押出機：プラスチック業界で VOC 排出を最適化するにはどうすればよいでしょうか?

改造プラスチック押出機

産業化は人類社会を前進させ、その恩恵に私たちが浸っていた矢先、1952年のロンドンスモッグ事件が私たちを現実に引き戻した。
時が経つにつれ、消費者、労働者、政治家はますます
産業廃ガスに配慮しています。

新たな政策の導入により、改質プラスチック業界も環境保護へと移行するようになりました。
しかし、改質プラスチック業界で VOC 排出を効率的に最適化するにはどうすればよいでしょうか?
次に、私の手順に従って、業界で主流となっている VOC 処理方法と生物学的プロセスを見てみましょう。

PP/PE/PVCプラスチック押出ライン：VOC排出量の分析

VOCは、共ブレンド改質工程における押出機の溶融工程と冷却工程で主に発生し、主な汚染発生箇所は押出機のダイヘッド付近です。改質工程で発生する排ガスの組成は、基材によって異なります。
ポリエチレン（PE）生産排気ガスは、粒子状物質（煙）、炭化水素、重質炭化水素（石油）が大部分を占めています。
ポリプロピレン（PP）生産排気ガスは、非メタン総炭化水素、重質炭化水素、プロピレン、ホルムアルデヒド、アクリル酸、アセトアルデヒド、アセトンが大部分を占めています。
ポリ塩化ビニル（PVC）生産排気ガスの大部分は塩化メチレンです。
ポリスチレン (HIPS) および ABS 製造の排ガス中のさまざまな汚染物質の濃度は非常に低いです (温度も、製造プロセス中に生成される排ガスの種類と総量に大きな影響を与えます)。ある研究によると、ポリプロピレンホモポリマー処理の場合、製造温度がそれぞれ 205°C と 319°C のとき、後者では前者よりも総非メタン炭化水素が 205 倍多く生成され、重質炭化水素は前者よりも 7.4 倍、プロピレンは 66.2 倍多く生成されました。

一般的な廃ガス処理プロセス

1.モノマー残留物の少ない樹脂を使用する
可能な限り、残留モノマー含有量が比較的低い樹脂を選択してください。例えば、医療用PVC樹脂のVCモノマー含有量は非常に低く、1ppm（mg/kg）に達することもあります（通常値は5）。自動車の内装パネルに使用されるPPの場合は、低分子揮発性物質の含有量が少ない樹脂を選択してください。
2.高分子量添加剤の使用
可能な限り、加工温度で揮発したり外部に移行したりしないように、高分子量の添加剤（できればポリマー添加剤）を使用してください。
（１）カップリング剤を相溶化剤、具体的にはグラフトポリマーやグラフトポリマーなどに変更したが、無水マレイン酸グラフト部に一定の臭いがある場合。
（２）ポリペンタエリスリトールステアレート（PETS）等を用いた潤滑剤；分子量5000以上のポリエチレンワックス（PE-WAX）の分散剤を選択。
（３）難燃剤はできる限りポリマー系、具体的には臭素化ポリスチレン、臭素化エポキシ樹脂等を使用する。
3. 吸着剤の添加
VOC含有量制御の要件を満たすために、樹脂マトリックス中の残留有機小分子を吸着剤を用いて捕捉または吸着することを指します。吸着法は、化学反応吸着と物理吸着の2種類に分けられます。一般的な物理吸着材料は、ゼオライト、活性炭、モレキュラーシーブ、珪藻土などの多孔質材料です。
化学反応吸着は、VOC と反応して、通常の使用条件（例：100 °C 未満）では揮発しない、相対的に分子量が大きい化合物を生成する添加剤を加えるか、より揮発性の高いガスを生成することによって、材料から VOC を除去する方法です。
4. 処理条件の管理
（１）低温生産：製品の完全な可塑化を確保するという前提の下、処理温度を低くすることで、小分子分解物質の発生を低減します。
（２）多段階排気：排気回数を増やし、３段階、さらには４段階まで排気することで、時間とともに発生する小分子揮発性物質を除去します。

