HDPE の新たな国内最終市場はどのようにして誕生したか

Crossroad Engineering Services の Michael Pluimer は、ペンシルバニア州南東部で再生 HDPE 波形パイプの性能に関するデータを収集しています。 | Advanced Drainage Systems (ADS) の提供による。

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リサイクルされた HDPE を道路の排水管に使用するというグループのゴーサインにより、回収プラスチックの潜在的に巨大な市場が開かれます。 当局者らは最近、この決定に至った経緯を説明した。

州運輸局 (DOT) がメンバーに含まれる団体である米国州道路交通職員協会 (AASHTO) は昨年、道路や鉄道の下で使用される波形 HDPE パイプの新しい仕様を承認しました。 直径 4 ～ 60 インチのサイズの黒いパイプは、仕様の要求に従って、何十年もの間、バージン プラスチックから作られてきました。

リサイクルされた HDPE は、私有地の雨水排水のニーズを満たすパイプにすでに使用されていました。 新しい M 294 R 仕様は、DOT が高速道路プロジェクトやその他の公共通行権に基づいて使用する使用済みおよび産業用 HDPE パイプを購入することを妨げる障害を取り除きます。

クロスロード・エンジニアリング・サービス社のオーナーで助教授のマイケル・プルイマー氏は、「率直に言って、これはパイプの生産と製造においてはるかに持続可能な方法であるため、これが業界と州の両方にとって大きな変革をもたらすだろうと心から感じている」と述べた。ミネソタ・ダルース大学にて。 「これは州にとって大きな利益となるものだと思います。」

リサイクル内容パイプの耐久性と耐用年数をテストしたプルイマー氏は、北東部リサイクル評議会 (NERC) がプラスチックリサイクル業者協会 (APR) と共催した最近のウェビナーで講演しました。 (APR は、Plastics Recycling Update の発行元である Resource Recycling, Inc. を所有しています。)

他の講演者は、APR のリズ・ベダード氏、AASHTO のライアン・フラガパン氏、パイプメーカーのアドバンスト・ドレナージ・システムズ（ADS）のジョー・バブカネク氏でした。

プルイマー氏は、2016 年に発表された博士論文の一部として行われた研究を含め、再生 HDPE パイプの耐久性の研究に携わっていました。全米共同高速道路研究プログラムは 2 つの研究活動に資金を提供するために 95 万ドルを提供し、ペンシルベニア南東部交通局はプルイマー氏の研究を後援しました。ビラノバ大学で論文の研究をしていると彼は語った。

雨水管や暗渠で使用されるこれらのパイプの破損に関して、最も懸念されるのは、パイプが長期間にわたって低または中程度の応力にさらされたときに発生する破損であるとプルイマー氏は述べた。 未使用のプラスチック パイプをテストするには、加熱して応力を加える前にプラスチックのサンプルにノッチを付けます。この手順は正式にはノッチ付き定常靭帯応力 (NCLS) テストと呼ばれています。

しかし、この試験では汚染が応力亀裂にどのような影響を与えるかについての洞察は得られないため、彼らはノッチのない一定靭帯応力試験 (UCLS) と呼ばれる、ノッチのないプラスチック試験片用の試験手順を開発しました。 この手順を使用して、彼らは 3 つの異なる条件 (すべての温度は摂氏) で 650 ポンド/平方インチ (PSI) で 80 度、450 PSI で 80 度、および 650 PSI で 70 度の下で、リサイクル含有プラスチックのサンプルをテストしました。

このデータにより、プルイマー氏はさまざまなパイプが現場でどれくらいの期間使用できるかをモデル化することができました。 プルイマー氏によると、約23度、500PSI以下でPCR率が98%のパイプは100年以上持続することが判明したという。

次に、彼は再生 HDPE パイプに膨大な量の応力を加えて、数学的モデルの精度をテストする実験を主導しました。 この作業には 2 つの異なる試験方法が含まれていました。1 つは特別に設計された実験装置を使用してパイプに 1,637 PSI を加える方法で、もう 1 つはパイプの一部を埋めてその上の土壌にコンクリート ブロックを置き、1,528 PSI を発生させる方法です。 いずれの場合も、モデルがパイプが故障することを示したときは故障し、モデルが故障しないことを示したときは故障しませんでした。

「基本的に、テストしたすべてのパイプについて、9 対 9 の結果を出しました。モデルで予測した結果と一致しました」とプルイマー氏は述べています。

さらに、鉄道線路の下わずか2フィートに埋設されたリサイクル含有配管の性能を評価する3年間の研究が実施されたと同氏は述べた。 このプロジェクトでは、未使用品とリサイクル品の両方のセクションをテストし、製品にかかるストレスの影響を記録するゲージを設置しました。

「テスト期間全体を通して、彼らはほぼ同じパフォーマンスを示しました」と彼は言いました。

AASHTO は、パイプ内でのリサイクル HDPE の使用を許可する改訂版 M 294 規格を承認し、2018 年 6 月に発行しました。 ただし、再生プラスチックバージョンには、酸化誘導時間テスト、破断点伸びテスト、プルイマー社が開発した UCLS テストなど、追加の定期テストが必要です。

