중국의 폴리우레탄 소재 재활용 현황
1, 폴리우레탄 생산 공장은 상대적으로 집중되어 있고 재활용이 용이하기 때문에 매년 많은 양의 스크랩을 생산합니다.대부분의 공장에서는 스크랩 물질을 회수하고 재사용하기 위해 물리적, 화학적 재활용 방법을 사용합니다.
2. 소비자가 사용하는 폐 폴리우레탄 소재는 잘 재활용되지 않았습니다.중국에는 폐폴리우레탄 처리를 전문으로 하는 기업이 일부 있지만 대부분은 주로 소각 및 물리적 재활용을 하고 있다.
3, 국내외에는 폴리우레탄 화학 및 생물학적 재활용 기술을 찾는 데 전념하는 많은 대학 및 연구 기관이 있으며 특정 학술 결과를 발표했습니다.그러나 극소수의 대규모 애플리케이션에 실제로 투입된 독일 H&S도 그 중 하나입니다.
4, 중국의 생활 폐기물 분류는 이제 막 시작되었으며 폴리우레탄 재료의 최종 분류는 상대적으로 낮으며 기업이 후속 재활용 및 활용을 위해 폐 폴리우레탄을 계속 확보하기가 어렵습니다.폐기물의 불안정한 공급은 기업의 운영을 어렵게 만듭니다.
5. 대형 폐기물의 재활용 및 처리에 대한 명확한 부과 기준이 없습니다.예를 들어 폴리우레탄으로 만든 매트리스, 냉장고 단열재 등은 정책과 산업 체인의 개선으로 재활용 기업이 상당한 수입을 얻을 수 있습니다.
6, Huntsman은 여러 가지 엄격한 가공 공정을 거친 후 화학 반응 장치에서 다른 원료 반응을 통해 폴리에스터 폴리올 제품, 재활용 PET 플라스틱 병의 최대 60% 제품 성분 및 폴리에스터를 생산하는 방법을 발명했습니다. 폴리올은 중요한 원료 중 하나인 폴리우레탄 소재를 생산하는 데 사용됩니다.현재 Huntsman은 연간 10억 개의 500ml PET 플라스틱병을 효과적으로 재활용할 수 있으며, 지난 5년 동안 50억 개의 재활용 PET 플라스틱병이 폴리우레탄 단열재 생산을 위한 130,000톤의 폴리올 제품으로 전환되었습니다.
물리적 재활용
이 방법은 가장 널리 사용되는 재활용 기술이다.연질의 폴리우레탄 폼은 분쇄기에 의해 수 cm의 조각으로 분쇄되고, 반응성 폴리우레탄 접착제가 믹서에 분사됩니다.사용되는 접착제는 일반적으로 폴리페닐 폴리메틸렌 폴리이소시아네이트(PAPI)를 기반으로 하는 폴리우레탄 폼 조합 또는 말단 NCO 기반 프리폴리머입니다.PAPI계 접착제를 접착 및 성형시 사용시 스팀믹싱도 가능합니다. 폐폴리우레탄 접착시에는 폐폴리우레탄 90%, 접착제 10%를 넣고 균일하게 섞고, 염료의 일부를 추가해도 되고, 그런 다음 혼합물에 압력을 가합니다.
열경화성 폴리우레탄 연질폼과 RIM 폴리우레탄 제품은 100~200℃의 온도 범위에서 어느 정도 열연화 가소성을 갖고 있습니다.고온, 고압에서 폐폴리우레탄을 접착제 없이 접착할 수 있습니다.재활용 제품을 보다 균일하게 만들기 위해 폐기물을 분쇄한 후 가열하고 가압하는 경우가 많습니다.