5.有機溶剤系材料の使用を削減する
（1）水性コーティング：有機揮発性溶剤の代わりに水を分散媒として使用しますが、現在の技術では依然として約20％のエーテルおよびアルコール溶剤を含める必要があり、VOCフリーコーティングではなく、低VOCコーティングとしか考えられません。
（２）固体粉体塗装：有機溶剤を含まず、VOC排出ゼロ。
（３）光硬化型コーティング：フィルム形成材料は光硬化反応成形に依存しており、有機溶剤の使用を減らすことができますが、多くの場合、約30％の有機溶剤を含める必要があります。
（４）水性接着剤および水性離型剤：現在は有機溶剤の含有量が少ない製品が販売されている。
6.高温乾蒸し
プラスチックマトリックスは二軸押出機とペレタイザーを通過した後、VOC処理システムに送られ、80～120℃に加熱され、プラスチック粒子に吸着されたVOC物質（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼンなどの炭化水素物質）を可能な限り乾式蒸気処理します。乾式蒸気処理の時間は温度に依存し、高温から低温まで様々ですが、通常は約3時間です。現在、大手改質企業は基本的にこの方法を採用しています。

生物学的廃ガス処理プロセス

生物学的アプローチが実現可能な理由は 2 つあります。
① 排ガス濃度が非常に低く、生物学的方法により排ガス中の生分解性の高い汚染物質を除去した後には、選択した臭気の濃度が大幅に低下し、排出基準を満たすことができる。
②少量の短鎖炭化水素と塩化メチレンは、充填材中の竹炭などの材料に吸着され、微生物によってゆっくりと部分的にまたは完全に分解される可能性があります。

排ガス収集→スプレータワー→静電脱脂→ファン→生物濾過・活性炭→排出基準を満たす

有機性廃ガスは集塵システムによって集塵された後、スクラバー塔に入り、循環水噴霧によって廃ガスの温度が下げられると同時に、廃ガス中の粒子や高沸点汚染物質（重質炭化水素など）の大部分が除去されます。スクラバー塔を出た廃ガスは、静電油分除去装置に入り、そこでさらに廃ガス中の粒子や重質炭化水素（油分）が除去され、後続工程のための条件が整えられます。
その後、排気ガスは生物学的ユニットに送られ、そこで予洗浄タンク、さらなる冷却と加湿の後にバイオフィルターに入り、湿った多孔質の活性微生物充填フィルター層を通過します。ここで、層内の微生物が有機排気ガス中の汚染物質を吸着、吸収、分解し、二酸化炭素、水、その他の無機物質に分解します。
（1）冷却塔
噴霧プロセスの主な目的は、一方では廃ガスの温度を下げて、ガスの温度が生物学的処理の入口要件を満たすようにすることです。他方では、温度が下がると、ガス相中の重質炭化水素、アクリル酸、アセトン、塩化メチレンなどの物質のほとんどが液体に変換され、汚染負荷が軽減されます。



（２）静電油除去装置
スプレータワーからの排出ガスは、脱油装置に入る前に、排ガス中の水分を可能な限り除去する必要があります。油分除去プロセスは、主に静電油分除去を用いて排ガス中の残留油滴を除去します。動作原理は、排ガスを高電圧電界に導入することで、排ガス中の油滴を帯電させます。帯電した油滴は電界の力を受けて集塵ポールに向かって移動し、堆積することで排ガス中の油滴を除去します。静電油分除去は、浄化効率が高く、抵抗損失が少なく、ガス処理範囲が広いなどの利点があります。

（３）生物濾過装置
生物濾過は、安全で信頼性が高く、環境に優しい処理方法であり、その原理は、様々な汚染源から排出された排ガスを収集し、バイオフィルターに集中的に送り込むことです。排ガスは加湿・除塵された後、湿潤多孔性活性微生物充填層を通過します。まず、充填層とバイオフィルムが汚染物質を吸着し、次に充填層の内外に付着した専門微生物が汚染物質を吸収・分解し、CO2、H2O、SO、NOなどの無毒無害な単純無機物、SO42-、NO3-などの無毒無害な単純無機物に分解します。
低 VOC は労働者の健康を守るだけでなく、優れた工場の基準の 1 つでもあります。
「緑の水、緑の山は金の銀山」環境保護意識の高まりに伴い、改質プラスチック業界もグリーン化が進むと信じています。