경질우레탄폼단열재(보드) HCFC 단계적 폐지 이후 발포제 선택
1. HCFC 단계적 폐지
1987년 몬트리올 의정서에서 HCFCs(hydrochlorofluorocarbons)와 CFCs(chlorofluorocarbons)와 같은 오존층 파괴 물질의 다수에 대하여 단계적으로 생산을 폐지하여 오존층을 보호하기로 서명하였습니다. 프레온은 최근에 개발도상국 및 산업화된 국가에서 1996년부터 단계적으로 폐지하여 왔습니다.
낮은 ODP(Ozone Depletion Potential, 오존파괴지수) 때문에, HCFCs는 CFCs의 중간 대체 물질로 확립 되었습니다. 유럽연합이나 미국 같은 지역에서 발포제로 사용되는 HCFC-141b의 사용을 거의 10년 동안 금지하고 있습니다. 대부분 개발도상국과 러시아와 같은 일부 국가에서 지난 10년 간 HCFC-141b는 선호하는 발포제입니다.
그러나 몬트리올 프로토콜 제19차 회의에서 국가에서 HCFC-141b의 단계적 폐지를 가속화하기로 서명하였습니다.
[개발도상국에서 HCFC-141b 단계적 폐지 일정]
개발도상국의 경우, 1단계로 2013년 1월부터 HCFC-141b의 소비가 제한되고, 그리고 2년 후 2015년,
2030년까지 점차적으로 감소될 것입니다.
[선진국과 개발도상국]
2. 발포제의 변천
HCFC-141b에 대한 대체 발포제로 전환은 10년 전부터 대부분의 선진국에서 일어나고 있었습니다.
[그림3]에서 알 수 있는 바와 같이, 다양한 발포제의 선택은 규정, 기술 및 경제적인 변화에 따라 사용할
수 있습니다. 유럽에서 모든 절연 발포제의 대략 85~90%는 현재 펜탄 기술을 사용하고 있으며, 이는 발포
폼의 성능과 안전한 처리 등 모두 우수한 실적을 보유하고 있습니다.
[발포제의 변천사]
HCFC-141b에 대한 대체 발포제의 검토는, 대체 발포제의 지구온난화 잠재력(global warming potential, GWP)을 고려하는 것이 중요합니다. 교토 의정서는 높은 GWP의 배출 제어를 필요로 하는 산업용 가스와 같은 HFCs를 식별하기 때문에, 여러 생산자는 HFOs의 개발을 시작했습니다. HFOs는 매우 낮은 GWP를 가지고 있지만, 산업 규모에서 가용성은 몇 년이 걸릴 것으로 예상됩니다.
3. HCFC-141b 대체
[표1]은 HCFC-141b에 대해 대체 발포제의 특성을 보여줍니다.
[대체 발포제의 특성]
1) 펜탄(pentane)
펜탄(pentane)은 낮은 열전도율 및 저밀도 발포폼을 만드는 양호한 특성의 저렴한 발포제입니다. 그러나 가연성 발포폼을 생산하는 소규모 제조업체에서의 투자는 항상 옳지는 않습니다. 대부분의 경우, 펜탄(pentane)은 가연성 폴리올 혼합물의 운송을 방지하기 위하여 발포폼을 생산하는 제조공장에서 폴리 올에 혼합합니다.
연속 작업(라미네이션)에서 펜탄(pentane)은 믹싱헤드 바로 전에서 라인으로 첨가됩니다. 불연속 작업에서 펜탄(pentane)은 적절한 장비로 폴리올 혼합에 미리 혼합합니다.
2) 물(water)
물은 분명히 싼 발포제이지만 발포 처리과정 및 최종 제품의 특성은 모두 제한이 있습니다. 발포 폼의 밀도 는 실질적으로 더 양호한 접착과 발포체 표면의 품질을 달성하기 더 어렵습니다. 물로 발포한 발포체는 높은 열전도성을 갖습니다. 물 발포 폼은 확산에 의한 빈틈이 없는 표면을 유지하기 어렵고, 물리적 발포제를 사용하여 제조된 발포 폼보다 더 시간이 지남에 따라 열전도율이 점차 증가될 수 있습니다.
3) HFC 365mfc/227ea 및 HFC245fa
HFC 365mfc/227ea 및 HFC245fa 발포제는 발포 과정에서 큰 변화 없이 HCFC-141b의 대체로 쉽게 적용 할 수 있습니다. HFCs의 높은 비용의 관점에서, 배합물은 최적의 비용과 성능 비율로 조정되었습니다. HFCs는 일반적으로 폴리올 배합 업체가, 비 가연성 폴리올 혼합물로 배합하여 제공합니다. HFC를 함유하는 폴리올 배합물의 압력 축적은 통상적으로 제한되지만, 폴리올 혼합물의 적절한 포장은 HFC 함량, 저장조건과 폴리올 혼합물과 HFC 호환성의 함수로서 선택 될 필요가 있습니다.
4) Methylformate 및 Dimethoxymethane
Methylformate 및 Dimethoxymethane은 경질우레탄폼보드(단열재)에 대한 잠재적인 발포제가 있지만, 현재 산업에서의 경험은 유럽 시장에서 제한적입니다. 이러한 발포제는 특별히 상기 제품들과 함께 특정한 경우 관심있는 선택일 수 있습니다.
4. 적용별 발포제 선택
HCFC-141b와는 대조적으로 상기의 발포제는 경질우레탄폼보드(단열재) 적용에 사용할 수 있으며, HCFC는 단계적으로 폐지 후 다른 발포제를 사용할 수 있습니다. 발포 소비가 많은 경우 일반적으로 펜탄이 바람직합니다.[예를 들어, 경질우레탄폼보드(단열재) 또는 샌드위치패널(조립식판넬)] [그림4]은 선진국의 발포제 사용의 개략적인 설명입니다.
[적용을 위한 발포제 선택]
그림에서 삼각형의 세 모서리는 시장에서 완전히 펜탄, HFC 또는 완전히 물 발포로 변환된 상황을 나타냅니다.
[시클로펜탄 메타링펌프]
5. 발포제의 물리적 특성
세 가지 펜탄 이성질체 사이의 차이점을 주의 깊게 관찰하면 흥미롭습니다. 큰 차이점은 비점, 가스 열전도율과 폴리올 용해도로 이것은 발포체 특성 및 가공 특성이 매우 다르다는 것을 의미합니다. 시클로(cyclo)/이소(iso) 펜탄(pentane) 혼합물은 낮은 열전도율 발포체를 제조하는 경향이 있으며, 냉장고와 같은 제품에 적용하는 것이 바람직합니다.
시클로펜탄(cyclopentane)과 같은 특정한 경우에는 저장장치 규정이 다른 펜탄보다 덜 엄격한 경우 바람직합니다.