困難である。
その結果,熱硬化性樹脂複合材料はリサイクルが困難な材料として扱われ,別の材料に置き換える動きがある。このような動きを阻止するためには,適正なリサイクル技術を開発する必要がある。
常圧溶解法は,日立化成社(現昭和電工マテリアルズ社)において,2000~2015年に研究され,開発された熱硬化性樹脂複合材料のリサイクル技術である。触媒であるアルカリ金属塩をアルコール溶媒に配合した処理液を用いて,常圧下,約200℃で樹脂を解重合して可溶化する。これをEP,UP などの熱硬化性樹脂を使用した各種複合材料に適用すれば,樹脂は解重合して溶解し,金属,ガラス繊維(GF),炭素繊維(CF)などの無機物は分離回収できる。……(本文へ続く)
「第2節 亜臨界・超臨界流体によるプラスチックのケミカルリサイクル技術」
現在,プラスチックの大部分は石油等の限りある化石資源から製造されているために,廃プラスチックのリサイクル技術の開発が強く求められている。リサイクルの一つの方法としてケミカルリサイクルがある。これは化学反応により廃プラスチックを分解し資源化する方法であり,熱分解法,酸化分解法,加溶媒分解法等が挙げられる。
本節では,溶媒として亜臨界流体または超臨界流体を用いる加溶媒分解を主としたプラスチックのリサイクル技術についていくつか紹介する。……(本文へ続く)
「第3節 マイクロ波を利用したケミカルリサイクル技術とそのスケールアップ」
……マテリアルリサイクルでは,混合・コンタミネーションしたリサイクル原料を使用できないため,適用対象が限られている。ケミカルリサイクルは,広い対象に応用でき,構成原料へ戻すことが可能である。したがって,多様性のあるリサイクル原料に対しては,マテリアルリサイクルよりもケミカルリサイクルが有力な手段であると考えられる。
しかし,現状では,ケミカルリサイクルに必要なプラスチック分解技術は完全には確立されていない。熱分解油化法,解重合法など,様々な研究や実証試験がなされてきたが,ケミカルリサイクルの普及率は国内全体の処理量のわずか4%程度となっている。研究開発などの取り組みが一部見られているものの,コスト,処理能力,プロセスの実現性などにおいて課題を抱えている。より具体的には,バージン製品に匹敵する水準へのリサイクルコスト低減や多種多様な素材への対応などである。
当社が保有しているマイクロ波技術は,現行の通常加熱法が抱える課題の解決の一端を担えると考えている。廃棄プラスチックの熱分解・解重合のエネルギー源として,マイクロ波を活用するのである。マイクロ波は,熱分解反応装置そのものや装置内の占有物全体ではなく,何らかの対象物へ直接・選択的にエネルギーを伝達できる。例えば,ある特定のプラスチックに対して選択的にエネルギーを伝達することができれば,多様な複合素材や混合プラスチックに対する分別・洗浄負担軽減を期待することもできる。……(本文へ続く)
「第4節 物理劣化・物理再生理論による廃プラの高度マテリアルリサイクル技術」
……日本におけるマテリアルリサイクル(MR)比率は,2000年から30%程度で停滞しており,しかもその70%は輸出に回されていたために,日本国内で流通しているMRプラスチックは実質10%にも満たない状況が続いていた。このように廃プラのMR による資源循環システムが構築されてこなかったもっとも大きな阻害要因は,MRプラスチックの力学的物性がバージン品と比較して大きく低下していることにある。長年にわたりこの物性低下の原因は,使用時に曝される紫外線などの影響により高分子の主鎖が切断され低分子量化する「化学劣化」によるものであるという考えが常識として定着していた。この化学劣化はポリオレフィン系プラスチックでは再生が不可能であり,その結果としてMRプラスチックの物性低下は不可避・非可逆となるために,MRプラスチックは再利用用途が付加価値の低いものに限定される,商品価値のない素材として認識されている。そのため,廃プラを専門に収集する業者も少なく,選別も場当たり的であり,無機・有機異物の混入も多く,色調も混色した灰~黒色と,さらに商品価値の低い再生素材として取り扱われてきた。
近年になりようやく光学選別装置の発達・普及によって,ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリスチレンなどの主要オレフィンプラスチック選別の自動化が進み,先進的なリサイクル企業においては,非常に純度の高いMRプラスチックが生産できるようになっている。しかし化学劣化という呪縛はプラスチック製品メーカーに蔓延しており,また実際に力学的物性が歴然として低レベルに留まっているために,MRプラスチックを高付加価値製品の素材として捉えて研究開発に取り組む企業は極めて少ないのが現状である。
このような状況の下,筆者らは製品製造中の工程内廃材であるために市場回収品と比較して化学劣化の程度がより小さいと思われるプレコンシューマ品での基礎実験を開始した。その結果,MRプラスチックの物性が低下している主原因は結晶内部構造,特に積層状態などのメソ構造が変異している「物理劣化」であることを明らかにした。また,同時にこの物理劣化により低下した物性は,再生過程の最適化によってバージン並みに向上できること,すなわちプラスチックの「自己再生能力(Self Resilience Ability)」を活用することにより「物理再生」が可能であることを見出した。さらにこれらの知見をもとに,ペレタイズ時の押出機に溶融樹脂溜まりという新規な装置要素を設けることで,これまでの成形速度を維持したまま,高性能なペレットを生産する新規プロセスを構築できることも見出した。
本報ではこの物理劣化・物理再生理論と自己再生能力を活かした新規高性能ペレット成形プロセス技術について紹介する。……(本文へ続く)
「第5節 ラマン分光によるプラスチック識別技術と装置開発事例」
プラスチックリサイクルの高度化・深化の必要性が高まると,複数種類の混合物から,高純度で種類毎に廃プラスチックを選別回収しなければならなくなる。選別回収した廃プラスチックからコンパウンド工程を経て再生樹脂を得るマテリアルリサイクル(メカニカルリサイクル)は,省資源・省エネルギーの効果が大きいものの,回収時の純度はリサイクルの質を左右する。純度が低くければ,カスケードリサイクルといわれ,機械物性や耐久性が要求を満たさず,低品質の一度きりしか使用できないような製品の原料にしかならない。純度が高ければ,その廃プラスチックを発生した製品の一部として再度使われる原料となる,いわゆるクローズドリサイクルあるいは水平リサイクルを行うことができる。
廃家電や使用済自動車のリサイクルは,リサイクル費用が消費者の負担となっていることもあり,それぞれのリサイクル法の中で,高い水準の量と質が求められている。そのプラスチックリサイクルでは,部品回収によるリサイクルに加え,最終残渣であるシュレッダーダストに含まれるプラスチックすらも高純度で回収し,可能な限りクローズドリサイクルすることが求められる。我々のグループでは,これまで複数のプロジェクトにおいて,ラマン分光法による光学式プラスチック識別技術を用い,このようなシュレッダーダストからの高純度単一成分プラスチックの選別回収技術開発に取り組んできた。その開発事例を紹介する。……(本文へ続く)
「第6節 廃プラスチックの熱分解分析技術と装置例」
……主なリサイクル法には,廃プラを溶融して加工するマテリアルリサイクルと,化学反応を利用して廃プラをモノマーや別の有用分子に変換するケミカルリサイクルがある。いずれの方法においても,原料となる廃プラ素材がリサイクル後の製品の品質や性能に大きく影響するため,素材の分別や受入検査は非常に重要な工程となる。
一般的なプラスチックの組成分析には,溶剤分別法による成分分離の後に,赤外・ラマン分光法や核磁気共鳴などによる組成分析法が用いられている。しかし,廃プラの場合は,包装材,フィルム,梱包材,家電用の筐体,電源ケーブルなど形態や組成が多種多様であり,溶媒に不溶なプラスチックや,カーボンブラックなどの補強材が配合されたもの,2種類以上のプラスチックがブレンドされたものなどが存在する。そのため,組成分析に用いる分析手法によっては煩雑な前処理が必要な場合や解析が不可能な場合がある。
一方,熱分解ガスクロマトグラフ分析法は,ガスクロマトグラフの注入口に直結した熱分解装置内で高分子試料を不活性キャリヤーガス中で熱分解し,ガスクロマトグラフによる分離を経て得られるパイログラム上の熱分解生成物を手掛かりにして,もとの高分子試料の化学構造や組成を解析する手法である。この手法は,0.01~1 mg 程度の微量試料量で,しかも溶媒に不溶なプラスチックであっても,何ら前処理もせずに分析が可能という特長を有しているため,プラスチック分析の分野では汎用的に用いられている。……(本文へ続く)
「第7節 CFRP/GFRPからの樹脂の分離・回収技術の国内外の開発動向」
熱硬化性樹脂複合材料の代表的な製品としては,不飽和ポリエステル樹脂/ガラス繊維複合材料(GFRP),エポキシ樹脂/ 炭素繊維複合材料(CFRP)が挙げられる。
GFRPは1930年代に米国で発明された。1940年代には主に輸送機器用途に開発され,小型船舶の船体,自動車本体および部品,小型飛行機の機体などに使用され始めた。日本へは終戦後に初めてその技術が導入されたが,1960年代には,漁船,浄化槽,浴槽,パネルタンクなどが開発され,1970年代に急速に需要を伸ばした。
また,CFRP は1960年代から製造され始めたが,価格が高いことから,長年にわたって,スポーツ用品である釣り竿,ゴルフクラブ,テニスラケット,スキーなどの高級グレード品のみに使われていた。次第に生産量が多くなり,原価低減の努力もあって,2000年に入ってからは航空機に多用されるようになった。その結果,さらに価格が下がり,最近では電気自動車などにも使われるようになってきた。
リサイクルについては,CFRP に使用される炭素繊維(CF)は高価なため,最近はリサイクルされ始め,回収CF の用途探索も進んできた。一方,CFRP 生産量の20倍以上生産されているGFRP については,2000年頃から約20年間,セメントの原燃料化によるリサイクルしか実用化されてこなかった。しかしながら,ここ数年でリサイクル技術は著しく進歩し,GFRP製の風力発電用ブレードなどがリサイクルされるようになってきた。ここではGFRP 並びにCFRP のリサイクル技術に関する最新動向を報告する。……(本文へ続く)
「第8節 パルスパワーのリサイクル分野への応用とプラスチック表面の金属被膜剥離技術」
パルスパワーとはエネルギーを時間的に圧縮して得られる瞬間的な力(パワー)のことである。
本節ではまず,パルスパワーの概念について述べ,続いてパルスパワー発生技術及びパルスパワー技術のリサイクル分野への応用について紹介する。最後に,パルスパワー技術によって発生させた放電及び衝撃波を用いたプラスチック表面の金属被膜剥離技術について解説する。……(本文へ続く)
著者
室井 髙城 | アイシーラボ | 亀田 孝裕 | マイクロ波化学(株) | |
