경질우레탄폼단열재 폐기물의 재사용 및
재활용 방법론의 효율적인 평가(6): 접착 압착 외
(2) 접착 압착
접착 압착은 폴리우레탄폼 입자 스크랩을 결합제로 표면을 코팅하고 가열된 프레스로 접착시키는 방법입니다. 많은 종류의 플라스틱 폐기물 및 이들의 혼합물에 적용 가능하며 이것은 완제품(반제품)으로 짧은 경로입니다. 이것은 아마도 연질 폴리우레탄폼 재활용을 위해 가장 오래된 방법으로, 이는 매트, 카페트 밑받침, 스포츠 홀 바닥 부분 및 자동차의 음향 단열재의 생산이 가능합니다.
1990년대 중반 제조사들은 서유럽 시장 잠재력이 10000~20000톤/년인 것으로 보았으며, 북아메리카 시장은 1990년대 이후 유럽에서 소비자 연질 우레탄폼을 ~50000톤/년으로 수입하기에는 너무 컸습니다. 폴리우레탄폼 스크랩(폐기되는 냉장고 및 냉동고에서)은 스크랩 입자(크기 ~1cm)와 디이소시아네이트 MDI를 혼합한 다음 100~200℃, 30~200bar에서 폼을 성형하여 다시 접착할 수 있습니다. 이것은 우수한 수분 및 내습성을 가진 폴리우레탄폼 건축 단열재 보드 또는 새로운 냉장고 또는 냉동고에서 사용하기 위한 단열 패널에서 얻을 수 있습니다.
연질 우레탄폼은 마찬가지로 카펫, 스포츠 홀 매트 또는 가구에서 사용되는 블록으로 재구성될 수 있습니다. 차량에서 회수한 스크랩된 연질 우레탄폼의 엄청난 양은 카펫 밑받침 시장의 상당 부분을(미국에서 거의 50%) 충족시킬 수 있습니다. 건물에서 스크랩된 폴리우레탄폼의 경우 이러한 재활용 선택도 매우 중요하지만, 이 물질에서 난연제를 사용하기 때문에 더 복잡하고 종종 불가능합니다. 유럽에서 반응 사출 성형(RIM, reaction injection moulding) 폴리우레탄폼 입자는 특히 독일에서 매우 큰 재활용 용량을 가진 건물의 바닥 난방 파이프에서 재활용되고 있습니다.
(3) 압축 성형
압축 성형은 별도의 바인더가 필요 없이 입자를 함께 유동시키는 데 필요한 전단력을 생성할 수 있을 정도로 높은 온도(180℃, 135bar)에서 폴리우레탄폼 입자를 성형하는 과정이 필요합니다. 이 방법은 도장 부품의 재활용에는 문제가 있지만, 자동차 부품으로 재활용되는 반응 사출 성형(RIM) 폴리우레탄폼에는 성공적으로 적용됩니다. 예를 들어, 머드 플랩과 운동장에 바닥재 및 종종 고무 칩과 함께 처리됩니다.
자동차용 도어 패널 및 계기판 패널은 약 6%의 사출 성형 폴리우레탄폼 및 15% 유리섬유를 사용하여 생산할 수 있습니다. 특히 아래 그림에서와 같이 재생 폴리우레탄폼 소재가 2액형 폴리우레탄 수지로 덮인 유리섬유 보강재 사이(최대 30%까지 증가할 수 있음)에 “샌드위치”되어 있는 층 분쇄 우레탄 스크랩에 대한 SRIM(구조 반응 사출 성형, structural reaction injection moulding)에 재활용이 중요합니다. 이 절차는 자동차 부품에 사용하기 위해 증가된 강성을 가진 제품을 제공합니다.
영국의 최근 연구에 따르면 반응 사출 성형 폴리우레탄폼 알갱이와 혼합된 폴리에스테르 수지는 광물 (예: 탈크) 충진제가 함유된 화합물과 비교할 때 성형물에 유연성과 인성이 증가합니다.
(4) 사출 성형
사출 성형은 또한 가교된 폴리우레탄폼 재활용이 가능합니다. 또한 이 방법은 폴리우레탄폼과 다른 플라스틱의 혼합을 처리할 수 있으며, 실제로 일부 열가소성 물질의 첨가가 바람직합니다. 하나의 적용에서, 알갱이로 된 폴리우레탄폼(250~1000㎛)은 자동차 부품과 같은 열경화성 제품을 생산하기 위해 ~180℃ 및 높은 전단 압축(〉350bar)에서 처리됩니다.
