バイオベース樹脂 vs PP+ST および PE+ST: エコプラスチックの説明

より持続可能なプラスチック材料への移行により、バイオベースの環境に優しい樹脂、PP ST (デンプンとブレンドされたポリプロピレン)、および PE ST (デンプンとブレンドされたポリエチレン) の 3 つの樹脂カテゴリがますます指定されるようになりました。 それぞれはプラスチック製品の環境負荷を削減するための異なる戦略を表しており、どれも他の戦略に代わる普遍的なものではありません。 バイオベース樹脂は再生可能な原材料の調達を優先しており、配合に応じて真の生分解性を提供できます。 PP ST および PE ST ブレンドは、従来のポリオレフィンの加工の利便性と機械的なじみやすさを維持しながら、でんぷんを組み込んで化石含有量を部分的に減らし、一部の配合物では分解を促進します。これらの材料の中から正しく選択するには、その実際の構成、性能特性、認証状況、耐用年数終了後の動作を理解する必要があります。これらはすべて、マーケティング上の説明とは大きく異なります。

バイオベースの環境に優しい樹脂の本当の意味

「バイオベース」は原料の記述子であり、生分解性を主張するものではありません。バイオベース樹脂とは、炭素含有量の一部またはすべてが石油ではなく生物源（通常はトウモロコシ、サトウキビ、キャッサバなどの農作物、木材パルプからのセルロースなど）に由来するものです。生物由来の含有量は、炭素 14 同位体比テストを通じて定量化および検証可能であり、以下に標準化されています。 ASTM D6866 そして ISO16620 .

現在生産されている商業的に最も重要なバイオベース樹脂は次のとおりです。

• 人民解放軍（ポリ乳酸） ：発酵した植物糖（主にトウモロコシまたはサトウキビ）に由来します。通常、生物ベースのコンテンツ ほぼ100% 。工業条件下で堆肥化可能 (EN 13432 / ASTM D6400)。食品包装、使い捨てサービスウェア、3D プリント用フィラメントで広く使用されています。
• バイオPE（バイオベースポリエチレン） : サトウキビ由来のバイオエタノールから生産されており、ブラスケム社が「I'm green」ブランドで最も有名です。化石PEと化学的に同一 — 生分解性ではない — ただし、再生可能な二酸化炭素排出量の利点は約 1 kg あたり 2.15 kg の CO₂ 削減 生産された樹脂のこと。
• Bio-PP（バイオベースポリプロピレン） : 商業的にはまだ発展途上です。一部のルートではサトウキビ由来のプロパノールからバイオベースのプロピレンを使用しています。バイオベースの含有量と入手可能性はサプライヤーによって異なります。
• PBAT (ポリブチレンアジピン酸テレフタレート) : 石油ベースだが生分解性のポリマーで、堆肥化可能なフィルム用途の柔軟性と靭性を向上させるために 人民解放軍 またはデンプンとよくブレンドされます。
• TPS（熱可塑性デンプン） : 熱可塑性の形に加工された純粋または可塑化デンプン。完全にバイオベースで生分解性ですが、感湿性と機械的特性によって制限されており、通常は単独の樹脂ではなくブレンド成分として使用されます。

重要な違い: バイオベースは生分解性とは同じではありません

この違いは、持続可能な樹脂に関して最もよく誤解されている側面です。たとえば、バイオ PE は再生可能なサトウキビから生産されますが、従来の石油ベースの PE と同じくらい長く環境中に残留します。逆に、PBAT は石油由来ですが、堆肥化条件下では真に生分解性です。 材料の環境上の耐用年数プロファイルは、原料の起源ではなく、その化学構造によって決まります。 指定者と購入者は両方の次元を独立して評価する必要があります。