赤穗 達史 | RTC リサイクルテクノジーコンサルティング | 八尾 滋 | 福岡大学 | |
住本 充弘 | 住友技術士事務所 | パントン パチヤ | 福岡大学 | |
土屋 博隆 | 土屋特許事務所 | 大久保 光 | 京都工芸繊維大学 | |
柴田 勝司 | 溶解技術(株) | 土田 哲大 | (株)サイム | |
岡島 いづみ | 静岡大学 | 土田 保雄 | (株)サイム | |
渡辺 久夫 | マイクロ波化学(株) | 河済 博文 | 近畿大学 | |
木谷 径治 | マイクロ波化学(株) | 渡辺 壱 | フロンティア・ラボ(株) / 東北大学 | |
菅野 雅皓 | マイクロ波化学(株) | 山下 智彦 | 香川高等専門学校 |
書籍趣旨
本書では、廃プラスチック排出処理の現状と世界各国の規制関連動向ならびに企業の取り組み事例から、主にマテリアルリサイクルとケミカルリサイクルを中心としてリサイクル技術の開発動向を詳細に解説しています。特に注目されるプラスチック包装材料については、法規制や技術動向のみならず、再生樹脂の利用やリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化についても詳述しています。また、プラスチックリサイクルに纏わるの要素技術について、常圧溶解、亜臨界・超臨界流体、マイクロ波などを利用したリサイクル技術とその高機能化への展望から、プラスチックの識別・分析技術、FRP/GFRPなどの複合材料からの樹脂の分離・回収技術、パルスパワーによる樹脂表面からの金属被膜剥離技術まで、専門家の方々より幅広くご執筆を賜りました。
本書がプラスチックリサイクルに携わる方、あるいはこれから取り組まれる方の一助となり、リサイクル技術の更なる発展、ひいては気候変動や環境問題の対策に貢献する一冊となれば幸いです。
目次
1. 廃プラスチックの現状と将来予測
1.1 世界の廃プラスチックの排出量
1.2 世界の廃プラスチックリサイクルの現状
1.3 廃プラスチックリサイクルビジネス予測
2. 廃プラスチックのリサイクルループ
3. 廃プラ規制関連動向
3.1 海洋プラスチック
3.2 ダボス会議
3.3 廃プラスチック規制関連動向
3.4 G20ハンブルク・サミット
3.5 G7シャルルボワ・サミット
3.6 廃棄プラスチックを無くす国際アライアンス(Alliance to End Plastic Waste:AEPW)
3.7 G20大阪サミット
4. 廃プラスチック対策の国内外の動向
4.1 海外の動向
4.1.1 フランス
4.1.2 イタリア
4.1.3 イギリス
4.1.4 ニューヨーク市
4.1.5 台湾
4.1.6 中国
4.1.7 インド
4.2 EUの動向
4.2.1 容器包装指令
4.2.2 EUプラスチック税
4.3 日本国内の動向
4.3.1 第四次循環型社会形成推進基本計画
4.3.2 プラスチック資源循環戦略の策定
4.3.2.1 具体的施策
4.3.2.2 循環型社会形成に向けた取り組みの中長期的な方向性
4.3.2.3 プラスチック資源循環戦略マイルストーン
4.3.3 その他の動向
4.3.4 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の先導研究
5. プラスチックリサイクルに関する制度
5.1 環境基本法
5.2 容器包装リサイクル法(容リ法)
5.3 容器包装リサイクル法による入札制度
5.4 容リ法落札会社
5.5 リサイクル法別廃プラスチックリサイクル量
6. 欧州の廃プラスチックリサイクルの実情
6.1 欧州と日本の廃プラスチック処理の違い
6.2 廃プラスチック廃棄物内訳と処理方法
6.3 ドイツの廃プラスチックリサイクルシステムと廃プラスチック回収ルート
7. 廃プラスチック処理の実際
7.1 日本の廃プラスチックのリサイクル
7.2 廃プラスチック総排出量(850万トン)の内訳
7.3 マテリアルリサイクルの内訳
7.4 リサイクル別の回収量
7.5 容リ法による廃プラスチックの回収
7.5.1 廃プラスチック再生利用
7.5.2 容リ法によるPETボトルの回収利用
8. 廃プラスチックリサイクル技術
8.1 選別(ソーター)技術
8.2 マテリアルリサイクル
8.3 ケミカルリサイクル
8.3.1 モノマー化
8.3.2 コークス炉と高炉還元
8.3.3 ガス化
8.3.4 液化
8.4 サーマルリサイクル
9. 廃プラスチックリサイクルLCA
9.1 海洋プラスチック問題対応協議会
9.2 BASF社の廃プラスチックリサイクルLCA
10. バイオプラスチック
10.1 バイオプラスチックの種類
10.2 工業化されているバイオプラスチック
10.3 バイオプラスチックマイルストーン
10.4 日本のバイオプラスチック出荷量
10.5 世界のバイオマス生産能力
11. 生分解性ポリマー
第2章 マテリアルリサイクル技術の開発動向と応用展開
はじめに
1. 樹脂マテリアルリサイクル向け廃プラスチックの数々
1.1 プラスチック製品製造工程で発生する廃材
1.1.1 重合時のパウダー,ペレット化時のダンゴ
1.1.2 製品ペレットのグレードチェンジ時の廃材
1.1.3 フィルム,シート製造時の端材
1.1.4 射出成形時のスプール,ランナー,成形不良品
1.2 ポストコンシューマー材
1.2.1 ペットボトルとキャップ
1.2.2 容器包装リサイクル法材(容リ材)
1.2.3 家電リサイクル法材
1.2.4 自動車リサイクル法材
1.2.5 発泡スチロールの減容化材
2. 樹脂の分別技術
2.1 手分解
2.1.1 廃家電処理での手分解
2.1.2 廃車解体での手分解
2.2 機械分別
2.2.1 廃家電の機械樹脂分別フロー
2.2.2 破砕,粉砕
2.2.3 風力選別
2.2.4 浮沈選別
2.2.5 ジグ選別
2.2.6 摩擦選別
2.2.7 静電気選別
2.2.8 近赤外線識別技術
2.2.9 X線分析選別
3. 添加剤
3.1 酸化防止剤
3.1.1 ヒンダードフェノール系
3.1.2 リン系
3.1.3 チオエーテル系
3.2 金属不活性化剤
3.3 光安定剤
3.3.1 HALS
3.3.2 紫外線吸収剤(UVA)
3.4 流動性改良剤
3.5 酸変性ポリプロピレン
4. 着色剤
4.1 無機顔料
4.2 有機顔料
4.3 分散剤
4.4 展着剤
5. 強化材
5.1 板状強化材
5.1.1 タルク
5.1.2 マイカ
5.2 針状強化材
5.2.1 グラスファイバー(GF)
5.2.2 カーボンファイバー(CF)
5.3 ゴム成分
6. 材料開発
6.1 物性調整と長期耐久性付与
6.2 再調色
7. 粉砕材から製品へのコンパウンディング
7.1 粉砕材の均一化
7.2 添加剤,顔料の小分け
7.3 原材料のブレンディング
7.4 ペレット化
7.4.1 原料フィード器の種類と特徴
7.4.2 混練押出機の種類と特徴
7.4.3 スクリーンチェンジャーの種類と特徴
7.4.4 カッティング機の種類と特徴
7.4.5 アフターブレンド(製品ペレットの均一化)
7.4.6 マグネット,金属除去
7.4.7 包装
7.4.8 設備全体のフローチャートの例
7.5 工程管理・バッチ管理
7.6 生産管理
7.7 設備管理・摩耗管理
7.8 品質保証
7.8.1 物性測定室の温度湿度管理
7.8.2 サンプルの調製
7.8.3 MFR測定(JIS K7210-1:2014)
7.8.4 引張試験(JIS K7161-1:2014)
7.8.5 耐衝撃試験
7.8.6 蛍光X線分析
7.8.7 ガスクロマトグラフ質量分析
7.8.8 品質保証の考え方
8. よく起こる問題と技術フォロー
8.1 流動性
8.2 表面外観
8.3 割れ-クラック
8.4 劣化
9. リサイクル材の適用事例
9.1 家電
9.2 自動車
9.3 グリーン購入法関連
10. プラスチックのマテリアルリサイクルの今後
第3章 ケミカルリサイクル技術の開発動向と応用展開
はじめに
1. ケミカルリサイクル技術の概要
2. 廃プラスチックのケミカルリサイクルによるポリマー製造手法
2.1 ナフサからポリマーの製造
2.2 廃プラのガス化によるケミカルリサイクル
2.3 個々のポリマーのケミカルリサイクル技術
3. 廃プラスチックの液化
3.1 熱分化油のナフサ利用
3.2 Cynar社のプロセス
3.3 Plastic Energy社
3.4 Recenso社
3.5 BASF社
3.6 Quantafuel社
3.7 Recycling Technologies社
3.8 Licella社
3.9 Anellotech社
4. 日本の廃プラスチック液化技術
4.1 リサイクルエナジー社
4.2 環境エネルギー社
5. 廃プラスチックから軽質オレフィンの製造
5.1 二段方式による熱分解
5.2 二段目ZSM-5による接触分解
5.3 LyondellBasell社
6. 欧州石油化学の動向
6.1 BASF社
6.1.1 ChemCyclingTM
6.1.2 BASFジャパン社でのケミカルリサイクル
6.2 SABIC社
6.3 Neste Oil社
6.4 Dow Chemical(Dow)社
6.5 Royal Dutch Shell社
6.6 海外で進行中の廃プラスチック原料プロジェクト
7. 廃プラスチック液化日本での動き
7.1 アールプラスジャパン社
8. 廃プラスチックのガス化
8.1 廃プラスチックガス化原料
8.2 廃プラスチック(都市ごみ)のガス化とその利用用途
8.3 ガス化炉
8.4 EUP(Ebara Ube Process)
8.4.1 EUPによるガス化
8.4.2 宇部興産社 122
8.4.3 昭和電工社 123
8.4.4 EUPプロセスのライセンシング
8.5 Enerkem社
9. 都市ごみと再エネ水素から化学品
9.1 メタノール
9.2 エタノール
9.2.1 積水化学社
9.2.2 エタノールの利用
10. 都市ごみから航空燃料
10.1 FT合成による航空燃料の合成
10.2 LanzaJet社
11. ポリスチレンのリサイクル
11.1 廃ポリスチレン
11.2 廃ポリスチロールの水平リサイクル
11.3 廃ポリスチレンのモノマー化
11.4 東芝プラントシステム社
11.4.1 山梨実証試験
11.4.2 PSジャパン社
11.5 東洋スチレン社
11.6 ポリスチレン回収プロセス
12. ポリ乳酸のリサイクル
12.1 ポリ乳酸の製法
12.2 廃ポリ乳酸の解重合
12.3 均一系触媒による解重合
13. PETのリサイクル
13.1 廃PETボトルのリサイクルの実情
13.2 廃PETの回収技術
13.2.1 PETボトルの製法
13.2.2 固相重合によるPETのリサイクル
13.2.3 固相重合によるPET再生会社
13.2.4 解重合による廃PETボトルのモノマー化
13.2.4.1 帝人ファイバー社の取り組み
