폴리우레탄폼 재활용 및 회수: 고밀도화(압축)와 분쇄
출처: http://www.polyurethanes.org/uploads/documents/densif_grind.pdf
1. 서론
폴리우레탄은 편안함을 제공하는 저밀도 연질 발포폼, 단열 목적을 위한 저밀도 경질 발포폼 및 자동차 범퍼용 치밀한 일체용 표면 소재와 같이 다양한 용도로 사용되는 재료입니다. 예상 수명이 10년이 넘으면, 이러한 폴리우레탄은 ISOPA Recycling Fact Sheets에 설명된 데로 다양한 방법으로 재활용할 수 있습니다. 사용되는 재활용 기술과 상관없이, 폴리우레탄폼 소재를 재활용하는 기술적 및 상업적 타당성을 결정할 때는, 두 가지 요소가 핵심적인 역할을 합니다.
① 저밀도의 고도밀화(압축)와 부피가 큰 폴리우레탄폼, 수거 지점에서 재활용 작업에 이르기까지 에너지 및 비용 효율적인 운송을 가능하게 합니다.
② 폴리우레탄폼(매트리스, 자동차 시트, 단열재 샌드위치패널 및 단열보드 등)의 크기 감소는 선택된 회수 공정에서 처리를 적합하게하며, 이는 기계적 재활용에서 화학분해 또는 에너지 회수에 이르기까지 다양할 수 있습니다.
다양한 폴리우레탄 재료에 대해 다양한 분쇄 기술이 개발되었습니다. 필요한 입자 크기는 필러로 재사용하 기 위해 200미크론(micron)보다 더 작은 입자에서부터 화학 분해 또는 소각 장치에 공급하기 위해 더 큰 조각과 같이 다양할 수 있습니다.
이 ISOPA Recycling Fact Sheets는 폴리우레탄의 압축 및 분쇄를 위해 오늘날 알려진 가장 중요한 방법을 요약합니다.
2. 고밀도화(압축, Densification)
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폴리우레탄 타입 |
생성 |
밀도(kg/m³) |
기술 |
비고 |
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고밀도화(압축) |
500~800 |
고밀도화 압축 |
주로 셀가스 회수 |
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경질우레탄 |
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와 함께 사용됨 |
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분말(파우더) |
400 |
더블 챔버 압출기 |
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연질 우레탄 |
덩어리 |
100~400 |
덩어리 압축 |
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[연질 우레탄의 묶음]
[경질 우레탄의 고밀도화 및 분쇄]
폴리우레탄 소재의 상당 부분은 저밀도(일반적으로 20~60kg/m³)에 사용됩니다. 이러한 저밀도 폴리우레탄은 유용한 수명동안 많은 이점을 제공합니다.(중량, 에너지, 재료절감 및 비용 효율성 등) 그러나 회수 지점 에서 재활용 공장으로의 폐 폴리우레탄 재료의 운송이 요구되는 경우, 운송 에너지 및 비용 효율성을 높이기 위해 폴리우레탄폼을 압축해야합니다.
폴리우레탄폼을 압축하기 위해 두 가지 주요 방법이 실행되고 있습니다.
① 경질 폼을 위한 고밀도화(압축)
② 연질 폼을 위한 덩어리 묶음
또한 이 내용에서 설명된 다양한 분쇄 방법은 폴리우레탄폼의 압축 기술로 간주될 수 있습니다. 다른 압축 방법은 중합체의 다른 물리적 성질과 조화됩니다. 경질의 셀 벽을 가진 경질우레탄폼은 압축동안 부서지는 구조를 가지고 있습니다. 이로 인해 고밀도화 또는 분말이 생기고, 이후 취급을 용이하게 하기 위해 펠릿 또는 고밀도화로 압축될 수 있습니다. 연질 폼의 경우 압축된 물질이 다시 팽창하는 것을 방지하기 위해 중합체는 탄성이 있어야 합니다.
① 고밀도화(압축)
경질우레탄폼의 고밀도화(압축)는 셀 가스를 방출되도록 합니다. 이러한 셀 가스의 성질과 회수의 필요 성에 따라, 이것은 적절한 처리를 위해 이들 가스를 수집하도록 고안된 장비에서 고밀도화(압축) 공정을 수행할 필요가 있을 수 있습니다. 이러한 목적으로 사용되는 전형적인 장비는 분쇄기, 고압 압출기 또는 펠릿 밀로 구성됩니다.
열을 가하면 셀 구조를 형성하는 고분자에서 가스가 제거됩니다. 전체 시스템은 누출을 방지하기 위해 압 하에서 작동하여 캡슐화 됩니다. 인화성 가스 및 미립자가 방출될 가능성이 있는 경우, 장비 및 공정 조건은 화재 또는 폭발의 위험을 제거하도록 설계되어야 합니다.
② 덩어리 묶움
폴리우레탄 연질 폼의 고밀도화는 덩어리 묶음 공정을 사용하여 수행됩니다. 일반적인 사이클은 다음과 같습니다.
– 압축
– 사전 압착(묶음의 최종 길이와 너비가 도달할 때까지)
– 최종 압축(최종 높이에 도달할 때까지)
– 덩어리 묶음(수동 또는 자동)
장비에 도달하는 운송 밀도는 100~400kg/m³(10~2.5m³/톤) 범위입니다.