(5) 폴리우레탄 폼으로부터 탄화 불소 화합물 방출
덴마크 연구는 분쇄 중 및 분쇄 후 CFC-11 및 폴리우레탄폼으로부터 다른 플루오르화 탄화수소 발포제의 방출을 다룹니다. 1960년대 중반부터 1996년 사이에는 주로 CFC-11이 사용되었습니다. 최근 미국에서는 HFC-245fa와 같은 새로운 HFCs와 함께 CO2의 사이클로펜탄, 펜탄과 같은 비 할로겐화 화합물 외에도 플루오르 카본 HCFC-141b 및 HFC-134a가 사용되고 있습니다. (오존층 파과 관점에서 덜 유해합니다)
폴리우레탄폼의 일반적인 수명은 건축 자재로 사용되는 경우 30~80년, 냉장고 및 냉동고에서 사용되는 경우 약 15년입니다. 폴리우레탄폼 수명동안 발포제가 경우 손실되지 않지만, 가스 버블로부터 유기 폴리우레탄폼 구조로의 용해는 광범위할 수 있으며, 최대 60%로 보고되고 있습니다. 분쇄 중에는 CFC가 갇혀 있어야하며, 그 후에 그들은 파괴될 수 있습니다. 덴마크 규정에 따르면 폴리우레탄폼 폐기물에서 CFC는 80%를 파괴해야합니다. 미국에서는 약 800만대의 냉장고와 냉동고가 매년 폐기되어 약 4000톤의 CFC-11의 처리가 문제됩니다. 결과적으로 매립지에 대한 폴리우레탄폼 처리는 매립 가스에서 20~220mg/m³의 CFC-11 농축을 초래하며, 가스 엔진에서 이 가스를 방사할 때 염소 및 불소 함량으로 인해 매우 큰 문제가 됩니다. 덴마크 연구팀은 3개의 냉장고(밀도 30~40kg/m³, 다공성 0.97~0.98, CFC-11 함량 13%=4~5kg/m³) 에서 2cm 정사각형으로 우레탄폼을 분쇄하고 CFC-11의 약 10%가 몇 주 내에 방출되는 것을 발견하였습니다.
CFC-11의 약 40%가 폴리우레탄폼 구조에 용해되어 있었습니다. 0.5~5cm 범위의 입자의 경우, CFC의 50%가 방출되는 예상 시간은 1.35년에서 135년 사이입니다.
연구의 두 번째 부분은 분쇄 중 또는 분쇄 후 폴리우레탄폼으로부터 탄화플루오르의 방출을 다루었고, CFC-11 외에도 새로운 발포제인 HCFC-141b, HCF-134b, HCF-245fa를 고려했습니다. 더 새로운 한 가지 특징은 부분적으로 수소화된 발포제는 폴리우레탄폼에서 높은 확산도를 나타냅니다. 보고된 값은 25℃에서 CFC-11에 대해 0.05-12×10-14m²/s에 대해 1-15×10-14m²/s입니다. 아래의 그림은 우레탄폼 중 하나의 이미지를 나타냅니다.
[폴리우레탄폼 발포제 CFC-11, 오픈 셀과 폐쇄 셀에서 균열]
한 가지 발견은 네 가지 발포제 사이의 차이점은 거의 없음을 나타냅니다. 발포제의 즉각적이고, 단기간 및 장기간의 방출은 분, 주 또는 년의 시간 일정에 상응하여 구별될 수 있습니다. 측정된 순간 방출은 분쇄된 입자의 크기 2~4mm의 경우 35~40%, 16~24mm 입자의 경우 ~10% 범위였습니다. 결과는 덴마크 레실 링센터의 풀 스케일 분쇄기(full-scale shredder)에서 입자 크기가 4~32mm인 입자가 18~24%로 추정됩니다.
CFC-11의 경우 아래의 그림과 같이 방출 시간과 분쇄된 입자 크기의 상관관계입니다.
[분쇄된 폴리우레탄폼 폐기물의 CFC-11 대량 방출 및 분쇄된 입자 크기(mm)]
분쇄된 입자가 4mm 미만인 경우, 이는 발포제의 60%는 순간(분) 방출, 발포제의 60%의 단기(주) 방출을, 그리고 분쇄된 입자가 32mm 이상인 경우에 대해서는 발포제의 유형에 따라 약간의 의존성이 있지만 순간, 단기 및 장기(년)의 시간 규모로 5%, 2% 및 93%입니다. 덴마크 재활용 센터에서 생산된 폴리우레탄폼의 경우 예측된 CFC-11 방출은 아래 그림과 같습니다.
[덴마크 재활용 센터에서 현제 진행 중인 분쇄된 한 대의 냉장고 및 냉동고에서
발생하는 폴리우레탄폼 폐기물로 인한 CFC-11 예상 배출량]
이러한 결과는 분쇄 후(추가 처리 전)에 분말 저장이 필요한 경우, 대기 중으로 방출되는 것을 피하기 위해 저장 중 방출 가스 수집이 필요하며, 입자 크기가 중요한 단기 방출이 예상되는 경우로 예상됩니다. 폴리우레탄폼으로터 플루오르 카본 발포제를 제거하는 것이 주요 목적이라면, 순간 방출이 100%에 접근 해야하기 때문에 몇 mm보다 훨씬 작은 분쇄가 필요합니다.
임계 초과의 CO2(sc-CO2)를 사용하여 경질 폴리우레탄폼으로부터 발포제 CFC-11 및 HCFC-141b를 추출하는 것은 Filardo et al.입니다. ~100㎛(거의 모든 셀을 파괴함)로 분쇄하고 분쇄한 후에도 상당한 양의 CFC가 여전히 고분자에 용해된 물질에 존재합니다. 99% 이상의 추출 효율은 su-CO2 및 su-CO2 /C3H8 혼합물로 보고되었으며(약간 덜 효율적), N2로 14%, 액체 CO2로는 40%를 그리고 su-CO2as의 경우 훨씬 더 짧은 시간에 나타났습니다. 중합체를 통한 su-CO2의 매우 높은 확산성은 중요한 요소입니다.