バイオポリマー技術の開発

2023 年 4 月 19 日

10:33

2050年までに初のカーボンニュートラル大陸になるというEUの目標など、環境への責務は不織布業界にとって重要であり、新規材料の導入には材料、繊維、化学、機械のエンジニアの意見と協力が必要です。 NIRI の学際的専門家チームにとって応用研究の当然の分野として、NIRI の最高技術責任者である Steven Neill 氏は、バイオポリマー技術の開発に注目し、より低い経済的リスクで新しい材料を商業的に実現可能にするのに役立つプロトタイプ規模の実験施設を強調します。

世界的に CO2 排出量を削減する需要には、ポリマー生産、不織布生産、加工および製品組み立てプロセス、製品寿命の終了への懸念から生じる CO2 排出量が含まれます。 メーカーにとって、さまざまな生産要素に注力する義務がますます高まっています。 原材料の選択、再生可能エネルギーへの移行、全体的なエネルギー使用量の削減は重要な懸念事項です。 同様に、製造プロセス中の消費前廃棄物の処理は、水を大量に使用するプロセスを削減し、廃水管理をより適切に処理する取り組みと併せて、差し迫った生産上の問題です。 メーカーは生産と並行して、再利用を含む長期的な製品ライフサイクルを考慮する義務がますます高まっています。 材料をリサイクルして生産サイクルに戻すか、材料を自然生態系に戻す。

これに関連して、化石燃料由来の材料から代替材料への移行が不織布の変革を主導していますが、新規材料を従来の加工技術に適応させるか、現在の加工技術を新規材料に適応させるかにかかわらず、さまざまな課題が伴います。 バイオポリマーの成長と開発は、化石燃料由来のプラスチックに代わる明確な代替手段であり、あらゆる分野に適用可能です。 天然の形態では、バイオポリマーは歴史を通じて使用されてきました。天然繊維と結合剤であり、主に動物、植物、または鉱物をベースとしています。 しかし、繊維/フィラメント形成用の代替バイオポリマーに目を向けると、現在、次のようなさまざまなオプションが利用可能です。

これらのオプションのそれぞれに適したウェブ形成技術は、カーディング、エアレイ、ウェットレイ、メルトブロー、スパンボンディングなどによって異なります。 これらはすべて十分に確立されたプロセスですが、あらゆる分野や製品ラインに新素材を導入するには大きな課題が伴います。 従来の装置を使用して新規材料のトラブルのない処理と変換を達成することは、そのような課題の 1 つです。 現在の代替アプローチは、従来の装置を適応させて問題のない処理を実現することです。 どちらのルートを追求するにせよ、新規材料が商業的に実現可能であるためには、それらが置き換えられる材料および製品の仕様および性能要求を満たさなければなりません。

必要な特性を持つ材料を組み合わせて、両方の材料の長所を組み合わせたブレンドを作成することは、このような課題を克服し、望ましい性能を得る 1 つのオプションです。 あるいは、原材料の準備中または加工中のいずれかに、プロセスまたは性能添加剤を添加することもできます。 ブレンドは、カーディング、エアレイまたはウェットレイの前に異なる種類の繊維を混合することにより、ポリマーの準備段階 (コンパウンディング) で行うことができます。 湿式積層では、プロセス添加剤を繊維スラリーに添加できますが、粉末などの非繊維形態の性能向上剤を繊維積層プロセス中または形成されたウェブに添加できます。

これらのプロセスオプションを見て、ニール氏はNIRIの研究室技術への投資の重要性を強調し、「NIRIの研究室には、加工性を評価し、ポリマーと加工および性能添加剤の組み合わせを調査し、バイオポリマーを押出成形するためのプロセス条件を最適化するためのプロトタイピング規模の装置が独自に装備されています。」フィラメント、スパンバウンド、メルトブローン不織布。