경질우레탄폼단열재 폐기물의 재사용 및
재활용 방법론의 효율적인 평가(5): 폴리우레탄 폐기물의 처리
13. 폴리우레탄 폐기물의 처리
1) 선택의 개요
폴리우레탄폼 폐기물의 회수 및 재활용 방법은 아래 그림과 같이 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
[폴리우레탄 재활용 선택 개요]
① 물리적 처리를 포함하는 기계적 재활용(즉, 물질 재활용)
② 화학 공정 산업을 위한 공급 원료 화학 물질을 생산하는 화학적 처리를 포함하는 공급 원료 재활용(즉, 화학 물질 재활용)
③ 재로 처리해야하는 부산물 이외에 열 및 동력 또는 가스 연료, 오일 및 숯을 생산하여 물질의 완전 또는 부분 산화와 관련된 에너지 회수(폐기물과 에너지 포함)
일반적으로 우레탄폼을 함유하는 제품은 수명이 길기 때문에 소비재(예: 냉장고 및 차량 등)를 언급할 때 시장이 급속하게 변하기 때문에 제품 재활용(또는 “폐쇄 고리” 재활용)의 선택은 제한적이며 “다운 사이클 링(또는 ”개방 고리“ 재활용)은 우레탄폼과 같은 대부분 화학 물질을 기반으로 하는 제품에 크게 적용됩니다.
가장 큰 우레탄폼 사용 및 폐기물을 구성하지 않는 건축 및 건설 부문의 경우, 단열 벽을 보수하기 전부터 동일한 고려 사항이 적용되며, 그것의 수명은 약 20년입니다. 이것은 기술이 진화하고 20년 전에 효율적인 단열을 위해 제안된 것과는 다른 새로운 해결책을 제시합니다. 복합 우레탄패널의 직접 재사용은 패널 표면에 결합된 재료가 가능한 복합 우레탄패널 재사용 전에 제거될 것으로 예상되지만, 이는 그리 간단하지 않으며, 이는 패널의 재수리를 포함합니다.
더 관련성이 있는 것은 사용 주기가 끝났을 때 복합 우레탄패널의 해체 공정으로, 해체 작업은 정기적으로 파괴적이고 ‘안전한’ 해체 작업으로 손상되지 않은 복합 우레탄패널을 효율적으로 복구할 수 있다고 생각하 는 것은 어렵습니다.
원칙적으로, 회수 및 재활용 외에도 두 가지 선택이 있습니다.
① 매립 또는
② 우레탄폼 폐기물 수출
우레탄폼의 매립은 전 세계적으로 여전히 일반적인 방법입니다. 폴리우레탄폼의 수출이 실제로 진행 중입니다. 약 2000년에 약 6만톤의 우레탄폼 폐기물이 유럽에서 미국으로 수출되어 재 융해에 의해 카펫 밑받침 으로 재활용 되었습니다. 이러한 선적은 곧 라틴 아메리카와 아시아와의 경쟁으로 어려움을 겪을 수 있으며, ELV(end-of-life vehicle, 폐차 차량)에서 나온 7만 톤의 폐기된 폴리우레탄폼을 미국 이외의 지역에도 수출 함으로써 처분될 수 있는지 여부는 의문스럽습니다.
개발도상국에서 폴리우레탄폼을 버리는 것이 결코 받아드릴 수 있는 방법이 될 수 없다는 점을 언급할 필요가 없으므로, 이 선택은 환경 및 윤리적 문제에 대해 여기서는 고려되지 않았습니다.
다음 장에서는 자재 재활용을 위한 선택을 고려합니다. 이는 복합 우레탄패널 생산 주기에 최종적으로 재도입할 재료를 회수하기 위한 기계적 및 화학적 절차가 포함됩니다. 생산 과정에서 다른 원료를 사용하지 않 고 새로운 복합 우레탄패널에서 복합 우레탄패널 스크랩을 변환하는 아이디어는 기술적으로 지속 가능하지 않다는 말은 쓸모가 없습니다. 여기에서 재활용의 원칙은 새로운 복합 우레탄패널을 제조하기 위해 1차 원 재료의 한계 비율까지 제조 공정에서 도입할 수 있는 2차 원료를 기초로 합니다.