PP ST ポリプロピレン樹脂: 組成と性能プロファイル

PP STはポリプロピレン樹脂を指します。 機能性添加剤または充填剤としてデンプン（通常はコーンスターチまたはキャッサバデンプン）と配合されます。市販の PP ST グレードのデンプン含有量は一般に次の範囲です。 10～50重量％ 化石含有量の削減や分解促進の主張を対象とした用途では、デンプンが 30% を超える配合がより一般的です。

デンプンがポリプロピレンの特性を変える仕組み

デンプンとポリプロピレンは、相溶化化学がなければ熱力学的に相溶しません。デンプンは親水性 (水を引き付ける) ですが、PP は疎水性 (水をはじく) です。適切に配合されたPP STコンパウンドを使用 無水マレイン酸グラフトPP (PP-g-MAH) または同様のカップリング剤を使用して、デンプン顆粒とポリマーマトリックス間の界面接着を改善します。適切な相溶化がないと、デンプンは応力集中剤として機能し、引張強度と破断伸びが低下します。

20 ～ 30% の負荷で PP にデンプンを組み込むことによる典型的な効果:

• 引張強さの低下 10～25% 相溶化剤の配合量に応じて、ニート PP と比較
• メルトフローインデックスの低下 — デンプンにより溶融粘度が増加するため、加工温度の調整が必要になります
• 硬質デンプンフィラー効果により、適度なデンプン負荷で剛性（モジュラス）が増加
• 一部の配合では印刷適性と表面エネルギーが向上し、ラベル貼りやインクの接着に有益です
• でんぷん含有量に応じて吸湿性が増加します。これは、湿気にさらされる包装用途に関連した考慮事項です。

PP STの劣化挙動

PP ST 材料の一般的な宣伝文句は、「生分解性」または「オキソ分解性」です。現実はさらに微妙です。 PP ST のデンプン画分は真に生分解性であり、微生物はそれを代謝できます。しかし、デンプンが分解すると、残った PP マトリックスは小さな断片に断片化され、 それ以上生分解されない 標準的な微生物経路による。これにより、完全な石化ではなく、マイクロプラスチックの破片が生成されます。欧州連合の使い捨てプラスチック指令は、この理由からオキソ分解性プラスチックを特に制限しています。 PP ST は完全に生分解性であると記載すべきではありません ISO14855 または ASTM D5338 に基づく認定された堆肥化テスト データによってサポートされている場合を除きます。

PE ST ポリエチレン樹脂: 組成と性能プロファイル

PE ST は PP ST と同等のポリエチレンであり、ポリエチレン (フィルム用途では最も一般的にはLDPE または LLDPE、硬質用途では HDPE) と生物由来成分としてのデンプンとのブレンドです。同じ基本的な適合性の課題が適用され、許容可能な機械的特性を達成するために、同じ適合化戦略 (MAH グラフト化、表面処理デンプン) が使用されます。

フィルム用途では PP ST よりも PE ST の方が一般的である理由

ポリエチレン、特にLDPEおよびLLDPEは、インフレーションフィルムおよびキャストフィルム製造の主要な基材です。デンプンを PE フィルム配合物に組み込むことで、メーカーは PE の特徴であるフィルムブロー加工性を維持しながら、化石成分を部分的に置き換えることができます。市販のPE STフィルムグレード でんぷん含有量 15 ～ 30% 適度なスクリュー速度と温度調整を備えた標準的なインフレーションフィルム装置で処理できるため、新しい機械への設備投資をすることなく加工業者が利用できるようになります。

PE ST の一般的なアプリケーションには次のものがあります。

• 「部分的にバイオベース」または「デンプンブレンド」の代替品として販売されているキャリーバッグおよびショッピングバッグ
• でんぷん含有量がより迅速な圃場断片化をサポートできる農業用マルチフィルム (ただし、完全な生分解性を主張するには別途認証が必要です)
• 化石含有量の削減が購入基準となるゴミ袋とゴミ袋
• 適度な防湿性とコスト削減が優先される用途におけるソフトパッケージングオーバーラップ