폴리우레탄 연질폼은 저온 분쇄 또는 분쇄 공정을 통해 미세한 입자로 변화될 수 있으며, 이 입자의 분산액을 폴리올에 첨가하여 폴리우레탄 폼이나 기타 제품을 제조하는데 사용되는 폐 폴리우레탄 물질의 회수뿐만 아니라, 또한 제품 비용을 효과적으로 절감합니다.MDI 기반 저온 경화 연질 폴리우레탄 폼의 분쇄 분말 함량은 15%로 제한되며, TDI 기반 열경화 폼에는 최대 25%의 분쇄 분말을 첨가할 수 있습니다.
화학물질 재활용
디올 가수분해는 가장 널리 사용되는 화학적 회수 방법 중 하나입니다.소분자 디올(예: 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜) 및 촉매(3차 아민, 알코올아민 또는 유기금속 화합물)가 있는 경우 폴리우레탄(폼, 엘라스토머, RIM 제품 등)은 약 재생된 폴리올을 얻기 위해 200°C에서 몇 시간 동안 가열합니다.재활용된 폴리올은 폴리우레탄 재료 제조를 위해 새로운 폴리올과 혼합될 수 있습니다.
폴리우레탄 폼은 아민화에 의해 초기 연질 폴리올과 경질 폴리올로 전환될 수 있습니다.아몰리시스는 가압 및 가열 중에 폴리우레탄 폼이 아민과 반응하는 과정입니다.사용되는 아민으로는 디부틸아민, 에탄올아민, 락탐 또는 락탐 혼화제가 포함되며, 반응은 150℃ 이하의 온도에서 진행될 수 있다. 최종 제품은 직접 제조된 폴리우레탄 폼의 정제가 필요하지 않으며, 원본에서 제조된 폴리우레탄을 완전히 대체할 수 있다. 폴리올.
Dow Chemical은 아민 가수분해 화학 회수 공정을 도입했습니다.이 공정은 두 단계로 구성됩니다. 폐 폴리우레탄은 알킬올아민과 촉매에 의해 고농도 분산 아미노에스테르, 요소, 아민 및 폴리올로 분해됩니다.그런 다음 회수된 물질의 방향족 아민을 제거하기 위해 알킬화 반응을 수행하여 성능이 좋고 밝은 색상의 폴리올을 얻습니다.이 방법은 다양한 종류의 폴리우레탄 폼을 회수할 수 있으며, 회수된 폴리올은 다양한 종류의 폴리우레탄 소재에 사용될 수 있습니다.또한 이 회사는 화학적 재활용 공정을 사용하여 RRIM 부품에서 재활용된 폴리올을 얻습니다. 이 폴리올은 RIM 부품을 최대 30%까지 향상시키는 데 재사용할 수 있습니다.
가수분해 방법 - 수산화나트륨을 가수분해 촉매로 사용하여 폴리우레탄 연질 기포와 경질 기포를 분해하여 폴리올과 아민 중간체를 생성하고 이를 재활용 원료로 사용할 수 있습니다.
알칼리분해: 폴리에테르와 알칼리금속 수산화물을 분해제로 사용하며, 폼 분해 후 탄산염을 제거하여 폴리올과 방향족 디아민을 회수합니다.
알코올 분해와 가삼분해를 결합하는 공정 - 폴리에테르폴리올, 수산화칼륨, 디아민을 분해제로 사용하고 탄산염 고체를 제거하여 폴리에테르폴리올과 디아민을 얻는 공정입니다.경질기포의 분해는 분리할 수 없으나 프로필렌옥사이드의 반응으로 얻은 폴리에테르를 직접 사용하여 경질기포를 만들 수 있다.이 방법의 장점은 분해온도(60~160℃)가 낮고, 분해시간이 짧으며, 분해포의 양이 많다는 점이다.
알코올 인 공정 - 폴리에테르 폴리올 및 할로겐화 인산염 에스테르를 분해제로 사용하고, 분해 생성물은 폴리에테르 폴리올과 인산암모늄 고체이며 쉽게 분리됩니다.
