출처: http://eprints.whiterose.ac.uk/86601/1/coma1400022h%20Insulation%20Materials.pdf
https://www.icevirtuallibrary.com/doi/10.1680/coma.14.00022
3) 발포제
펜탄은 최근 페놀폼 보드(PF 단열재)의 제조에 사용되는 것으로 가장 많이 언급되는 발포제입니다.(LowEnergyHouse, 2013; Schroer et al.,2013) 그러나 가장 최근에 특허(Kingspan Holdings Limited, 2006)는 85:15 비율로 이소프로필 클로라이드와 펜탄이 발포제로 혼합되어야한다고 제안합니다. 따라서 두 가지 선택을 비교하여 환경 영향을 조사합니다. 현재 SimaPro에는 이소프로필 클로라이드에 대한 데이터가 없으므로, 이것이 먼저 추정됩니다.
(1) 이소프로필 클로라이드(isopropyl chloride)
이소프로필 클로라이드(isopropyl chloride)는 프로필렌(propylene)과 염화수소(hydrogen chloride) 사이의 반응으로부터 제조될 수 있습니다. 두 화합물은 반응을 위해 기체 형태이어야 하고, 촉매 및 특정 온도 및 압력을 사용하여 수율을 증가시킵니다. 촉매는 철 또는 할로겐화 산화 알루미늄일 수 있으며 이상적인 온도는 40~60℃입니다.
발견된 가장 최근에 특허(Kashima Chemical Company and Asahi Glass Company, 2004)는 반응에 대한 특정 예를 제공하며, 이로부터 환경 영향을 추정하기 위해 SimPro에 투입하기 위해 반응량과 수율을 얻은 것이 바로 아래 공식입니다. 반응은 아래의 식 및 표에 양을 추정하는데 사용되는 몰 질량에서 볼 수 있습니다.
1.05CH₃CHCH₂+ HCI → C₃H₇CI
[이소프로필 클로라이드(isopropyl chloride) 및 관련 성분의 몰 질량]
SimaPro에는 프로필렌에 대한 여러 가지 데이터가 있지만, econinvent 데이터는 유럽의 19개 지역에 걸쳐 집계되었으므로, 따라서 이소프로필 클로라이드 반응에 사용된 프로필렌을 대표하는 것으로 간주됩니다. 이소프로필 클로라이드 내의 성분에 대한 % 영향은 그림과 같습니다.
[이소프로필 클로라이드의 환경 영향 분석으로 각 범주에서 가장 큰 기여를 하는 화합물]
다른 제조업체의 대안적인 접근법이 사용될 가능성으로 인해, 촉매(재사용 가능)의 환경 영향, 온도 및 압력(다른 연료와 방법을 사용하여 달성할 수 있음)과 관련된 것은 분석에 포함되지 않았습니다. 이는 염화 이소프로필의 영향에 대한 추정치가 보수적일 것임을 시사합니다. 프로필렌은 10개 범주에서 더 큰 영향을 미치고 염화수소는 나머지 6개에서 더 큰 영향을 미친다는 것을 [그림: 이소프로필 클로라이드의 환경 영향 분석으로 각 범주에서 가장 큰 기여를 하는 화합물]에서 알 수 있습니다.
(2) 발포제 대안의 환경 영향 비교
21g의 발포제 대안이 환경에 미치는 영향이 비교되는데, 이것은 가장 최근에 획득한 특허에 필요한 양이기 때문입니다.(Kingspan Holdings Limited, 2006) 펜탄, 이소프로필 클로라이드 및 이소프로필 클로라이드와 펜탄의 혼합(85:15)을 비교합니다.
[발포제 대안의 환경 영향 비교]
이소프로필 클로라이드는 포함되어 있어 환경 영향과 펜탄을 직접 비교할 수 있습니다. 그러나 발포제 단독으로 사용된다면, 더 큰 셀을 갖는 바람직하지 않은 페놀폼 보드(PF 단열재) 구조를 제공합니다. 이소프로필 클로라이드는 9개 범주에서 가장 큰 영향을 미치고 펜탄은 7개의 범주에서 가장 큰 영향을 미칩니다. 가스혼합물은 예상대로 둘 사이에 속합니다.
4) 첨가제
페놀폼 보드(PF 단열재) 제조에 사용하도록 첨가제는 계면활성제(캐스터 오일–에틸렌 옥사이드 부가물, castor oil-ethylene oxide adduct), 가소제(폴리에스테르 폴리올, polyester polyol), 유기 개량제(우레아, urea) 및 무기 개질제(탄산칼슘, calcium carbonate)입니다. SimaPro 데이터에는 요소에 대한 기존 환경 영향 정보가 있습니다. 그러나 나머지 세 가지 첨가제에 대한 정보는 없으므로 다음 단원에서 논의된 것처럼 이것의 환경 영향이 추정되었습니다.