13.2.4.2 アイエス社の取り組み
13.2.4.3 三星化学研究所社の取り組み
13.2.4.4 三菱重工業社の取り組み
13.3 再生ポリエステル繊維
13.4 PETリサイクル欧米の動向
13.4.1 Eastman Chemical社
13.4.2 Shell社
13.4.3 BCDグループ
13.4.4 Carbios社
13.4.5 IBM社
13.4.6 DEMETO
13.4.7 欧州で研究されているPETの解重合技術
14. ポリマー改質アスファルト
14.1 Dow社
14.2 花王社
第4章 プラスチック包装材料に関わる国内外の法規制と技術開発動向
第1節 国内外の包装材料(樹脂)のケミカルリサイクルの現状と再生樹脂の利用事例
はじめに
1. ケミカルリサイクルの必然性
1.1 なぜケミカルリサイクルするか
1.1.1 廃棄ゼロの考え
1.1.2 再生可能な包装設計
1.1.3 包装におけるinnovation
1.2 ケミカルリサイクルの長短
2. ケミカルリサイクルの現状
2.1 熱分解油の製造
2.2 熱分解油を利用して樹脂を製造
2.3 マスバランスの考え
2.4 認証機関
2.5 溶剤による分離
3. モノマテリアル仕様の事例
4. 具体的なリサイクルの事例
4.1 海外の事例
4.2 海外の商品化の事例
4.3 国内の事例
第2節 軟包装材料に関わる国内外の規制とリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化
はじめに
1. 欧州の動向
1.1 EU指令
1.2 プラスチックリサイクルの方法
1.3 EU指令に対する欧州コンバーター業界の反応
1.4 EU指令に対するGROBAL容器包装利用企業の動向
1.5 CEFLEX(Circular Economy for Flexible Packaging)
2. 国内の動向
2.1 環境省のプラスチック資源循環戦略
2.2 CLOMA(Japan Clean Ocean Material Alliance)
3. モノマテリアル化に向けた海外コンバーター,素材メーカーの動向
3.1 Amcor社
3.2 Dow社
3.3 Mondi社
3.4 Gualapack社
3.5 Wipf社
3.6 Henkel社
3.7 PAXXUS社
4. モノマテリアル化に向けた国内コンバーター,素材メーカーの動向
4.1 凸版印刷社
4.2 大日本印刷社
4.3 東洋製罐社
4.4 東洋インキ社
5. モノマテリアル化と透明蒸着
5.1 透明蒸着の重要性
5.2 海外の透明蒸着フィルムメーカー
5.3 国内の透明蒸着フィルムメーカー
おわりに
第5章 廃プラスチックリサイクルにおける要素技術の開発動向
第1節 常圧溶解法による熱硬化性樹脂のリサイクル技術
はじめに
1. 常圧溶解法の概要
2. ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)
3. 炭素繊維強化プラスチック(CFRP)
4. プリント配線板(PWB)
5. 変圧器用モールドコイル
おわりに
第2節 亜臨界・超臨界流体によるプラスチックのケミカルリサイクル技術
はじめに
1. 亜臨界・超臨界流体とは
2. 亜臨界・超臨界流体を用いるプラスチックのケミカルリサイクル
2.1 亜臨界・超臨界流体によるポリエステルのモノマー化
2.2 亜臨界水によるポリアミドのモノマー化
2.3 亜臨界水による多層フィルムの分離・回収
2.4 超臨界流体による炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の分離・回収
おわりに
第3節 マイクロ波を利用したケミカルリサイクル技術とそのスケールアップ
はじめに
1. マイクロ波とは
2. マイクロ波プロセスのデザイン
2.1 反応系デザイン
2.2 反応器デザイン
2.3 マイクロ波制御デザイン
3. マイクロ波化学の事業展開
4. ケミカルリサイクルへの参入
5. マイクロ波を利用したケミカルリサイクル技術とそのスケールアップ
まとめ ~脱炭素社会に向けて~
第4節 物理劣化・物理再生理論による廃プラの高度マテリアルリサイクル技術
はじめに
1. 物理劣化・物理再生理論と高分子の自己再生能力
2. 自己再生能力を適用した高度ペレタイズプロセス
まとめ
第5節 ラマン分光によるプラスチック識別技術と装置開発事例
はじめに
1. プラスチックの光学識別
1.1 プラスチックリサイクルにおける分光測定
1.2 ラマン分光による識別
2. 廃家電由来プラスチックの選別回収
2.1 廃家電由来プラスチック
2.2 ラマン分光プラスチック識別装置
2.3 選別回収の運用実績
3. 使用済自動車由来プラスチックの選別回収
3.1 ASR由来プラスチック
3.2 ASR由来プラスチックのマテリアルリサイクル
4. ラマン分光による精密識別
おわりに
第6節 廃プラスチックの熱分解分析技術と装置例
1. 概論
2. 熱分解ガスクロマトグラフ/質量分析システムとその分析法の概要
3. マテリアルリサイクルにおける応用分析例
3.1 廃プラ材中の添加剤
3.2 廃プラ材の組成
4. ケミカルリサイクルにおける応用分析例
4.1 単一廃プラの熱分解による触媒反応
4.2 複合廃プラの熱分解による触媒反応
5. 今後の展望
第7節 CFRP/GFRPからの樹脂の分離・回収技術の国内外の開発動向
はじめに
1. GFRPリサイクル技術の動向
1.1 国内のGFRPリサイクル技術
1.1.1 マテリアルリサイクル
(1) アサオカ社,群馬工業高等専門学校:FRP,塗料
(2) 名機製作所社:充填材
(3) 宇部日東化成社:充填材
(4) 広島大学,徳毛レジン社,広島県立総合技術研究所東部工業技術センター:充填材
1.1.2 熱分解法
(1) 北海道工業開発試験所:気中熱分解
(2) 三菱重工業社:気中熱分解
(3) 東芝社:高圧熱分解
(4) 静岡県立大学,日清オイリオ社,神奈川県産業技術センター:植物油分解
(5) 福岡県リサイクル総合研究センター,大分県産業科学技術センター:気中熱分解
(6) 四国工業技術試験所,高知県工業技術センター:水蒸気分解
1.1.3 超臨界流体法
(1) 神戸製鋼所社:超臨界水,亜臨界水
(2) 物質工学工業技術研究所,熊本県工業技術センター:超臨界水,亜臨界水
(3) 大阪府立大学,松下電工社:亜臨界水
(4) 山口県産業技術センター,山口大学:超臨界アルコール
1.1.4 加溶媒分解法
(1) 三菱電機社:有機アンモニウム塩触媒
(2) 和歌山県工業技術センター:グリコール
(3) アースリサイクル社:グリコール
(4) 千葉大学,産業技術総合研究所,中国工業社:クレゾール
(5) 日立化成社:アルコール
1.1.5 その他の回収技術
(1) 崇城大学:高周波分解法
(2) 信州大学:酸化物半導体分解法
1.1.6 再利用技術
(1) クボタ社:セメントモルタル瓦
(2) 強化プラスチック協会,富士田商事社:セメント原燃料化
(3) 大日本インキ化学工業社:舗装材
(4) 和歌山県工業技術センター,京屋社,福岡県工業技術センター:マネキン
(5) 大阪大学,INAX社,ニチアス社:軽量断熱材
1.2 海外のGFRPリサイクル技術
1.2.1 マテリアルリサイクル
(1) ERCOM Composite Recycling社(EU):充填材
(2) Fibron社(ドイツ):SMC
(3) Phoenix Fibreglass社(カナダ):充填材
(4) R. J. Marshall社(米国):充填材
(5) Astoria Industries of Iowa社(米国):充填材
(6) Gees Recycling社(イタリア):再成形
1.2.2 熱分解法
(1) Budd社(米国):GF再生
(2) S-P Reclamation社(米国):オゾン分解
(3) University of Nottingham(英国):流動床燃焼プロセス
(4) ReFiber社(デンマーク):ReFiberプロセス
(5) REFORM(EU):Re-Fib法
(6) ACMA,IACMI,CHZ Technologies社(米国)
(7) University of Strathclyde(英国):熱によるGFの劣化
(8) KOREC社(イタリア):CO2雰囲気
1.2.3 超臨界流体法
(1) Modar社(米国):超臨界水と酸素
(2) Nantes Thermokinetics Laboratory(フランス):亜臨界水
(3) Aalborg University(デンマーク):超臨界アルコール
1.2.4 加溶媒分解法
(1) Ashland Oil社(米国):グリコール
(2) DSM Research社(オランダ):エタノールアミン
(3) University of Connecticut(米国):プロピレングリコール
(4) Siemens社(ドイツ):アミン
(5) IBM社(米国):イオン液体
(6) Hongik University(韓国):硫酸,KOH
(7) Chinese Academy of Sciences(中国):AlCl3/酢酸
1.2.5 その他の回収技術
(1) Novacor Chemicals社(スイス):超音波洗浄
(2) University of Borås(スウェーデン):マイクロ波分解
(3) Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives(フランス):シラン化合物
1.2.6 再利用技術
(1) Ryds Battindustri社(スウェーデン):ボート
(2) Hambleside Danelaw社(英国):住宅機器
(3) Global Fiberglass Solutions社(米国):パネル
(4) Loughborough University(英国):コンクリート
(5) Università Politecnica delle Marche(イタリア):コンクリート
(6) Technical University of Lisbon(ポルトガル):コンクリート
(7) National Center for Metallurgical Research(スペイン):セラミックタイル
(8) CompoCycle(ドイツ):セメント
(9) Mixt Composites Recyclables社(フランス):成形材料
(10) Reprocover社(ベルギー):建設製品
(11) TECNALIA Research&Innovation(スペイン):コンクリート
(12) Janicki Industries社,Global Fiberglass Solutions社(米国):防音壁
(13) Global Fiberglass Solutions社,Washington State University(米国):パネル
(14) Hebei University of Science&Technology(中国):石膏,マンホール