독일 재활용 회사인 Reqra는 폴리우레탄 신발 폐기물 재활용을 위해 저가형 폴리우레탄 폐기물 재활용 기술을 홍보합니다.이 재활용 기술에서는 폐기물을 10mm 크기의 입자로 먼저 분쇄한 후 반응기에서 분산제와 함께 가열하여 액화한 후 최종적으로 회수하여 액체 폴리올을 얻습니다.
페놀 분해 방법 - 일본은 폴리우레탄 연질 폼을 분쇄하고 페놀과 혼합하고 산성 조건에서 가열하고 카바메이트 결합을 깨고 페놀 수산기와 결합한 다음 포름알데히드와 반응하여 페놀 수지를 생성하고 헥사메틸렌테트라민을 첨가하여 고형화할 수 있습니다. 강도와 인성이 우수하고 내열성이 우수한 페놀수지 제품으로 제조되었습니다.
열분해 - 폴리우레탄 연질 기포는 호기성 또는 혐기성 조건에서 고온에서 분해되어 유성 물질을 얻을 수 있으며, 폴리올은 분리하여 얻을 수 있습니다.
열 회수 및 매립 처리
폴리우레탄 폐기물에서 에너지를 회수하는 것은 보다 환경친화적이고 경제적으로 가치 있는 기술입니다.미국 폴리우레탄 재활용 위원회에서는 고형 폐기물 소각장에 폐 폴리우레탄 연질폼 20%를 추가하는 실험을 진행하고 있습니다.결과에 따르면 잔류 재와 배출물은 여전히 지정된 환경 요구 사항 내에 있었고, 폐폼을 추가한 후 방출되는 열은 화석 연료 소비를 크게 절감했습니다.유럽에서도 스웨덴, 스위스, 독일, 덴마크 등의 국가에서도 폴리우레탄계 폐기물 소각에서 회수된 에너지를 전기와 난방열로 공급하는 기술을 실험하고 있다.
폴리우레탄 폼은 단독으로 또는 다른 폐플라스틱과 함께 분말로 분쇄되어 미세한 숯 분말을 대체하고 화로에서 연소하여 열에너지를 회수할 수 있습니다.미세분말을 사용하면 폴리우레탄 비료의 연소효율을 높일 수 있습니다.
산소, 고온, 고압 및 촉매가 없는 경우 연질 폴리우레탄 폼과 엘라스토머는 열분해되어 가스 및 석유 제품을 얻을 수 있습니다.생성된 열분해유에는 일부 폴리올이 함유되어 있어 정제하여 공급원료로 사용할 수 있으나 일반적으로 연료유로 사용됩니다.이 방법은 다른 플라스틱과 혼합된 폐기물을 재활용하는 데 적합합니다.그러나 폴리우레탄 폼과 같은 질소 함유 폴리머가 분해되면 촉매가 저하될 수 있습니다.지금까지 이 접근법은 널리 채택되지 않았습니다.
폴리우레탄은 질소를 함유한 고분자이기 때문에 어떤 연소회수 방식을 사용하더라도 질소산화물과 아민의 발생을 줄이기 위해서는 최적의 연소조건을 사용해야 합니다.연소로는 적절한 배기가스 처리 장치를 갖추고 있어야 합니다.
현재 상당한 양의 폴리우레탄 폼 폐기물이 매립지에 버려지고 있습니다.묘상으로 사용되는 폴리우레탄 폼과 같은 일부 폼은 재활용할 수 없습니다.다른 플라스틱과 마찬가지로 재료가 자연 환경에서 항상 안정적이라면 시간이 지남에 따라 축적되어 환경에 압력을 가하게 됩니다.매립된 폴리우레탄 폐기물을 자연 조건에서 분해하기 위해 사람들은 생분해성 폴리우레탄 수지를 개발하기 시작했습니다.예를 들어, 폴리우레탄 분자에는 탄수화물, 셀룰로오스, 리그닌 또는 폴리카프로락톤 및 기타 생분해성 화합물이 포함되어 있습니다.