PE ST フィルムの機械的トレードオフ

でんぷん配合量が 20% を超えると、PE ST フィルムは、未充填の PE と比較して、ダート衝撃強度と引裂き抵抗が目に見えて低下します。これはバッグやパウチにとって重要な特性です。ダーツの落下衝撃は次のように軽減されます。 30～50% 最適な相溶化を行わずに 30% のデンプン負荷で。耐穿刺性と引裂き性が性能要件となる用途の場合、PE ST グレードは用途の機械的仕様に対して特別に認定される必要があり、未加工の PE フィルムと同等の性能を有するとは想定されていません。

3 つの樹脂カテゴリすべてを並べて比較

認証とラベル: 指定する前に確認すべきこと

持続可能なプラスチック市場には、重大なグリーンウォッシングのリスクが含まれています。認証データの裏付けのない「環境に優しい」、「グリーンプラスチック」、または「生分解性ブレンド」などの材料の説明は、懐疑的に扱う必要があります。次の標準は、サードパーティが評価した検証可能なベンチマークを提供します。

生分解性と堆肥化性の基準

• EN 13432 (ヨーロッパ) : 包装材の産業用堆肥化可能性に関する主要基準。 6 か月以内に 90% 以上の生分解があり、12 週間以内に 2 mm 以下の断片に完全に崩壊し、堆肥に生態毒性がないことが必要です。 EN 13432 に認証された PLA は、EU 加盟国の本物の堆肥化可能な包装要件を満たしています。
• ASTM D6400 (米国) : 北米における産業用堆肥化可能なプラスチックに相当します。 EN 13432 とほぼ同様の要件ですが、テスト条件と合格しきい値にいくつかの違いがあります。
• ISO 14855 : 制御された堆肥化条件下でプラスチック材料の最終的な好気性生分解を測定するための実験室試験方法。EN 13432 および ASTM D6400 認証の基礎となる試験としてよく参照されます。
• TÜV オーストリア OK 堆肥 INDUSTRIAL / OK 堆肥 HOME : ヨーロッパで広く認知されている第三者認証プログラム。 「HOME」バリアントは、低温（周囲の庭の堆肥条件）での堆肥化可能性を検証します。これは、産業用堆肥認証よりも意味のある厳格な基準です。

生物由来のコンテンツの基準

• ASTM D6866 : 放射性炭素 (¹⁴C) 分析を使用して、生物起源 (再生可能) 起源の材料中の炭素の割合を測定します。結果はバイオベース炭素の割合として表されます。このテストは原料の起源のみを検証します。生分解性については何も述べていません。
• ISO16620 : 生物由来の含有量を決定するための国際的な同等の枠組み。さまざまな表現方法 (生物由来の炭素含有量、生物由来の質量含有量) をカバーする複数の部分から構成されます。
• DIN CERTCO / TÜV オーストリアの「苗木」および「バイオベース」マーク : ASTM D6866 テストと加工過程の検証を組み合わせた製品レベルの認証プログラムで、検証済みのバイオベース含有率を示す市場向けラベルを提供します。

PP ST および PE ST 材料の場合、完全な堆肥化認定のない唯一の普遍的に検証可能な主張は、 生物由来の炭素含有量 ASTM D6866による。生分解性および堆肥化可能性を主張するには、ISO 14855、EN 13432、または ASTM D6400 に基づくデータが必要です。これらのブレンドの場合、残留ポリオレフィン マトリックスが完全な堆肥化認証基準を通過するのを妨げているため、そのデータが入手できることはほとんどありません。