(15) General Electric社,Global Fiberglass Solutions社(米国):パレット
(16) Extreme Eco Solutions社(オランダ):タイル
2. CFRPリサイクル技術の動向
2.1 国内のCFRPリサイクル技術
2.1.1 マテリアルリサイクル
(1) ACA社:空気流によるCF回収技術
2.1.2 熱分解法
(1) 炭素繊維協会:実証プラント
(2) 東レ社:省エネルギー熱分解法
(3) 三菱レイヨン社:省エネルギー熱分解
(4) 三菱ケミカル社:省エネルギー熱分解
(5) カーボンファイバーリサイクル工業社:省エネルギー熱分解
(6) リーテム社,富士加飾社:自動制御システム
2.1.3 超臨界流体法
(1) 静岡大学:亜臨界流体
(2) 熊本大学:亜臨界アルコール
2.1.4 加溶媒分解法
(1) 東京工業大学:硝酸
(2) 産業技術総合研究所,東邦テナックス社:液相分解
(3) 日立化成社:アルコール
2.1.5 その他の回収技術
(1) 八戸工業高等専門学校:電解酸化法
(2) 信州大学:半導体分解法
2.1.6 再利用技術
(1) 愛媛大学,東レ社:コンクリート
(2) JAXA:航空機部品
(3) 阿波製紙社:CF製紙
(4) 三菱重工業社:再生CFRTP評価
2.2 海外のCFRPリサイクル技術
2.2.1 マテリアルリサイクル
(1) Fiberline Composites社(デンマーク):CFRP工程廃材
(2) ROTH International社(ドイツ):各種製品
2.2.2 熱分解法
(1) Adherent Technologies社(米国):真空熱分解
(2) Karborek社,ENEA(イタリア)
(3) ELG Carbon Fibre社(英国)
(4) Carbon Conversions社(米国)
(5) REFORM(EU):Re-Fib法
(6) Aachen University(ドイツ):残留炭素除去
(7) Alpha Recyclage Composites社,Toulouse University(フランス):水蒸気分解
2.2.3 超臨界流体法
(1) University of Nottingham(英国):超臨界プロパノール
(2) Harbin Institute of Technology(中国):超臨界水
(3) Vartega社(米国):超臨界CO2
2.2.4 加溶媒分解法
(1) 寧波材料技術與工程研究所(中国):DMF/H2O2
(2) 中国科学院大学(中国):AlCl3/酢酸
(3) Boeing社(米国):各種溶媒)
(4) Shocker Composites社(米国):プリプレグ,インライン
(5) Indian Institute of Technology Madras(インド):酢酸/H2O2
(6) Global Fiberglass Solutions社,Washington State University(米国):エタノール,水
2.2.5 その他の回収技術
(1) Vetrotex France社(フランス):溶媒洗浄法
(2) DaimlerChrysler社(ドイツ):高周波分解法
(3) Shenzhen University(中国),University of Manchester(英国):電気分解法
(4) Kunming University of Science and Technology(中国):高周波分解法
(5) Fraunhofer Institut fur Chemische Technologie(ドイツ):高周波分解法
2.2.6 再利用技術
(1) Imperial College London(英国):評価技術
(2) North Carolina State University(米国):評価技術
(3) CFK Valley(ドイツ):航空機部品
(4) SGL ACF社,BMW社(ドイツ):自動車部品
(5) Triumph Composites Systems社,Washington State University(米国):航空機部品
(6) Steelhead Composites社,Vartega社,Michelman社(米国):圧力容器
(7) Composite Recycling Technology Center社(米国):パドル
(8) Composite Recycling Technology Center社(米国):ベンチ
(9) Composite Recycling Technology Center社(米国),
ELG Carbon Fibre社(英国),IACMI(米国):シートバック
(10) Dell社(米国),SABIC社(サウジアラビア):ノートPC筐体
(11) Boeing社(米国),ELG Carbon Fibre社(英国)
(12) Adesso Advanced Materials Wuhu社(中国):自動車部品
(13) Vartega社,Janicki Industries社(米国):航空機部品
(14) Composite Technology Center社(ドイツ),Airbus社(フランス)
(15) Alchemy Bicycle社,Vartega社(米国)
おわりに
第8節 パルスパワーのリサイクル分野への応用とプラスチック表面の金属被膜剥離技術
はじめに
1. パルスパワーとは
1.1 パルスパワーの概念
1.2 パルスパワー発生技術
1.3 磁気パルス圧縮方式パルスパワー発生装置
1.4 パルスパワー技術のリサイクル分野への応用
2. パルスパワーによるプラスチック表面の金属被膜剥離技術
2.1 金属被覆プラスチックからの金属被膜剥離
2.2 金属被膜剥離処理における電気的特性
2.3 金属被膜剥離処理における放電現象及び衝撃波
おわりに
概要
【目次抜粋】 第1章 廃プラスチックリサイクル技術概論 ・廃プラスチックの現状、国内外の規制や制度とその対策の動向 ・廃プラスチックリサイクル技術とLCA、バイオプラスチックや生分解性ポリマーの開発動向 第2章 マテリアルリサイクル技術の開発動向と応用展開 ・マテリアルリサイクルに用いられる廃プラスチックの種類、排出場所・工程 ・樹脂の分別技術、添加剤、着色剤、強化材の種類と利用事例 ・コンパウンディング、よく起こる問題と技術フォロー、リサイクル材の適用事例 第3章 ケミカルリサイクル技術の開発動向と応用展開 ・廃プラスチックの液化とガス化、再エネ水素を利用した化学品や航空燃料の製造技術 ・ポリスチレン、ポリ乳酸、PET樹脂のリサイクル技術とポリマー改質アスファルトへの利用 第4章 プラスチック包装材料に関わる国内外の法規制と技術開発動向 第1節 国内外の包装材料(樹脂)のケミカルリサイクルの現状と再生樹脂の利用事例 第2節 軟包装材料に関わる国内外の規制とリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化 第5章 廃プラスチックリサイクルにおける要素技術の開発動向 第1節 常圧溶解法による熱硬化性樹脂のリサイクル技術 第2節 亜臨界・超臨界流体によるプラスチックのケミカルリサイクル技術 第3節 マイクロ波を利用したケミカルリサイクル技術とそのスケールアップ 第4節 物理劣化・物理再生理論による廃プラの高度マテリアルリサイクル技術 第5節 ラマン分光によるプラスチック識別技術と装置開発事例 第6節 廃プラスチックの熱分解分析技術と装置例 第7節 CFRP/GFRPからの樹脂の分離・回収技術の国内外の開発動向 第8節 パルスパワーのリサイクル分野への応用とプラスチック表面の金属被膜剥離技術 |
各章の内容紹介 <本文抜粋>
「第1章 廃プラスチックリサイクル技術概論」
Science Communicationによると,今後,世界のプラスチック需要は増加し続け,2050年には,廃プラスチックの累積発生量は現在の約4倍になると予想されている。2015年までに人類は既に83億トンのプラスチックを生産し,63億トンの廃プラスチックを排出している。そのうち9%はリサイクルされ,12%は焼却処分されたが,79%は投棄されている。このままプラスチックの増加が続くと2050年までに累積260億トンのプラスチック廃棄物が発生し,そのほぼ半分が投棄又は埋立処分されることになってしまう。プラスチックは簡単に分解しないために今世紀の終わりには地球上に何10億トンもの廃プラスチック廃棄物が存在することになる。しかし,全てのプラスチックがリサイクルされれば累積80億トンの発生量に抑制できる。
現在の世界の廃プラスチックのリサイクルの割合は16%にしか過ぎない。日本でいう焼却(サーマルリサイクル)は,世界ではリサイクルに含まれていない。Mckinsey on Chemicalsによると世界のポリマーの生産量は約3.30億トン/年で,廃プラスチックとして2.60億トン排出され,埋立,焼却がそれぞれ40%,25%で,投棄とリークが19%,リサイクルは16%である。メカニカルリサイクルは12%で,リサイクルロスは4%,原料とモノマーヘのリサイクルは,それぞれ1%に満たない。
Mckinsey on Chemicals は2030 年の世界のプラスチック再生ビジネスは6.6 兆円に増加すると予測している。熱分解が約42%,モノマーリサイクルが約19%,メカニカルリサイクルが約38%である。
2050年までの世界のプラスチック需要についての予測では,GDP の年平均成長率を3.1%,リサイクル規制が厳しくなることとリサイクル技術が進歩することを前提として,プラスチックの全需要量の成長率は年3%,メカニカルリサイクルは年7%,モノマー回収率は年18%,原料回収は年17%,バージンのプラスチックは年1%としている。結果として2050 年には,メカニカルリサイクルと原料回収,モノマー回収は,ポリマー需要の半分以上になると予測している。……(本文へ続く)
「第2章 マテリアルリサイクル技術の開発動向と応用展開」
地球温暖化が進む現代において,地下資源を使用して製造したプラスチックを一度の使用で廃棄するのは時代の要請にそぐわない。また,植物起源のプラスチックといえども貴重なエネルギーを使用して生産されることに変わりはない。プラスチックそれ自体は,その軽量性,絶縁性,賦形性等の特質から生活の隅々にまで使われており,生活の質の向上に貢献している。
プラスチックの特性は組成,分子構成,結晶構造,分子鎖の絡まり,各成分の分散状況等により変わり,各プラスチックの開発者は求められる用途に応じて,プラスチックの各要素を設計している。マテリアルリサイクルではこのような高次構造を保ったままリサイクルすることが可能であり,エネルギー消費量の観点からも優れた方法である。樹脂マテリアルリサイクルに関する各要素技術と主にポリプロピレンリサイクル材の高付加価値分野への適用事例を紹介し,リサイクル事業に関心を持たれている方々,実際に事業を行われている方々に有用と思われる知識を提供したい。……(本文へ続く)