2) 기계적인 재활용
네 가지 주요 처리 경로에 따라 이 분야가 결정되며, 이 소재의 재활용은 다른 산업 부문의 목표 적용을 찾습니다.
(1) 재 분쇄
(2) 접착 압착
(3) 압축 성형
(4) 사출 성형
(1) 재 분쇄
재 분쇄는 특히 작은 알갱이 처리 및 최종 재사용을 가능하게 하기 때문에 특히 중요한 공정입니다. 이런 이유로 여기에서 특별한 주의를 기울여 처리해야합니다. 재 분쇄 또는 파우더 혼입은 일반적으로 액체(폴리올/폴리에테르) 반응물에 첨가함으로써, 새로운 폴리우레탄의 생산에 미세하게 분쇄된 폴리 우레탄의 사용을 의미합니다. 필요한 입자의 분말도는 미립자화 및 미세 분쇄에 의해 얻어집니다.
1990년대 초반 2롤 밀링(아래 그림 참조)은 연질 우레탄폼 분쇄에서 가장 좋은 결과를 나타냈으며, 경질 폴리우레탄폼의 경우 볼 밀(ball mills)을 사용하면 85㎛ 크기의 입자 크기를 얻을 수 있습니다. 재 분쇄에 의해 재활용될 수 있는 스크랩된 폴리우레탄폼의 양을 제한하는 하나의 요인은 공정 장비에 의해 처리될 수 있는 폴리올/미립자 혼합물의 점도입니다. 실제로 이것은 일반적으로 MDI 폴리올 사용시 15%까지 재 분쇄하고, TDI는 25%까지 허용합니다.
[2롤 밀링 공정의 개략도]
폐기물 처리를 위한 분쇄 공정의 가장 중요한 문제점은 경제성입니다. 100~120㎛ 이하의 크기로 스크랩우레탄폼을 분쇄하는 것도 예외는 아닙니다. Stone etal에 의해 보고 된1990년대 후반의 개발 작업은 2개 롤 밀링이 극저온 공정 대신 경제적으로 살행 가능함을 보여주었습 니다. 이것은 평균 입자 크기가 50㎛인 미세 분말 폴리우레탄폼을 생산하는 약 450kg/h의 대형 상업 플랜트에서 시연되었습니다. 이 분말은 약 20pphp(parts per hundred parts polyol)의 농도로 폴리올에 혼합하여 도입된 새로운 폴리우레탄폼의 필러로 사용할 수 있습니다.
이는 분말/폴리올 슬러리의 점도를 2~5Pa.s(2000~5000cP)의 범위로 유지시키며, 40~45pphp의 폴리 우레탄폼 분말 로딩 근처에서 점성 유체로부터 반죽 형태로 전이가 이론적으로 일어나는 20Pa.s의 실질 적인 한계 이하입니다. 미세하게 스크랩된 폴리우레탄폼 분말의 사용 단점은 분말이(열화학적으로) 화학 반응에 기여하지 않고, 열용량을 추가하기 때문에 새로운 폴리우레탄폼에 영향을 미칠 것이며, 발포 폼에 CO₂를 공급하지 않습니다.
경도와 견고성의 상실은 다른 발포제의 감소로 보정할 수 있으며, 이 공정에서는 물 및 이소시아네이트 (값 비싼)의 증가에 대한 디클로로메탄(CH2Cl2)의 완전 제거가 여기에 해당됩니다.
다른(미네랄) 필러 재료에 비해 한 가지 이점은 폴리우레탄폼 분말은 생산되는 새로운 폼과 비슷한 밀도를 갖는다는 것입니다. 전반적으로 새로운 공정은 기계적 성질을 거의 변화시키지 않으면서 새로운 폼에 서 7~10%의 재활용 함량으로 약 2.7~2,8%의 비용 절감을 보였습니다. 실제로 스크랩 투입 물질 및 사후 처리 요구 사항에 따라 여러 가지 기술이 폴리우레탄폼 스크랩 분쇄로 처리되었습니다.
[우레탄폼 산업용 분쇄기 재활용 장치]