クローズドループ・リサイクル：反復加工後のポリプロピレンに何が残るか
3点曲げ試験。出典：SAMPE Europe 2025、9ページ、図13。同図の引用元：Severin Huber [SH-2024]。
部品を成形し、粉砕し、その材料から新たな部品を作る。実験におけるクローズドループ・リサイクルは、このように進みます。しかし、この工程を繰り返すとプラスチックには何が起こるのでしょうか。まだ成形できるという理由だけで、用途に適した材料と言えるのでしょうか。
OST東スイス応用科学大学の材料技術・プラスチック加工研究所（IWK）は、この問いを検討しています。Jasper HollenderとJosip Dubravacが専門記事で結果を報告し、DubravacはRAKUFOでも紹介しました。実務に役立つのは、特性ごとの違いを示している点です。比較的安定する特性もあれば、大きく変化する特性もあります。[1, 2]
この研究における「クローズドループ」とは
対象は、PPホモポリマー、PPコポリマー、PEを含む市販の使用済み製品由来再生PPという3種類です。射出成形後、試験用に保管する試料を除いて試験片を粉砕し、再び成形しました。変化を材料の状態に結び付けやすくするため、加工条件は意図的に一定に保たれています。[1]
ホモポリマーは最大12回、ほかの2種類は最大20回のリサイクル工程を調べています。この管理された実験が示すのは、加工の繰り返しです。使用、汚染、回収、回収材料の品質変動を伴う実際の製品寿命を20回繰り返せるという証明ではありません。
「ポストコンシューマー」は投入材料の履歴を表します。一方、ここでの「クローズドループ」は、実験中の反復加工の仕組みを表します。産業規模の循環では、両方を把握する必要があります。
流れやすくなっても、伸びにくくなることがある
リサイクル回数が増えるにつれて、3種類とも流動性が上がりました。著者らは、長いポリマー鎖の分解と溶融粘度の低下に関連付けています。これは射出成形の充填、圧力、計量挙動にも影響します。[1]
特に分かりやすいのが、試験されたPPホモポリマーです。報告された比較では、降伏応力は36.0から35.4 MPaへ低下した一方、破断伸びは20%から10%へ半減しました。MFIは大きく増加しました。[1]
同じプラスチックでも、変化は特性ごとに異なる
降伏応力
破断伸び
MFIの大幅な増加
降伏応力は、永久変形に移る際の応力です。破断伸びは、引張試験片が破断するまでにどれだけ伸びるかを表します。MFIは、定められた試験条件下で流れる溶融樹脂の質量を示します。それぞれ異なる問いに答える指標です。MFIが高いほど優れた材料とは限らず、降伏応力がほぼ変わらなくても、すべての機械特性が保たれているとは言えません。
製品開発で一つの良好な指標だけを見ると、最終部品に重要な変化を見落とすおそれがあります。
3種類のPPで挙動が異なる理由
試験したコポリマーは、反復加工の影響を特に受けやすいものでした。PEを含むPCR-PPは、複数の指標でより安定した変化を示しました。ただし、PCRは常に優れ、コポリマーは常に劣るという一般的な順位付けにはなりません。結果は、試験された材料と条件に対応しています。[1]
試験温度も重要です。試験したコポリマーは、調べた複数の状態で室温における耐衝撃性を維持していましたが、−20 °Cでは衝撃強さが大きく低下しました。そのため、低温環境で使用する用途では、想定使用温度での試験が必要です。[1]
逆方向の変化も報告されています。PCR-PPでは、室温におけるノッチなし衝撃強さが増加しました。著者らは、材料の各相の分布や均質性が改善した可能性を挙げています。同時に別の特性が低下することもあるため、材料評価には複数の関連指標が必要です。
外観も重要です。加工履歴によって色と光沢が変化しました。目に見える筐体では、機械的な機能を満たしていても、この変化が問題になる場合があります。[1]
実用例：留め具では何を確認するか
留め具は、はめ込む際には変形し、その後は確実に保持する必要があります。用途によっては、繰り返し使用、低温、長期間の保持も求められます。剛性だけでは適否を判断できません。
IWKの結果は、確認すべき点を整理する助けになります。必要な変形量はどの程度か。機能を制限する特性は何か。加工履歴の違いにどの程度敏感か。
引張試験片の破断伸びを、そのまま開閉可能回数に換算することはできません。承認には、合意した使用条件下で適切な試作部品を評価する必要があります。この留め具は当社による用途への考察であり、IWK研究の試験対象ではありません。