「第3章 ケミカルリサイクル技術の開発動向と応用展開」
マテリアルリサイクルが廃プラスチックリサイクルの理想であるが,実際に回収される廃プラスチックは多層フィルムや多くの機能性プラスチックとの混合品であったり,紙類や木質又は食品残渣等が付着しており,洗浄により元のプラスチックにサイクルすることが困難なものが多い。これらの廃プラスチックを液化してナフサ原料,又はガス化して化学品やポリマーを合成してリサイクルするケミカルリサイクルが注目されている。……(本文へ続く)
「第4章 プラスチック包装材料に関わる国内外の法規制と技術開発動向」
「第1節 国内外の包装材料(樹脂)のケミカルリサイクルの現状と再生樹脂の利用事例」
2015年にパラダイムシフトが起こり,今までの考え方を一新して「低炭素」から「脱炭素」に切り替えることとなった。確実に進んでいる地球温暖化対応および関連する異常気候への対応などが必要となり,SDGs 対応を含めてCircular conomy 対応が徐々に進められている。特に包装産業では,海洋プラスチック問題に端を発し,プラスチックの使用量削減および使用済みのプラスチック包材を回収して原料として再利用するCircular Packagingへ変化してきている。プラスチック利用の包装についてはCircular Economyコンセプトが先行して技術開発がまだ伴っていない状態であるが,国内外において徐々に対応が進んできている。包装は,Less Packaging,Less Energy が基本であり,プラスチックを使用する包装では,包装設計の段階で,使用済みの包材を回収して原料として再生して新たに包装資材としてのプラスチックが製造できるように考慮することが求められている。PETボトルでは,先行してメカニカルリサイクルが実用化され,続いてケミカルリサイクルも実用化されようとしている。一番難しい軟包装材料は,モノマテリアル仕様が先行しているが,肝心の回収・再生再利用,Circular Economy/Circular Packaging についてはまだ未整備で不透明なところが多く見切り発車の感じである。異種材料がラミネートされた軟包装材料については溶剤剥離技術や超臨界・亜臨界技術などが鋭意検討されているが,いずれにしても具体化までは業界のコンセンサス,回収方法の法整備,設備の新設が必要であり時間を要する。再生再利用の方向,Circular Economy/Circular Packaging に間違いなく進むが,現在提案されている以外に多くのケミカルリサイクルの提案が今後も続くだろう。……(本文へ続く)
「第2節 軟包装材料に関わる国内外の規制とリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化」
最近,包装業界では軟包装のモノマテリアル化が話題となっている。2018年10月及び2021年2月に開催されたTOKYO PACK では,モノマテリアル化をキーワードとした展示が目立った。モノマテリアル化の発端は,プラスチック製容器包装(商品の容器及び包装)のリサイクル可能化を目標に掲げる欧州委員会(EU)の決議及びそれに続く指令である。JPI(日本包装技術協会)がまとめる日本の包装産業出荷統計によると,国内のプラスチック製容器包装の重量のおよそ42%はフレキシブルパッケージ(軟包装)である。EU で定義するリサイクルを容易に行うためには,軟包装のモノマテリアル化が必須であるという論理により,軟包装のモノマテリアル化が潮流となっている。
軟包装は,複数の材料の特性を生かして複層化することで,機能を発揮するように設計されている。単一の材料構成により軟包装を形成することは,内容物の保護という包装の最大機能を毀損するおそれがある。また,現在のように,高度に内容物を保護する機能を備える軟包装を,その機能を維持してモノマテリアル化することは困難を伴う。ここでは,軟包装のモノマテリアル化を巡る,その背景,目的,方法,実例及び成算について述べる。……(本文へ続く)
第5章 廃プラスチックリサイクルにおける要素技術の開発動向
「第1節 常圧溶解法による熱硬化性樹脂のリサイクル技術」
熱硬化性樹脂複合材料のうち,ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)は軽量で高強度,高耐久性,低価格であることから,浴槽,自動車部品,鉄道車両部品,小型船舶などに広く利用されている。また,最近急激に普及した炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は,スポーツ用品,航空機,風力発電用ブレードなどの高付加価値製品に利用されている。しかしながら,これらの製品に用いられている不飽和ポリエステル樹脂(UP),エポキシ樹脂(EP)などの熱硬化性樹脂は,成形後には加熱しても溶融しないため再成形できず,どのような溶剤にも溶解しないため各素材を分離できない。
また,電子・電機分野では,プリント配線板,モールドコイル変圧器,モールドモーターなども熱硬化性樹脂複合材料に分類される。絶縁信頼性,耐熱性の点から主にEP が使用されるため,FRP と同様にリサイクルが困難である。
その結果,熱硬化性樹脂複合材料はリサイクルが困難な材料として扱われ,別の材料に置き換える動きがある。このような動きを阻止するためには,適正なリサイクル技術を開発する必要がある。
常圧溶解法は,日立化成社(現昭和電工マテリアルズ社)において,2000~2015年に研究され,開発された熱硬化性樹脂複合材料のリサイクル技術である。触媒であるアルカリ金属塩をアルコール溶媒に配合した処理液を用いて,常圧下,約200℃で樹脂を解重合して可溶化する。これをEP,UP などの熱硬化性樹脂を使用した各種複合材料に適用すれば,樹脂は解重合して溶解し,金属,ガラス繊維(GF),炭素繊維(CF)などの無機物は分離回収できる。……(本文へ続く)
「第2節 亜臨界・超臨界流体によるプラスチックのケミカルリサイクル技術」
現在,プラスチックの大部分は石油等の限りある化石資源から製造されているために,廃プラスチックのリサイクル技術の開発が強く求められている。リサイクルの一つの方法としてケミカルリサイクルがある。これは化学反応により廃プラスチックを分解し資源化する方法であり,熱分解法,酸化分解法,加溶媒分解法等が挙げられる。
本節では,溶媒として亜臨界流体または超臨界流体を用いる加溶媒分解を主としたプラスチックのリサイクル技術についていくつか紹介する。……(本文へ続く)
「第3節 マイクロ波を利用したケミカルリサイクル技術とそのスケールアップ」
……マテリアルリサイクルでは,混合・コンタミネーションしたリサイクル原料を使用できないため,適用対象が限られている。ケミカルリサイクルは,広い対象に応用でき,構成原料へ戻すことが可能である。したがって,多様性のあるリサイクル原料に対しては,マテリアルリサイクルよりもケミカルリサイクルが有力な手段であると考えられる。
しかし,現状では,ケミカルリサイクルに必要なプラスチック分解技術は完全には確立されていない。熱分解油化法,解重合法など,様々な研究や実証試験がなされてきたが,ケミカルリサイクルの普及率は国内全体の処理量のわずか4%程度となっている。研究開発などの取り組みが一部見られているものの,コスト,処理能力,プロセスの実現性などにおいて課題を抱えている。より具体的には,バージン製品に匹敵する水準へのリサイクルコスト低減や多種多様な素材への対応などである。
当社が保有しているマイクロ波技術は,現行の通常加熱法が抱える課題の解決の一端を担えると考えている。廃棄プラスチックの熱分解・解重合のエネルギー源として,マイクロ波を活用するのである。マイクロ波は,熱分解反応装置そのものや装置内の占有物全体ではなく,何らかの対象物へ直接・選択的にエネルギーを伝達できる。例えば,ある特定のプラスチックに対して選択的にエネルギーを伝達することができれば,多様な複合素材や混合プラスチックに対する分別・洗浄負担軽減を期待することもできる。……(本文へ続く)
「第4節 物理劣化・物理再生理論による廃プラの高度マテリアルリサイクル技術」
……日本におけるマテリアルリサイクル(MR)比率は,2000年から30%程度で停滞しており,しかもその70%は輸出に回されていたために,日本国内で流通しているMRプラスチックは実質10%にも満たない状況が続いていた。このように廃プラのMR による資源循環システムが構築されてこなかったもっとも大きな阻害要因は,MRプラスチックの力学的物性がバージン品と比較して大きく低下していることにある。長年にわたりこの物性低下の原因は,使用時に曝される紫外線などの影響により高分子の主鎖が切断され低分子量化する「化学劣化」によるものであるという考えが常識として定着していた。この化学劣化はポリオレフィン系プラスチックでは再生が不可能であり,その結果としてMRプラスチックの物性低下は不可避・非可逆となるために,MRプラスチックは再利用用途が付加価値の低いものに限定される,商品価値のない素材として認識されている。そのため,廃プラを専門に収集する業者も少なく,選別も場当たり的であり,無機・有機異物の混入も多く,色調も混色した灰~黒色と,さらに商品価値の低い再生素材として取り扱われてきた。
近年になりようやく光学選別装置の発達・普及によって,ポリエチレン,ポリプロピレン,ポリスチレンなどの主要オレフィンプラスチック選別の自動化が進み,先進的なリサイクル企業においては,非常に純度の高いMRプラスチックが生産できるようになっている。しかし化学劣化という呪縛はプラスチック製品メーカーに蔓延しており,また実際に力学的物性が歴然として低レベルに留まっているために,MRプラスチックを高付加価値製品の素材として捉えて研究開発に取り組む企業は極めて少ないのが現状である。
このような状況の下,筆者らは製品製造中の工程内廃材であるために市場回収品と比較して化学劣化の程度がより小さいと思われるプレコンシューマ品での基礎実験を開始した。その結果,MRプラスチックの物性が低下している主原因は結晶内部構造,特に積層状態などのメソ構造が変異している「物理劣化」であることを明らかにした。また,同時にこの物理劣化により低下した物性は,再生過程の最適化によってバージン並みに向上できること,すなわちプラスチックの「自己再生能力(Self Resilience Ability)」を活用することにより「物理再生」が可能であることを見出した。さらにこれらの知見をもとに,ペレタイズ時の押出機に溶融樹脂溜まりという新規な装置要素を設けることで,これまでの成形速度を維持したまま,高性能なペレットを生産する新規プロセスを構築できることも見出した。
本報ではこの物理劣化・物理再生理論と自己再生能力を活かした新規高性能ペレット成形プロセス技術について紹介する。……(本文へ続く)
「第5節 ラマン分光によるプラスチック識別技術と装置開発事例」
