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섬유 보강 플라스틱의 재활용
섬유보강 플라스틱은 디자인을 마음대로 할 수 있는 우수한 재료이다. 섬유보강 복합재료의 특별한 특성은 기존재료에 비해 매우 우수한 장점을 주지만 고분자 복합재료가 오랫동안 퇴화되지 않는 특성은 심각한 환경문제를 야기할 수 있다. 일반적으로 섬유보강 복합재료는 여러 상이 서로 혼합되어 있어 재활용하기가 어렵다. 다양한 재활용 기술이 제안되었으나 어떠한 방법도 경제적으로 실현가능한 방법으로 입증되지 않았다. 많은 경우에 재활용된 복합재료로 만들어진 원재료의 가격은 원래의 보강재 및 충진제에 비해 상당히 가격이 높다.
전자제품, 자동차 및 운송을 포함한 다양한 산업에서 섬유 보강 복합재료를 점점 많이 사용하고 있다. 비록 다른 종류의 열경화성 복합재료가 있다고 할지라도 시트 및 벌크 성형 복합물(SMC 및 BMC)은 가장 많이 사용되기 때문에 폐기물에서도 가장 많은 부분을 차지한다. 예를 들면, 자동차 산업은 보다 가볍고 보다 연료 효율적인 자동차를 만들기 위해서 계속적으로 시트 및 벌크 성형 복합물의 사용을 늘리고 있다. 프랑스 경제, 재정 및 산업부에 의하면 복합재료의 세계 시장은 1994년부터 매년 (부피 당) 5.7% 증가하고 있다. 2000년에 7백만 톤의, 2006년에는 100만 톤의 복합재료가 사용되었다. 북미에서는 세계 복합재료 공정의 약 47%(340만 톤)을 사용하였다. 복합재료 제조협회(the Composite Fabricators Association: CFA)에 의하면 약 110만 톤이 90년대 초에 수출되었고 계속 증가하여 2000년에는 200만 톤이 수출되었다. 프랑스 경제, 재정 및 산업부는 유럽시장이 북미에 이어 2번째로 28%(200만 톤), 아시아 시장은 23%(160만 톤)이다. 시장 증가비율은 아시아가 7%로 가장 높고 다음이 유럽(4.5%) 및 미국이다. 남아메리카는 2% 의 작은 시장이지만 연간 성장비율이 8% 이상이다.
1. 최종제품 처리문제
최종제품 처리문제는 복합재료의 성장비율을 지속하는데 큰 도전으로 1970년 이전에는 많은 환경적인 법률이나 통제가 완전히 개발되거나 실현되지 않았다. 한번 제품의 유용한 수명이 다되면 제품은 일반적으로 매립된다. 매립은 최근에는 폐기물 처리방법으로 사용되지는 않는다. 자동차 폐기와 같은 유럽연합의 지침(ELV, 2000/53/EC)에 의하면 2015년 1월 1일경에는 ELV의 85%가 재사용되고 소각에너지 회수가 10%, 매립이 5%가 되어야 한다. 폐기물 전기 가전제품(the Waste Electrical and Electronic Equipment: WEEE)과 같은 다른 폐기물에 대한 유럽연합의 지침은 매립 (1999/31/EC)이며 소각은 지속가능한 섬유 보강 복합재료 폐기물 관리에서 제조업체 및 최종 사용자에 유사한 압력을 준다. 폐기물 전략 2000, 지속가능한 건축 전략 및 매립 세금과 같은 영국 정부 정책은 모두 섬유 보강 복합물 산업에 영향을 준다. 미국에서 대략 14,000개의 전국적인 매립지가 가득 차거나 혹은 환경적인 문제에 의해 1978년 이후 문을 닫았다. 재료의 폐기 비용은 육지가 폐기물로 많이 채워질수록 올라간다. 미네소타 주는 18,750 톤의 섬유 보강 플라스틱을 매년 2000만 불의 가격으로 주에서 매립장으로 보낸다 가격 인상은 유럽에서는 이미 시작되었다. 일본의 재활용 및 처리협회(Japan’s Recycling and Treatment Council: RTC)는 재활용된 열경화성 복합재료 폐기물에 대해 기술적이고 사회적인 문제를 위원회에 보고하고 사용되지 않는 복합재료의 환경적인 영향에 대한 우려를 하였다. Kojima and Furukawa에 의하면, 이들 복합재료 제품들의 폐기 및 재활용은 효율적인 재사용 시스템이 없다면 큰 사회적인 문제가 될 수 있다.
일반적으로 섬유 보강 복합재료는 일반적으로 섬유 보강재, 레진 매트릭스 및 충진제(일반적으로 탄산 칼슘(calcium carbonate, CaCO3)과 같은 3, 혹은 보다 많은 여러 상이 혼합되어 있어 재활용하는 것이 어렵다. 열경화성 섬유 보강 복합재료를 재활용하는 것은 열경화성 매트릭스 분자들이 가교화되기 때문에 녹지 않고 재성형될 수 없기 때문에 특히 어려운 문제이다. 한편, 열경화성 수지는 원래 재활용할 수 있다. 유리섬유 보강 복합재료의 구성물은 재활용 효율이 낮다. 따라서 재활용을 하기 위한 동기를 부여하는 사업이 거의 없다.
2. 4 종류의 재활용 기술
다양한 재활용 기술들이 제안되었다. 이들 기술들은 에너지 회수, 매트리스의 열 분해, 매트릭스의 화학적 분해, 크기 감소 등의 4 종류로 나눌 수 있다. 보강재가 들어가지 않은 플라스틱에서 회수되는 잠정적인 에너지는 실제화될 수 있다. 1990년에 북미에서 사출성향 공장에서 나오는 작은 조각들에서 원유 30?3500만 리터에 해당하는 에너지를 얻었다. 시트 및 벌크 성형 복합물과 같은 열경화 복합재료에는 매우 높은 무기 함유량(70% 이상)이 포함되어 있어 소각이 이들 복합재료를 재활용하는 좋은 방법이 될 수 없다.
열분해 및 유동층(Pyrolysis and fluidized beds)은 열경화성 복합재료를 재활용하는데 사용되는 두 개의 열 분해 방법으로 각 기술은 열에 의해 레진을 날려 보내 제거하는 것이다. 부산물은 일반적으로 레진에서 가스와 액체가 얻어지며 이들은 연료와 다른 재료들로 사용된다 문제는 유리섬유의 특성을 퇴화시키거나 혹은 추출된 제품의 가치를 높이기 위해 가열 하기 위해 높은 온도가 필요한 점이다. 화학적으로 재활용하기 위한 hydrolysis, glycolysis, and solvolysis 세 개의 방법들은 문헌에서 잘 설명되어 있다. 비록 이들 세 개의 방법들이 어느 정도는 성공적이라 할지라도 화학적인 재활용은 공정 가운데 많은 화학적 폐기물이 만들어지기 때문에 크게 우수한 방법은 아니다. 환경적으로 실현가능한 방법을 위해 보다 많은 재료들이 화학적인 폐기물이 생산되는 것과는 다르게 재활용되어야 한다. 이는 실험실 단계에서는 가능한 것으로 보이며 보다 대규모 산업적인 화학 재활용은 아직은 실현가능하지 않은 것으로 보인다.
출처 :http://www.jeccomposites.com/news/composites-news/recycling-fibre-reinforced-plastics
관련링크 : http://www.gtnet.go.kr/search/search_main_v.jsp
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