3. 분쇄
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폴리우레탄 타입 |
입자 크기 |
기술 |
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〈0.3mm |
정밀한 칼 절단 |
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경질우레탄 |
〈0.3mm |
펠렛 밀(Pellet-Mill) |
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〈0.2mm |
ball mill |
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〈0.3mm |
정밀한 칼 절단 |
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〈0.3mm |
펠렛 밀(Pellet-Mill) |
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연질 우레탄 |
〈0.2mm |
극저온 분쇄 |
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〈0.1mm |
2개의 롤 분쇄기 |
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〈0.1mm |
2개의 롤 분쇄기 |
폴리우레탄의 크기 감소 기술이 개발되어 위에 요약되어 있습니다.
1) 정밀한 칼 절단
연질 및 경질 폼을 0.25mm 미만의 입자로 분말화하기 위해, 특별한 형태의 칼날이 사용될 수 있습니다. 이러한 소위 정밀 칼 절단기는 많은 수의 고정식 및 회전식 칼이 특징입니다. 이러한 유형의 장비에 사용되 는 특수한 체는 추가적으로 분말이 걸러지는 방식으로 설계되었습니다.
[멀티 칼날 회전자는 정밀 칼 절단기에 사용됩니다.]
2) 2개의 롤 분쇄기
2롤 분쇄기는 서로 다른 속도로 반대 방향으로 회전하는 적어도 한 쌍의 롤러로 구성됩니다. 2개의 롤 사이에 매우 좁은 틈새에서 생성된 전단력은 폴리우레탄폼을 전형적인 입자 크기인 0.1mm 미만인 미세 분말로 분쇄합니다.
연질 저장품 공정에서 통합된 2개의 롤 분쇄기는 연질 저장 폼 제조 공정에 직접 재생산 분말을 공급할 목적으로 헤네케(Hennecke)가 개발하였습니다. 얇은 조각은 2개 롤 분쇄기에 의해 분말로 분쇄되고, 체로 걸러지고 저장고에 저장됩니다. 그 다음, 분말은 공급 스크류를 통해 이송되고 폴리올과 예비 혼합기에서 혼합됩니다. 프리믹스는 그 다음, 혼합 헤드로 이송되고, 여기에서 이소시아네이트와 반응시킨 다음 부어 연질 저장 폼을 만듭니다. 헤네케(Hennecke)는 이 공정에서 최대 30%의 재 분쇄를 사용한다고 주장합니다.
[헤네케(Hennecke)가 개발한 2개의 롤 분쇄기]
3) 펠렛 밀(Pellet-Mill)
펠렛 밀(Pellet-Mill)은 2개 이상의 금속 롤러로 구성되며, 작은 구멍이 있는 금속판(다이)을 통해 폴리우레탄폼을 가압합니다. 폼의 종류와 가공 조건에 따라, 분쇄기의 생산은 미세한 폴리우레탄 분말 또는 소형 펠렛으로 구분됩니다. 이것은 운송 또는 소각 시설로의 공급에 적합합니다. 분쇄기 작업 중에, 폴리우레탄폼은 공정 중에서 가열되고, 롤러 속도, 다이 두께 및 구멍 직경에 따라 달라 집니다.
4) 임펙트 디스크 분쇄(Impact disc mill)
RIM 또는 RRIM 재료의 분쇄는 일반적으로 2단계 공정으로 수행됩니다. 재료는 먼저 칼 날 분쇄기에서 입자 크기 3mm로 분쇄되고, 이어서 충격 디스크 분쇄기에서 분말화 된 제 2단계를 수행합니다. 이것은 일반적으로 입자 크기가 200미크론 미만이 40%인, 부분적으로 분말을 포함하고 있습니다. 이 재료는 체로 분리할 수 있습니다. 더 큰 알갱이는 분쇄 작업으로 다시 공급되거나 다른 용도로 사용될 수 있습니다.
[임펙트 디스크 분쇄기]
5) 극저온 분쇄
연질 폴리우레탄폼은 탄성/복원력 특성으로 인해, 작은 입자 크기로 분쇄하는 것은 어렵고, 특히 분쇄 작업 중에 재료가 가열될 때 발생합니다. 이러한 물질을 취화온도(온도 취약성), 예컨대 액체 질소보다 낮게 냉각시킴으로써, 분쇄 공정이 훨씬 효율적으로 이루어질 수 있습니다.
6) 압출기
다양한 폴리우레탄폼(연질에서 경질 제품)을 미세 분말로 분쇄하는 공정은 고체 상태 전단 압출을 사용하여 개발되었습니다.(Shutov, Berstorff) 이 방법은 적당한 온도(20~100℃)에서 작동됩니다. 입자 크기는 얻을 수 있는 폴리우레탄폼의 유형에 따라 다릅니다. 경질우레탄폼의 경우, 0.032mm 미만의 입자 크기가, 연질 우레탄폼의 경우 0.17mm 미만의 입도가 얻어졌습니다.
[주의사항]
유기 분말과 마찬가지로 분말 폭발을 방지하기 위한 예방 조치가 취해져야합니다. 예를 들어, 연질우레탄폼 분말은 100g/m³ 이상의 화염 전파를 촉진시키는 것으로 밝혀졌습니다. 폴리우레탄폼의 특정 유형은 인화성 발포제 및/ 또는 난연제를 함유하고 있습니다. 이러한 폼의 제조, 가공 및 정상적인 사용과 관련하여, 특히 건축용 경질우레탄폼은 잘 이해되고 제어되지만, 재활용 목적을 위한 이들 물질의 2차 가공은 아직 덜 이해되고 있습니다. 예상되는 재활용 과정을 위한 재료의 적합성과 작업장 노출 및 배출을 방지하기 위해 필요한 예방 조치는 항상 점검되어야합니다.