プラスチックリサイクルの高度化・深化の必要性が高まると,複数種類の混合物から,高純度で種類毎に廃プラスチックを選別回収しなければならなくなる。選別回収した廃プラスチックからコンパウンド工程を経て再生樹脂を得るマテリアルリサイクル(メカニカルリサイクル)は,省資源・省エネルギーの効果が大きいものの,回収時の純度はリサイクルの質を左右する。純度が低くければ,カスケードリサイクルといわれ,機械物性や耐久性が要求を満たさず,低品質の一度きりしか使用できないような製品の原料にしかならない。純度が高ければ,その廃プラスチックを発生した製品の一部として再度使われる原料となる,いわゆるクローズドリサイクルあるいは水平リサイクルを行うことができる。
廃家電や使用済自動車のリサイクルは,リサイクル費用が消費者の負担となっていることもあり,それぞれのリサイクル法の中で,高い水準の量と質が求められている。そのプラスチックリサイクルでは,部品回収によるリサイクルに加え,最終残渣であるシュレッダーダストに含まれるプラスチックすらも高純度で回収し,可能な限りクローズドリサイクルすることが求められる。我々のグループでは,これまで複数のプロジェクトにおいて,ラマン分光法による光学式プラスチック識別技術を用い,このようなシュレッダーダストからの高純度単一成分プラスチックの選別回収技術開発に取り組んできた。その開発事例を紹介する。……(本文へ続く)
「第6節 廃プラスチックの熱分解分析技術と装置例」
……主なリサイクル法には,廃プラを溶融して加工するマテリアルリサイクルと,化学反応を利用して廃プラをモノマーや別の有用分子に変換するケミカルリサイクルがある。いずれの方法においても,原料となる廃プラ素材がリサイクル後の製品の品質や性能に大きく影響するため,素材の分別や受入検査は非常に重要な工程となる。
一般的なプラスチックの組成分析には,溶剤分別法による成分分離の後に,赤外・ラマン分光法や核磁気共鳴などによる組成分析法が用いられている。しかし,廃プラの場合は,包装材,フィルム,梱包材,家電用の筐体,電源ケーブルなど形態や組成が多種多様であり,溶媒に不溶なプラスチックや,カーボンブラックなどの補強材が配合されたもの,2種類以上のプラスチックがブレンドされたものなどが存在する。そのため,組成分析に用いる分析手法によっては煩雑な前処理が必要な場合や解析が不可能な場合がある。
一方,熱分解ガスクロマトグラフ分析法は,ガスクロマトグラフの注入口に直結した熱分解装置内で高分子試料を不活性キャリヤーガス中で熱分解し,ガスクロマトグラフによる分離を経て得られるパイログラム上の熱分解生成物を手掛かりにして,もとの高分子試料の化学構造や組成を解析する手法である。この手法は,0.01~1 mg 程度の微量試料量で,しかも溶媒に不溶なプラスチックであっても,何ら前処理もせずに分析が可能という特長を有しているため,プラスチック分析の分野では汎用的に用いられている。……(本文へ続く)
「第7節 CFRP/GFRPからの樹脂の分離・回収技術の国内外の開発動向」
熱硬化性樹脂複合材料の代表的な製品としては,不飽和ポリエステル樹脂/ガラス繊維複合材料(GFRP),エポキシ樹脂/ 炭素繊維複合材料(CFRP)が挙げられる。
GFRPは1930年代に米国で発明された。1940年代には主に輸送機器用途に開発され,小型船舶の船体,自動車本体および部品,小型飛行機の機体などに使用され始めた。日本へは終戦後に初めてその技術が導入されたが,1960年代には,漁船,浄化槽,浴槽,パネルタンクなどが開発され,1970年代に急速に需要を伸ばした。
また,CFRP は1960年代から製造され始めたが,価格が高いことから,長年にわたって,スポーツ用品である釣り竿,ゴルフクラブ,テニスラケット,スキーなどの高級グレード品のみに使われていた。次第に生産量が多くなり,原価低減の努力もあって,2000年に入ってからは航空機に多用されるようになった。その結果,さらに価格が下がり,最近では電気自動車などにも使われるようになってきた。
リサイクルについては,CFRP に使用される炭素繊維(CF)は高価なため,最近はリサイクルされ始め,回収CF の用途探索も進んできた。一方,CFRP 生産量の20倍以上生産されているGFRP については,2000年頃から約20年間,セメントの原燃料化によるリサイクルしか実用化されてこなかった。しかしながら,ここ数年でリサイクル技術は著しく進歩し,GFRP製の風力発電用ブレードなどがリサイクルされるようになってきた。ここではGFRP 並びにCFRP のリサイクル技術に関する最新動向を報告する。……(本文へ続く)
「第8節 パルスパワーのリサイクル分野への応用とプラスチック表面の金属被膜剥離技術」
パルスパワーとはエネルギーを時間的に圧縮して得られる瞬間的な力(パワー)のことである。
本節ではまず,パルスパワーの概念について述べ,続いてパルスパワー発生技術及びパルスパワー技術のリサイクル分野への応用について紹介する。最後に,パルスパワー技術によって発生させた放電及び衝撃波を用いたプラスチック表面の金属被膜剥離技術について解説する。……(本文へ続く)
著者
室井 髙城 | アイシーラボ | 亀田 孝裕 | マイクロ波化学(株) | |
赤穗 達史 | RTC リサイクルテクノジーコンサルティング | 八尾 滋 | 福岡大学 | |
住本 充弘 | 住友技術士事務所 | パントン パチヤ | 福岡大学 | |
土屋 博隆 | 土屋特許事務所 | 大久保 光 | 京都工芸繊維大学 | |
柴田 勝司 | 溶解技術(株) | 土田 哲大 | (株)サイム | |
岡島 いづみ | 静岡大学 | 土田 保雄 | (株)サイム | |
渡辺 久夫 | マイクロ波化学(株) | 河済 博文 | 近畿大学 | |
木谷 径治 | マイクロ波化学(株) | 渡辺 壱 | フロンティア・ラボ(株) / 東北大学 | |
菅野 雅皓 | マイクロ波化学(株) | 山下 智彦 | 香川高等専門学校 |
書籍趣旨
本書では、廃プラスチック排出処理の現状と世界各国の規制関連動向ならびに企業の取り組み事例から、主にマテリアルリサイクルとケミカルリサイクルを中心としてリサイクル技術の開発動向を詳細に解説しています。特に注目されるプラスチック包装材料については、法規制や技術動向のみならず、再生樹脂の利用やリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化についても詳述しています。また、プラスチックリサイクルに纏わるの要素技術について、常圧溶解、亜臨界・超臨界流体、マイクロ波などを利用したリサイクル技術とその高機能化への展望から、プラスチックの識別・分析技術、FRP/GFRPなどの複合材料からの樹脂の分離・回収技術、パルスパワーによる樹脂表面からの金属被膜剥離技術まで、専門家の方々より幅広くご執筆を賜りました。
本書がプラスチックリサイクルに携わる方、あるいはこれから取り組まれる方の一助となり、リサイクル技術の更なる発展、ひいては気候変動や環境問題の対策に貢献する一冊となれば幸いです。
目次
1. 廃プラスチックの現状と将来予測
1.1 世界の廃プラスチックの排出量
1.2 世界の廃プラスチックリサイクルの現状
1.3 廃プラスチックリサイクルビジネス予測
2. 廃プラスチックのリサイクルループ
3. 廃プラ規制関連動向
3.1 海洋プラスチック
3.2 ダボス会議
3.3 廃プラスチック規制関連動向
3.4 G20ハンブルク・サミット
3.5 G7シャルルボワ・サミット
3.6 廃棄プラスチックを無くす国際アライアンス(Alliance to End Plastic Waste:AEPW)
3.7 G20大阪サミット
4. 廃プラスチック対策の国内外の動向
4.1 海外の動向
4.1.1 フランス
4.1.2 イタリア
4.1.3 イギリス
4.1.4 ニューヨーク市
4.1.5 台湾
4.1.6 中国
4.1.7 インド
4.2 EUの動向
4.2.1 容器包装指令
4.2.2 EUプラスチック税
4.3 日本国内の動向
4.3.1 第四次循環型社会形成推進基本計画
4.3.2 プラスチック資源循環戦略の策定
4.3.2.1 具体的施策
4.3.2.2 循環型社会形成に向けた取り組みの中長期的な方向性
4.3.2.3 プラスチック資源循環戦略マイルストーン
4.3.3 その他の動向
4.3.4 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の先導研究
5. プラスチックリサイクルに関する制度
5.1 環境基本法
5.2 容器包装リサイクル法(容リ法)
5.3 容器包装リサイクル法による入札制度
5.4 容リ法落札会社
5.5 リサイクル法別廃プラスチックリサイクル量
6. 欧州の廃プラスチックリサイクルの実情
6.1 欧州と日本の廃プラスチック処理の違い
6.2 廃プラスチック廃棄物内訳と処理方法
6.3 ドイツの廃プラスチックリサイクルシステムと廃プラスチック回収ルート
7. 廃プラスチック処理の実際
7.1 日本の廃プラスチックのリサイクル
7.2 廃プラスチック総排出量(850万トン)の内訳
7.3 マテリアルリサイクルの内訳
7.4 リサイクル別の回収量
7.5 容リ法による廃プラスチックの回収
7.5.1 廃プラスチック再生利用
7.5.2 容リ法によるPETボトルの回収利用
8. 廃プラスチックリサイクル技術
8.1 選別(ソーター)技術
8.2 マテリアルリサイクル
8.3 ケミカルリサイクル
8.3.1 モノマー化
8.3.2 コークス炉と高炉還元
8.3.3 ガス化
8.3.4 液化
8.4 サーマルリサイクル
9. 廃プラスチックリサイクルLCA
9.1 海洋プラスチック問題対応協議会
9.2 BASF社の廃プラスチックリサイクルLCA
10. バイオプラスチック
10.1 バイオプラスチックの種類
10.2 工業化されているバイオプラスチック
10.3 バイオプラスチックマイルストーン
10.4 日本のバイオプラスチック出荷量
10.5 世界のバイオマス生産能力
11. 生分解性ポリマー
第2章 マテリアルリサイクル技術の開発動向と応用展開
はじめに
1. 樹脂マテリアルリサイクル向け廃プラスチックの数々
1.1 プラスチック製品製造工程で発生する廃材
1.1.1 重合時のパウダー,ペレット化時のダンゴ
1.1.2 製品ペレットのグレードチェンジ時の廃材
1.1.3 フィルム,シート製造時の端材
1.1.4 射出成形時のスプール,ランナー,成形不良品
1.2 ポストコンシューマー材
1.2.1 ペットボトルとキャップ
1.2.2 容器包装リサイクル法材(容リ材)
1.2.3 家電リサイクル法材
1.2.4 自動車リサイクル法材
1.2.5 発泡スチロールの減容化材
2. 樹脂の分別技術
2.1 手分解
2.1.1 廃家電処理での手分解
2.1.2 廃車解体での手分解
2.2 機械分別
2.2.1 廃家電の機械樹脂分別フロー
2.2.2 破砕,粉砕
2.2.3 風力選別
2.2.4 浮沈選別