(1) 가소제(폴리에스테르 폴리올, polyester polyol)
폴리에스테르 폴리올(polyester polyol)은 가소제로 사용되기 위해서 제안되었고, 페놀 수지와 혼합하여 2시간에서 24시간 동안 그대로 두어야 합니다. SimaPro 7에는 폴리에스테르 폴리올에 대한 LCI 데이터가 없지만 PU 유럽(폴리우레탄 단열산업)에 대한 eco-profile이 구성되어 있습니다. eco-profile은 자세한 입력 재료와 배출량을 제공합니다. 이들은 방향족 폴리에스테르 폴리올의 환경 영향을 평가하기 위해 SimaPro에 투입되었습니다. 방향족 폴리에스테르 폴리올은 PIR 및 PUR 폼의 제조에 사용되므로, 이 분석에 사용됩니다.
폴리에스테르 폴리올을 제조하는데 사용될 수 있는 다양한 재료가 있다는 것이 인정됩니다. 그러나 공정 정보의 대부분은 특허로 간주됩니다. 제조에 사용되는 폴리에스테르 폴리올 유형에 대해서는 관련 특허에 구체적으로 기재되어 있지 않습니다. 따라서 방향족 폴리에스테르 폴리올에 사용 가능한 LCI 데이터는 여기에서 근사치의 유사한 영향을 위해 사용되었습니다.
(2) 유기 개량제(우레아, urea)
분말 우레아를 첨가하고 페놀 수지와 혼합합니다. 우레아를 포함하면 페놀폼 보드(PF 단열재)의 열전도율을 낮추고 강도를 높일 수 있습니다. 산업용 우레아는 암모니아와 이산화탄소로 합성되어 농업에서 종종 비료로 사용됩니다. 이 자료는 우레아가 이 생산 경로에서 사용된 결과를 가정합니다. 우레아에 대한 SimaPro 7에서 사용 가능한 데이터가 있으며, 이것은 연구에 사용되었습니다.
(3) 계면활성제(캐스터 오일–에틸렌 옥사이드 부가물, castor oil-ethylene oxide adduct)
계면활성제는 발포제 및 산 촉매와 혼합되기 전에 페놀 수지에 첨가됩니다. 페놀폼 보드(PF 단열재) 내에서 셀을 안정화시켜 셀 벽에 균열이 생길 가능성을 줄이도록 설계되었습니다.(Zeggelarr, 2010) 계면활성제는 에틸렌 옥사이드와 피마자유의 반응으로부터 피마자유 1몰 대 에틸렌 옥사이드 21~38몰의 비율로 형성됩니다. 예시적인 혼합물은 Zeggelarr(2010)에 의해 제공됩니다.
피마자유에 대한 LCA 정보가 충분하지 않습니다. 이는 피마자유–에틸렌 옥사이드 부가물의 환경 영향을 모델링할 때 문제가 됩니다. 두 연구(Upshaw et al., 2008; Helling and Russell, 2009)에 따르면 피마자유는 식물의 성장 동안 이산화탄소를 격리시켜 기후 변화에 부정적인 영향을 미칩니다.
이용할 수 있는 데이터는 특성화(영향 범주의 모든 배출은 단일 단위로 변환되며, 예로 지구온난화 가능성이 있는 가스는 이산화탄소 등가, CO₂등가로 변환)되어 이 연구에 부적합합니다. 첫째, 영향 범주가 요약되어 본 연구와 일치하지 않기 때문입니다. 둘째, 동일한 범주에 대해 다른 특성화 요인이 사용되므로 데이터는 비교할 수 없습니다. 그러나 데이터는 물의 흡입이 큰 영향의 영역임을 보여줍니다. 피마자유에 대한 데이터의 부족으로 인해 이 구성 요소의 환경 영향은 모델링되지 않았습니다.
에틸렌 옥사이드에 대한 사용 가능한 환경 영향 데이터가 있으므로 이를 모델링할 수 있습니다. 피마자유–에틸렌 옥사이드 부가물 질량의 절반은 에틸렌 옥사이드로 만들어 진다고 가정합니다. 따라서 이는 환경 영향 추정에 포함됩니다. 이것은 수율 손실을 고려하지 않지만, 이에 대한 정보를 이용할 수 없기 때문에 단순화된 추정치가 만들어집니다.
또한 질량 기준으로 에틸렌 옥사이드는 높게 환경에 미치는 영향을 준다는 점도 주목해야합니다. 그러나 소량만 페놀폼 보드(PF 단열재)을 제조하는 동안 사용되므로 다른 성분 화학 물질에 비해 환경 영향이 적습니다.
(4) 무기 개질제(탄산칼슘, calcium carbonate)
탄산 칼슘은 페놀폼 보드(PF 단열재)의 제조에서 무기 개질제로 사용될 수 있고, 페놀 수지, 우레아 및 폴리에스테르 폴리올의 혼합물에 혼합되며, 폼의 pH를 조절하는데 사용됩니다. 평균 입자 크기는 170㎛이어야합니다. 유럽을 대표하는 탄산칼슘(〉63㎛)에 대한 LCI 데이터가 있습니다(ELCD 3.0, 2013). 이것은 환경 영향 평가를 위해 SimaPro 7에 입력되었습니다.