各樹脂タイプの加工上の考慮事項

3 つの材料はすべて従来の熱可塑性プラスチック装置で処理できますが、それぞれに生産効率と部品の品質に影響を与える特定の要件があります。

バイオベース樹脂の加工

• PLA : 以下まで十分な予備乾燥が必要です 水分250ppm 加水分解を防ぐために加工前に。溶融温度範囲が狭い (通常、 170～210℃ ) PP または PE と比較して、バレル内の滞留時間を最小限に抑える必要があります。 PLA はせん断熱の影響を受けやすいため、ホット ランナー システムでは慎重な温度管理が必要です。従来の PE または PP のリサイクル ストリームとは互換性がないため、分別する必要があります。
• バイオPE : 化石燃料 HDPE またはLDPE と同様にプロセスします。同じ温度プロファイル、スクリュー設計、工具が適用されます。このドロップイン互換性は、Bio-PE の主な商業上の利点の 1 つです。

加工PP ST

PP ST コンパウンドは通常、標準的な PP 射出成形または押出装置で適度に調整して加工できます。処理に関する重要な注意事項:

• 溶融温度は以下の範囲内に維持する必要があります 180～210℃ 変色や臭いの原因となるでんぷんの熱劣化を防ぎます。
• でんぷんが豊富なグレードでは、蒸気による表面欠陥を減らすために予備乾燥をお勧めします。
• デンプン部分のせん断加熱を最小限に抑えるために、背圧とスクリュー速度を控えめにする必要があります。

加工PE ST

PE ST フィルムグレードには、PP ST と同様の予防措置が必要ですが、PE のより低い加工温度範囲内にあります ( 150～190℃ LDPE/LLDPE インフレーションフィルム用)。デンプン含有量が 25% を超える場合は、安定した気泡形成を維持するためにダイギャップの調整と吹き込み圧力の増加が必要になる場合があります。表面品質と光沢は、未充填の PE フィルムと比較して低下する可能性があり、高品質の光学特性を必要とする用途への適合性に影響します。

アプリケーションのマッチング: どの樹脂がどの最終用途に適しているか

バイオベース樹脂、PP ST、PE ST のいずれを選択するかは、最終的には対象用途の特定の性能要件と耐用期間終了までの経路によって決まります。次のフレームワークは、材料の選択を実際の要件に合わせるのに役立ちます。

耐用年数が終了した経路: リサイクル、堆肥化、埋め立ての現実

これらの樹脂間の実際の環境の違いが最も重大になるのは、耐用年数を経た後の取り扱いです。そして、最も多くの場合、誤って伝えられます。

• バイオPE : 既存の PE 廃棄物の流れでリサイクル可能。化学的には化石PEと同一であり、従来の選別装置では区別できません。これは大きな実用的な利点です。バイオ PE 包装は、分別や処理技術を変更することなく、確立された自治体のリサイクル インフラストラクチャを通じて収集、分別、リサイクルできます。
• PLA : 耐用年数を経た適切な取り扱いのために、従来のプラスチックから分離する必要があります。 PLA が PE または PP リサイクルストリームを汚染すると、リサイクル物の品質が低下します。本物の堆肥化を実現するには、次の場所で稼働している産業用堆肥化施設を利用する必要があります。 55～60℃ — 多くの地域で依然としてインフラが限られている。 PLA の家庭用堆肥化は、特に家庭用堆肥認定グレードでのみ可能であり、工業用堆肥化よりも大幅に時間がかかります。
• PP ST および PE ST : これらの混合物は、リサイクルと堆肥化の流れの両方において問題があります。デンプン含有量は、これらの材料が PP または PE リサイクル ストリームに入ると、リサイクル品質を低下させます。同時に、ポリオレフィンマトリックスが残留するため、堆肥化認証を取得できないことを意味します。実際には、ほとんどの PP ST および PE ST 製品は埋め立て地に送られることになりますが、そこではデンプン部分が嫌気的に分解され (メタンが生成され)、ポリマー部分は残存する可能性があります。 このサポート終了の制限について購入者に正直に伝えることが不可欠です。

したがって、PP ST および PE ST 材料の最も防御可能な環境上の位置づけは次のとおりです。 単位重量あたりの化石炭素含有量の削減 — 測定可能で検証可能な主張 — 材料の化学的性質が完全な認証ではサポートできない生分解性や堆肥化可能性の主張ではありません。