2.2.5 ジグ選別
2.2.6 摩擦選別
2.2.7 静電気選別
2.2.8 近赤外線識別技術
2.2.9 X線分析選別
3. 添加剤
3.1 酸化防止剤
3.1.1 ヒンダードフェノール系
3.1.2 リン系
3.1.3 チオエーテル系
3.2 金属不活性化剤
3.3 光安定剤
3.3.1 HALS
3.3.2 紫外線吸収剤(UVA)
3.4 流動性改良剤
3.5 酸変性ポリプロピレン
4. 着色剤
4.1 無機顔料
4.2 有機顔料
4.3 分散剤
4.4 展着剤
5. 強化材
5.1 板状強化材
5.1.1 タルク
5.1.2 マイカ
5.2 針状強化材
5.2.1 グラスファイバー(GF)
5.2.2 カーボンファイバー(CF)
5.3 ゴム成分
6. 材料開発
6.1 物性調整と長期耐久性付与
6.2 再調色
7. 粉砕材から製品へのコンパウンディング
7.1 粉砕材の均一化
7.2 添加剤,顔料の小分け
7.3 原材料のブレンディング
7.4 ペレット化
7.4.1 原料フィード器の種類と特徴
7.4.2 混練押出機の種類と特徴
7.4.3 スクリーンチェンジャーの種類と特徴
7.4.4 カッティング機の種類と特徴
7.4.5 アフターブレンド(製品ペレットの均一化)
7.4.6 マグネット,金属除去
7.4.7 包装
7.4.8 設備全体のフローチャートの例
7.5 工程管理・バッチ管理
7.6 生産管理
7.7 設備管理・摩耗管理
7.8 品質保証
7.8.1 物性測定室の温度湿度管理
7.8.2 サンプルの調製
7.8.3 MFR測定(JIS K7210-1:2014)
7.8.4 引張試験(JIS K7161-1:2014)
7.8.5 耐衝撃試験
7.8.6 蛍光X線分析
7.8.7 ガスクロマトグラフ質量分析
7.8.8 品質保証の考え方
8. よく起こる問題と技術フォロー
8.1 流動性
8.2 表面外観
8.3 割れ-クラック
8.4 劣化
9. リサイクル材の適用事例
9.1 家電
9.2 自動車
9.3 グリーン購入法関連
10. プラスチックのマテリアルリサイクルの今後
第3章 ケミカルリサイクル技術の開発動向と応用展開
はじめに
1. ケミカルリサイクル技術の概要
2. 廃プラスチックのケミカルリサイクルによるポリマー製造手法
2.1 ナフサからポリマーの製造
2.2 廃プラのガス化によるケミカルリサイクル
2.3 個々のポリマーのケミカルリサイクル技術
3. 廃プラスチックの液化
3.1 熱分化油のナフサ利用
3.2 Cynar社のプロセス
3.3 Plastic Energy社
3.4 Recenso社
3.5 BASF社
3.6 Quantafuel社
3.7 Recycling Technologies社
3.8 Licella社
3.9 Anellotech社
4. 日本の廃プラスチック液化技術
4.1 リサイクルエナジー社
4.2 環境エネルギー社
5. 廃プラスチックから軽質オレフィンの製造
5.1 二段方式による熱分解
5.2 二段目ZSM-5による接触分解
5.3 LyondellBasell社
6. 欧州石油化学の動向
6.1 BASF社
6.1.1 ChemCyclingTM
6.1.2 BASFジャパン社でのケミカルリサイクル
6.2 SABIC社
6.3 Neste Oil社
6.4 Dow Chemical(Dow)社
6.5 Royal Dutch Shell社
6.6 海外で進行中の廃プラスチック原料プロジェクト
7. 廃プラスチック液化日本での動き
7.1 アールプラスジャパン社
8. 廃プラスチックのガス化
8.1 廃プラスチックガス化原料
8.2 廃プラスチック(都市ごみ)のガス化とその利用用途
8.3 ガス化炉
8.4 EUP(Ebara Ube Process)
8.4.1 EUPによるガス化
8.4.2 宇部興産社 122
8.4.3 昭和電工社 123
8.4.4 EUPプロセスのライセンシング
8.5 Enerkem社
9. 都市ごみと再エネ水素から化学品
9.1 メタノール
9.2 エタノール
9.2.1 積水化学社
9.2.2 エタノールの利用
10. 都市ごみから航空燃料
10.1 FT合成による航空燃料の合成
10.2 LanzaJet社
11. ポリスチレンのリサイクル
11.1 廃ポリスチレン
11.2 廃ポリスチロールの水平リサイクル
11.3 廃ポリスチレンのモノマー化
11.4 東芝プラントシステム社
11.4.1 山梨実証試験
11.4.2 PSジャパン社
11.5 東洋スチレン社
11.6 ポリスチレン回収プロセス
12. ポリ乳酸のリサイクル
12.1 ポリ乳酸の製法
12.2 廃ポリ乳酸の解重合
12.3 均一系触媒による解重合
13. PETのリサイクル
13.1 廃PETボトルのリサイクルの実情
13.2 廃PETの回収技術
13.2.1 PETボトルの製法
13.2.2 固相重合によるPETのリサイクル
13.2.3 固相重合によるPET再生会社
13.2.4 解重合による廃PETボトルのモノマー化
13.2.4.1 帝人ファイバー社の取り組み
13.2.4.2 アイエス社の取り組み
13.2.4.3 三星化学研究所社の取り組み
13.2.4.4 三菱重工業社の取り組み
13.3 再生ポリエステル繊維
13.4 PETリサイクル欧米の動向
13.4.1 Eastman Chemical社
13.4.2 Shell社
13.4.3 BCDグループ
13.4.4 Carbios社
13.4.5 IBM社
13.4.6 DEMETO
13.4.7 欧州で研究されているPETの解重合技術
14. ポリマー改質アスファルト
14.1 Dow社
14.2 花王社
第4章 プラスチック包装材料に関わる国内外の法規制と技術開発動向
第1節 国内外の包装材料(樹脂)のケミカルリサイクルの現状と再生樹脂の利用事例
はじめに
1. ケミカルリサイクルの必然性
1.1 なぜケミカルリサイクルするか
1.1.1 廃棄ゼロの考え
1.1.2 再生可能な包装設計
1.1.3 包装におけるinnovation
1.2 ケミカルリサイクルの長短
2. ケミカルリサイクルの現状
2.1 熱分解油の製造
2.2 熱分解油を利用して樹脂を製造
2.3 マスバランスの考え
2.4 認証機関
2.5 溶剤による分離
3. モノマテリアル仕様の事例
4. 具体的なリサイクルの事例
4.1 海外の事例
4.2 海外の商品化の事例
4.3 国内の事例
第2節 軟包装材料に関わる国内外の規制とリサイクル性を高めるためのモノマテリアル化
はじめに
1. 欧州の動向
1.1 EU指令
1.2 プラスチックリサイクルの方法
1.3 EU指令に対する欧州コンバーター業界の反応
1.4 EU指令に対するGROBAL容器包装利用企業の動向
1.5 CEFLEX(Circular Economy for Flexible Packaging)
2. 国内の動向
2.1 環境省のプラスチック資源循環戦略
2.2 CLOMA(Japan Clean Ocean Material Alliance)
3. モノマテリアル化に向けた海外コンバーター,素材メーカーの動向
3.1 Amcor社
3.2 Dow社
3.3 Mondi社
3.4 Gualapack社
3.5 Wipf社
3.6 Henkel社
3.7 PAXXUS社
4. モノマテリアル化に向けた国内コンバーター,素材メーカーの動向
4.1 凸版印刷社
4.2 大日本印刷社
4.3 東洋製罐社
4.4 東洋インキ社
5. モノマテリアル化と透明蒸着
5.1 透明蒸着の重要性
5.2 海外の透明蒸着フィルムメーカー
5.3 国内の透明蒸着フィルムメーカー
おわりに
第5章 廃プラスチックリサイクルにおける要素技術の開発動向
第1節 常圧溶解法による熱硬化性樹脂のリサイクル技術
はじめに
1. 常圧溶解法の概要
2. ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)
3. 炭素繊維強化プラスチック(CFRP)
4. プリント配線板(PWB)
5. 変圧器用モールドコイル
おわりに
第2節 亜臨界・超臨界流体によるプラスチックのケミカルリサイクル技術
はじめに
1. 亜臨界・超臨界流体とは
2. 亜臨界・超臨界流体を用いるプラスチックのケミカルリサイクル
2.1 亜臨界・超臨界流体によるポリエステルのモノマー化
2.2 亜臨界水によるポリアミドのモノマー化
2.3 亜臨界水による多層フィルムの分離・回収
2.4 超臨界流体による炭素繊維強化プラスチック(CFRP)の分離・回収
おわりに
第3節 マイクロ波を利用したケミカルリサイクル技術とそのスケールアップ
はじめに
1. マイクロ波とは
2. マイクロ波プロセスのデザイン
2.1 反応系デザイン
2.2 反応器デザイン
2.3 マイクロ波制御デザイン
3. マイクロ波化学の事業展開
4. ケミカルリサイクルへの参入
5. マイクロ波を利用したケミカルリサイクル技術とそのスケールアップ
まとめ ~脱炭素社会に向けて~
第4節 物理劣化・物理再生理論による廃プラの高度マテリアルリサイクル技術
はじめに
1. 物理劣化・物理再生理論と高分子の自己再生能力
2. 自己再生能力を適用した高度ペレタイズプロセス
まとめ
第5節 ラマン分光によるプラスチック識別技術と装置開発事例
はじめに
1. プラスチックの光学識別
1.1 プラスチックリサイクルにおける分光測定
1.2 ラマン分光による識別
2. 廃家電由来プラスチックの選別回収
2.1 廃家電由来プラスチック
2.2 ラマン分光プラスチック識別装置
2.3 選別回収の運用実績
3. 使用済自動車由来プラスチックの選別回収
3.1 ASR由来プラスチック
3.2 ASR由来プラスチックのマテリアルリサイクル
4. ラマン分光による精密識別
おわりに
第6節 廃プラスチックの熱分解分析技術と装置例
1. 概論
2. 熱分解ガスクロマトグラフ/質量分析システムとその分析法の概要
3. マテリアルリサイクルにおける応用分析例
3.1 廃プラ材中の添加剤
3.2 廃プラ材の組成
4. ケミカルリサイクルにおける応用分析例
4.1 単一廃プラの熱分解による触媒反応
4.2 複合廃プラの熱分解による触媒反応
5. 今後の展望
第7節 CFRP/GFRPからの樹脂の分離・回収技術の国内外の開発動向
はじめに
1. GFRPリサイクル技術の動向
1.1 国内のGFRPリサイクル技術
1.1.1 マテリアルリサイクル
(1) アサオカ社,群馬工業高等専門学校:FRP,塗料
(2) 名機製作所社:充填材
(3) 宇部日東化成社:充填材
(4) 広島大学,徳毛レジン社,広島県立総合技術研究所東部工業技術センター:充填材
1.1.2 熱分解法
(1) 北海道工業開発試験所:気中熱分解
(2) 三菱重工業社:気中熱分解
(3) 東芝社:高圧熱分解
(4) 静岡県立大学,日清オイリオ社,神奈川県産業技術センター:植物油分解