AASHTO の国家運輸製品評価プログラム (NTPEP) は製造業者を監査し、必要なパイプ試験が継続的に行われることを保証します。 NTPEPのアソシエートプログラムマネージャーであるフラガパネ氏は、プログラム監査人がパイプ生産者を検査し、書類手続き、生産ライン、保管ヤードを検査していると述べた。 メーカーは、施設に入る原材料から完成したパイプまでプラスチックを追跡できなければなりません。

監査人はまた、外部の研究所でテストするパイプのサンプルを選択し、炭素含有量、内径、ライナーの厚さ、剛性/平坦度、脆さ、マーキング、穿孔、酸化誘導時間、破断点伸び、密度メルトインデックスを検査します。 これらの研究所では、熱と応力を加えてプラスチックがいつ破損するかを確認する NCLS および UCLS テストも実施しています。 NTPEP はテスト結果をメーカー自身のテスト結果と並べて表示し、データを州の DOT と共有します。

フラガパネ氏によると、NTPEPは準拠パイプを生産する施設に認証証明書を発行しているという。 彼は、Advanced Drainage Systems (ADS) に発行された証明書のサンプルを示しました。

ADSはGreen Line Polymersを所有しており、同社は米国に8つのリサイクル施設を有し、年間合計約2億5,500万ポンドの使用済みHDPE（使用済みおよび廃棄された商業用および工業用製品を含む）と1億7,000万ポンドの使用済みHDPEを処理していると述べた。 Babcanec 氏、ADS 国家エンジニアリング プログラム マネージャー

バブカネク氏によると、ADSは、縁石で収集された米国の顔料入りHDPEの約4分の1がADS排水製品にリサイクルされていると推定している。

リサイクル含有 M 294 パイプの開発に関して、ADS は、使用済み材料はそれ自体ではかなり性能が低いため、パイプが AASHTO の仕様を確実に満たすためには、さまざまな原料をブレンドすることが重要であることに気づきました、とバブカネク氏は言いました。 一方、使用済み材料は少なくともその性能が一貫しているため、Green Line がブレンドをうまく配合することが容易になります。

ブレンドは 2 段階で行われ、どちらの段階も完成したパイプの特性を高めるために重要です。 グリーンラインは、「塩とコショウのブレンド」、つまり、消費者や産業が終わった供給源からのフレークを機械的にブレンドすることを行っています。 次に、プラスチックをさらに均質化するために、Green Line はプラスチックを溶解してペレット化するとバブカネク氏は述べています。 HDPE ボトルの PP キャップは選別が難しいため、PP の汚染は重大な問題です。 しかし、PP と HDPE は異なる温度で溶けるため、Green Line は HDPE をペレット化する前に PP を除去できます。

Battelle Laboratories と実施したテストを通じて、ADS は 80.5% のリサイクル HDPE、15% の高分子量バージン HDPE、および 4.5% の添加剤パッケージで構成される M 294 R パイプを開発したとバブカネク氏は述べています。 高分子量の HDPE により、NCLS および UCLS テスト中のパイプの応力亀裂耐性がさらに向上したと同氏は指摘しました。

NERC-APR 文書によると、現在次の企業が使用済み HDPE を使用して M 294 パイプを生産しています: Advanced Drainage Systems (ADS)、Crumpler Plastic Pipe、Fratco、Haviland Drainage Products、Lane Enterprises、Prinsco、Timewell。

APRのオレフィン/リジッドプログラムのディレクターであるベダール氏は、再生HDPEの国内需要を促進するための新しい仕様の重要性を強調した。 APRはNERCの支援を受けて、パイプ製造業者のディレクトリの作成、事例研究の出版、その他の教育や支援活動の実施、プロジェクトの市場への影響の測定など、この取り組みを支援するための他の活動を行う予定である。

バブカネク氏は、この仕様により、メーカーは使い捨てパッケージをリサイクルして、寿命の長い耐久性のある製品にできると述べました。 そして、その製品は色が重要ではなく（とにかく製品の耐紫外線性を高めるためにすべて黒く染められています）、臭いも気にならないため、スクラップ材料に最適です。

「我々は、おそらく耐用年数がせいぜい6か月程度の使い捨てプラスチックを採用しており、それらを文字通り100年以上持続する製品に変えている」とバブカネク氏は語った。 「それは誰もが誇りに思えることだと思います。」

バージンパイプとリサイクル M 294 パイプの価格の違いについて尋ねられたとき、バブカネク氏は、価格は同じではないにしても、同様であると答えました。 同氏は、ADSや他のメーカーは、リサイクルされたコンテンツのパイプについてさらに多くのテストを実施する必要があると指摘した。 しかし、バブカネク氏はまた、再生プラスチックは一貫した原料供給を確保する能力をもたらし、これはメキシコ湾岸の工場からのバージンプラスチックの供給を中断したハリケーン・ハービーのような状況において重要であるとも述べた。

プルイマー氏は、価格に関しては多少の浮き沈みはあるだろうが、一部の州では再生プラスチックパイプにもっとお金を払う用意があると述べた。

「持続可能性の観点からの利点という理由だけで、リサイクルされた内容で製造された材料に割増料金を支払うことを望んでいる、あるいは興味を持っている州がいくつかあると私たちは見ています」と彼は述べた。

この記事は、ADS が 4.5% の添加剤パッケージを含む M 294 R パイプを開発したと記載するように修正されました。 タイプミスのため、記事では以前、製品に含まれる添加物の割合が間違っていました。

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