- 01
機能
必要な変形量と保持機能を定義。
- 02
条件
温度、荷重、反復使用条件を確認。
- 03
試験
データシートだけでなく適切な試作部品を評価。
- 04
判断
材料と部品を合わせて承認。
安定化は開発手段であり、無限の寿命を意味しない
専門記事とRAKUFOの発表では、添加剤による安定化も扱っています。試験からは、一部の特性や老化挙動を調整できる可能性が示されています。発表には、添加剤の有無による比較も含まれています。[1, 2]
専門記事は、内部で実施した予備試験についても報告しています。5回のリサイクル後でも、適切な添加剤を用いることで、バージン材に近い特性水準が得られました。著者らはこれを予備的な結果としており、添加時期、添加量、添加剤の種類について研究を継続しています。[1]
これは有用な開発手段ですが、初期の全特性が回復することを意味しません。加速老化試験だけで、実使用の寿命を一定年数として決めることもできません。材料系、安定化、加工、用途を一体として評価する必要があります。
発表ではエネルギー最適化も検討しています。消費エネルギー、サイクルタイム、品質は、同じ生産判断の中で扱うべき要素です。一つの設定を最適化しても、工程全体が用途に適するとは限りません。[2]
信頼できる材料循環に必要なこと
Ocean Materialにとって、実務上の問いは4つあります。材料の由来は何か。どの加工を経てきたか。次の部品に必要な特性は何か。要求を満たすことをどう確認するか。
これらは調達と開発をつなぎます。お問い合わせには、用途、形状、荷重、使用環境、予定する加工方法が役立ちます。それを基に、材料候補の選定や、顧客・協力製造企業との資料および試験要件の調整を支援します。
材料の流れを閉じることは出発点です。次の部品の要求を満たす証拠があってこそ、技術的に信頼できる循環になります。
MeSentiaとの開発方針への位置付け
SAMPE Europe 2025の論文は、補完的な視点を示しています。MeSentia、Inspire、OST IWKが関わる事例では、軽量サンドイッチ構造を研究し、全量再生の天然繊維強化PPによる試作体も含めています。著者らは、試験した構成について、OSB基準材より軽量で同程度の曲げ性能を得たと報告しています。[3]
当社の開発方針では、これが材料評価と部品設計を結び付けます。ただし、別の研究です。IWKの反復射出成形の結果は、MeSentiaと進める工程で何回リサイクルできるかを示すものではありません。Ocean Materialは、これらの研究の著者ではありません。
材料・部品の要件についてOcean Materialにご相談ください.
出典と位置付け
[1] Jasper Hollender、Josip Dubravac（OST IWK）：Abbauverhalten beim wiederholten Spritzgiessen。KunststoffXtra、2026年4月27日。提供されたPDF、1–9ページ。当社の図は公表値を再構成したもので、自社の生測定データではありません。
[2] Josip Dubravac（OST IWK）：Nachhaltiges Spritzgiessen: Energieoptimierung und Recyclingkreisläufe für eine ressourcenschonende Produktion。第21回RAKUFO、2026年9月3日。特にスライド17、20–24。発表と記事は同じ研究系列を扱っており、独立した2件の追試ではありません。資料では、Ocean MaterialやMeSentiaを試験PPの供給元としていません。
[3] Florian Langenegger、Markus Zogg（Inspire AG）、Yanick Hauser、Gion Andrea Barandun（OST IWK）：Lightweight Structures with High Recycled Material Content Made by Hot-Cold Flow-Press-Forming。SAMPE Europe Conference 2025、アムステルダム、第4.2節、10–12ページ。タイトル写真：別の事例を扱った9ページの図13。記載出典[SH-2024]：Severin Huber、Optimierung einer Leichtbaustruktur、ETH Zurich、2024年秋学期の学期論文。