(5) 福岡県リサイクル総合研究センター,大分県産業科学技術センター:気中熱分解
(6) 四国工業技術試験所,高知県工業技術センター:水蒸気分解
1.1.3 超臨界流体法
(1) 神戸製鋼所社:超臨界水,亜臨界水
(2) 物質工学工業技術研究所,熊本県工業技術センター:超臨界水,亜臨界水
(3) 大阪府立大学,松下電工社:亜臨界水
(4) 山口県産業技術センター,山口大学:超臨界アルコール
1.1.4 加溶媒分解法
(1) 三菱電機社:有機アンモニウム塩触媒
(2) 和歌山県工業技術センター:グリコール
(3) アースリサイクル社:グリコール
(4) 千葉大学,産業技術総合研究所,中国工業社:クレゾール
(5) 日立化成社:アルコール
1.1.5 その他の回収技術
(1) 崇城大学:高周波分解法
(2) 信州大学:酸化物半導体分解法
1.1.6 再利用技術
(1) クボタ社:セメントモルタル瓦
(2) 強化プラスチック協会,富士田商事社:セメント原燃料化
(3) 大日本インキ化学工業社:舗装材
(4) 和歌山県工業技術センター,京屋社,福岡県工業技術センター:マネキン
(5) 大阪大学,INAX社,ニチアス社:軽量断熱材
1.2 海外のGFRPリサイクル技術
1.2.1 マテリアルリサイクル
(1) ERCOM Composite Recycling社(EU):充填材
(2) Fibron社(ドイツ):SMC
(3) Phoenix Fibreglass社(カナダ):充填材
(4) R. J. Marshall社(米国):充填材
(5) Astoria Industries of Iowa社(米国):充填材
(6) Gees Recycling社(イタリア):再成形
1.2.2 熱分解法
(1) Budd社(米国):GF再生
(2) S-P Reclamation社(米国):オゾン分解
(3) University of Nottingham(英国):流動床燃焼プロセス
(4) ReFiber社(デンマーク):ReFiberプロセス
(5) REFORM(EU):Re-Fib法
(6) ACMA,IACMI,CHZ Technologies社(米国)
(7) University of Strathclyde(英国):熱によるGFの劣化
(8) KOREC社(イタリア):CO2雰囲気
1.2.3 超臨界流体法
(1) Modar社(米国):超臨界水と酸素
(2) Nantes Thermokinetics Laboratory(フランス):亜臨界水
(3) Aalborg University(デンマーク):超臨界アルコール
1.2.4 加溶媒分解法
(1) Ashland Oil社(米国):グリコール
(2) DSM Research社(オランダ):エタノールアミン
(3) University of Connecticut(米国):プロピレングリコール
(4) Siemens社(ドイツ):アミン
(5) IBM社(米国):イオン液体
(6) Hongik University(韓国):硫酸,KOH
(7) Chinese Academy of Sciences(中国):AlCl3/酢酸
1.2.5 その他の回収技術
(1) Novacor Chemicals社(スイス):超音波洗浄
(2) University of Borås(スウェーデン):マイクロ波分解
(3) Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives(フランス):シラン化合物
1.2.6 再利用技術
(1) Ryds Battindustri社(スウェーデン):ボート
(2) Hambleside Danelaw社(英国):住宅機器
(3) Global Fiberglass Solutions社(米国):パネル
(4) Loughborough University(英国):コンクリート
(5) Università Politecnica delle Marche(イタリア):コンクリート
(6) Technical University of Lisbon(ポルトガル):コンクリート
(7) National Center for Metallurgical Research(スペイン):セラミックタイル
(8) CompoCycle(ドイツ):セメント
(9) Mixt Composites Recyclables社(フランス):成形材料
(10) Reprocover社(ベルギー):建設製品
(11) TECNALIA Research&Innovation(スペイン):コンクリート
(12) Janicki Industries社,Global Fiberglass Solutions社(米国):防音壁
(13) Global Fiberglass Solutions社,Washington State University(米国):パネル
(14) Hebei University of Science&Technology(中国):石膏,マンホール
(15) General Electric社,Global Fiberglass Solutions社(米国):パレット
(16) Extreme Eco Solutions社(オランダ):タイル
2. CFRPリサイクル技術の動向
2.1 国内のCFRPリサイクル技術
2.1.1 マテリアルリサイクル
(1) ACA社:空気流によるCF回収技術
2.1.2 熱分解法
(1) 炭素繊維協会:実証プラント
(2) 東レ社:省エネルギー熱分解法
(3) 三菱レイヨン社:省エネルギー熱分解
(4) 三菱ケミカル社:省エネルギー熱分解
(5) カーボンファイバーリサイクル工業社:省エネルギー熱分解
(6) リーテム社,富士加飾社:自動制御システム
2.1.3 超臨界流体法
(1) 静岡大学:亜臨界流体
(2) 熊本大学:亜臨界アルコール
2.1.4 加溶媒分解法
(1) 東京工業大学:硝酸
(2) 産業技術総合研究所,東邦テナックス社:液相分解
(3) 日立化成社:アルコール
2.1.5 その他の回収技術
(1) 八戸工業高等専門学校:電解酸化法
(2) 信州大学:半導体分解法
2.1.6 再利用技術
(1) 愛媛大学,東レ社:コンクリート
(2) JAXA:航空機部品
(3) 阿波製紙社:CF製紙
(4) 三菱重工業社:再生CFRTP評価
2.2 海外のCFRPリサイクル技術
2.2.1 マテリアルリサイクル
(1) Fiberline Composites社(デンマーク):CFRP工程廃材
(2) ROTH International社(ドイツ):各種製品
2.2.2 熱分解法
(1) Adherent Technologies社(米国):真空熱分解
(2) Karborek社,ENEA(イタリア)
(3) ELG Carbon Fibre社(英国)
(4) Carbon Conversions社(米国)
(5) REFORM(EU):Re-Fib法
(6) Aachen University(ドイツ):残留炭素除去
(7) Alpha Recyclage Composites社,Toulouse University(フランス):水蒸気分解
2.2.3 超臨界流体法
(1) University of Nottingham(英国):超臨界プロパノール
(2) Harbin Institute of Technology(中国):超臨界水
(3) Vartega社(米国):超臨界CO2
2.2.4 加溶媒分解法
(1) 寧波材料技術與工程研究所(中国):DMF/H2O2
(2) 中国科学院大学(中国):AlCl3/酢酸
(3) Boeing社(米国):各種溶媒)
(4) Shocker Composites社(米国):プリプレグ,インライン
(5) Indian Institute of Technology Madras(インド):酢酸/H2O2
(6) Global Fiberglass Solutions社,Washington State University(米国):エタノール,水
2.2.5 その他の回収技術
(1) Vetrotex France社(フランス):溶媒洗浄法
(2) DaimlerChrysler社(ドイツ):高周波分解法
(3) Shenzhen University(中国),University of Manchester(英国):電気分解法
(4) Kunming University of Science and Technology(中国):高周波分解法
(5) Fraunhofer Institut fur Chemische Technologie(ドイツ):高周波分解法
2.2.6 再利用技術
(1) Imperial College London(英国):評価技術
(2) North Carolina State University(米国):評価技術
(3) CFK Valley(ドイツ):航空機部品
(4) SGL ACF社,BMW社(ドイツ):自動車部品
(5) Triumph Composites Systems社,Washington State University(米国):航空機部品
(6) Steelhead Composites社,Vartega社,Michelman社(米国):圧力容器
(7) Composite Recycling Technology Center社(米国):パドル
(8) Composite Recycling Technology Center社(米国):ベンチ
(9) Composite Recycling Technology Center社(米国),
ELG Carbon Fibre社(英国),IACMI(米国):シートバック
(10) Dell社(米国),SABIC社(サウジアラビア):ノートPC筐体
(11) Boeing社(米国),ELG Carbon Fibre社(英国)
(12) Adesso Advanced Materials Wuhu社(中国):自動車部品
(13) Vartega社,Janicki Industries社(米国):航空機部品
(14) Composite Technology Center社(ドイツ),Airbus社(フランス)
(15) Alchemy Bicycle社,Vartega社(米国)
おわりに
第8節 パルスパワーのリサイクル分野への応用とプラスチック表面の金属被膜剥離技術
はじめに
1. パルスパワーとは
1.1 パルスパワーの概念
1.2 パルスパワー発生技術
1.3 磁気パルス圧縮方式パルスパワー発生装置
1.4 パルスパワー技術のリサイクル分野への応用
2. パルスパワーによるプラスチック表面の金属被膜剥離技術
2.1 金属被覆プラスチックからの金属被膜剥離
2.2 金属被膜剥離処理における電気的特性
2.3 金属被膜剥離処理における放電現象及び衝撃波
おわりに
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