C1-02 再生プラスチックの循環性向上のための品質分析データバンク構築

研究開発責任者

白須圭一（東北大学）

研究開発概要

本研究開発プロジェクトの目的は、再生材の物性・構造計測、計算およびデータ駆動科学の融合による再生材の品質分析・品質改善を行い、循環性向上に必要な再生材品質データバンクを構築することである。

具体的な実施内容として、再生ポリプロピレン（PP）を中心とした再生プラスチック（再生材）を対象に物性・構造計測に加えて、分子構造モデリングによる物性・構造予測を行い、その結果に基づき品質改善を行う。また、再生材から自動車向けおよび家電向け再生プラスチックを生み出すモデル（X to Carモデル・X to 家電モデル）の構築を目指して、自動車および家電に適応できる高品質な再生プラスチックの品質分析・品質改善を実施する。

事業終了時までには、プラスチック情報流通プラットフォーム（PLA-NETJ）に関わる再生材作製要件（廃プラスチックの回収地域・分別方式・日時、ペレタイズ日時・環境など）のデータとも関連付けて、物性・構造データを10,000件蓄積した再生材のデータバンクを構築する。

再生材データバンクの運用においては、再生材ペレットの受け取り（入金）/セキュリティ付き計測データの提供（出金）窓口を設置する。リサイクラーへの計測データの提供にあたり、データ駆動科学（ベイズ推定による欠損データの補完と自己組織化マップ（SOM）によるクラスタリング）を導入することにより、回収地域・日時、分別方式などで日々変化する再生材および品質改善を検討した改良再生材の物性－構造の相関性を分析し、再生材の物性劣化メカニズムを明らかにするとともに、分析結果とその解釈（研究者による科学的知見、利子に相当）を添える。SOMのクラスタリングデータにはバージンプラスチック（バージン材）の計測データも蓄積することで、再生材の物性・構造がバージン材に対してどの程度の位置づけにあるのかが明確になる。この分析データを、再生材のグレーディングにも活用していく。

進捗・成果

2025年度は、再生PPを中心とした再生プラスチックの品質分析をさらに拡充し、これまでに350種以上の再生PPに対して品質分析を実施し、10,000件以上の物性・構造データを取得した。計測項目については、従来の力学特性、熱特性、結晶構造、異樹脂混入指標等に加えて、TG-DTAによる異物含有率および分解開始温度、射出成形品のシャルピー衝撃強度および曲げ弾性率を新たに追加し、合計31項目の物性・構造情報を取得できる分析体制を整備した。

また、バージンPP 9種類を含む32サンプルについて、射出成形品のシャルピー衝撃強度および曲げ弾性率を含む15項目の物性・構造データを用いて、再生材のグレーディングに活用する自己組織化マップ（SOM）を作成した。これにより、再生PPの品質を多面的な物性・構造情報に基づいて可視化し、品質評価を行うための基盤を強化した。

さらに、再生材データバンクの社会実装に向けた取り組みとして、データバンクに登録される再生材サンプルの作製方法ならびに物性・構造データ取得のためのガイドラインを作成し、公開した。再生材提供企業各社に対しては、取得した試験結果とSOMによるグレーディング結果を試験結果報告書として取りまとめ、フィードバックを行っている。加えて、容器包装系再生PPの品質ばらつきと性能低下要因の特定にも取り組み、再生PP中に残留するPETフィルムやアルミ箔等の異物が破断特性低下の主要因となることを明らかにした。

本成果は、ACS Sustainable Resource Management誌に掲載され、再生PPの高信頼化に向けた品質分析・品質改善指針として重要な知見を与えるものである。

ガイドライン第三版（令和8年2月）はこちら（PDF、811KB）