재활용 혁신
2011년 예일 대학교 학생들은 에콰도르에서 Pestalotiopsis microspora라는 곰팡이를 발견하여 헤드라인을 장식했습니다.이 곰팡이는 공기가 없는(혐기성) 환경에서도 폴리우레탄 플라스틱을 소화하고 분해할 수 있어 매립지 바닥에서도 작동할 수 있습니다.
연구 여행을 주도한 교수는 단기적으로 연구 결과에 너무 많은 것을 기대하지 말라고 경고했지만, 더 빠르고, 깨끗하고, 부작용이 없고, 더 자연스러운 플라스틱 폐기물 처리 방법에 대한 아이디어의 매력을 부정할 수는 없습니다. .
몇 년 후 LIVIN Studio의 디자이너 Katharina Unger는 Utrecht University의 미생물학과와 협력하여 Fungi Mutarium이라는 프로젝트를 시작했습니다.
그들은 굴버섯과 정신분열병을 포함하여 매우 흔한 두 가지 식용 버섯의 균사체(버섯의 선형, 영양가 있는 부분)를 사용했습니다.몇 달에 걸쳐 곰팡이는 식용 AGAR 꼬투리 주변에서 정상적으로 자라면서 플라스틱 잔해를 완전히 분해했습니다.분명히 플라스틱은 균사체의 간식이 됩니다.
다른 연구자들도 이 문제에 대해 계속해서 연구하고 있습니다.2017년 세계농림업센터(World Agroforestry Center)의 과학자 세룬 칸(Sehroon Khan)과 그의 팀은 파키스탄 이슬라마바드의 매립지에서 또 다른 플라스틱 분해 곰팡이인 Aspergillus tubeingensis를 발견했습니다.
곰팡이는 폴리에스테르 폴리우레탄에서 두 달 안에 대량으로 자라서 작은 조각으로 분해될 수 있습니다.
스티븐 짐머만(Steven Zimmerman) 교수가 이끄는 일리노이 대학 연구팀이 폴리우레탄 폐기물을 분해하여 다른 유용한 제품으로 바꾸는 방법을 개발했습니다.
대학원생 Ephraim Morado는 폴리머를 화학적으로 용도 변경하여 폴리우레탄 폐기물 문제를 해결하기를 희망합니다.그러나 폴리우레탄은 매우 안정적이며 분해하기 어려운 두 가지 성분인 이소시아네이트와 폴리올로 만들어집니다.
폴리올은 석유에서 추출되고 쉽게 분해되지 않기 때문에 핵심입니다.이러한 어려움을 피하기 위해 연구팀은 더 쉽게 분해되고 수용성인 화학 단위 아세탈을 채택했습니다.실온에서 트리클로로아세트산과 디클로로메탄에 용해된 고분자의 분해 생성물을 사용하여 새로운 물질을 생산할 수 있습니다.개념 증명으로 Morado는 포장 및 자동차 부품에 널리 사용되는 엘라스토머를 접착제로 변환할 수 있습니다.
그러나 이 새로운 회수 방법의 가장 큰 단점은 반응을 수행하는 데 사용되는 원료의 비용과 독성입니다.따라서 연구원들은 현재 분해를 위해 순한 용매(식초 등)를 사용하여 동일한 공정을 달성하는 더 좋고 저렴한 방법을 찾으려고 노력하고 있습니다.
일부 기업의 시도
1. PUReSmart 연구 계획
2. FOAM2FOAM 프로젝트
3. Tenglong Brilliant: 신흥 건축 자재용 폴리우레탄 단열재 재활용
4. 아디다스(Adidas): 완전히 재활용 가능한 운동화
5. 살로몬(Salomon): 전체 TPU 운동화를 재활용하여 스키 부츠 만들기
6. Cosi: Chuang은 매트리스 재활용 위원회와 협력하여 순환 경제를 촉진합니다.
7. 독일 H&S사 : 스펀지 매트리스 제조를 위한 폴리우레탄 폼 알코올 분해 기술
게시 시간: 2023년 8월 30일