재활용 HDPE의 성능과 품질 안정화

이안 쿼리 | 2021년 7월 15일

고밀도 폴리에틸렌(HDPE)의 분해는 재활용업체에게 심각한 문제가 될 수 있습니다. HDPE는 가장 일반적으로 재활용되는 플라스틱 중 하나이며 다양한 방법을 사용하여 분리할 수 있지만 실제로 이 폴리머의 재활용은 완전히 효율적이지 않습니다. 다음은 성능 및 품질 저하를 해결하고 2019년 세계 시장 가치가 680억 달러에 달하는 이 재료에 대한 강력한 수요를 충족하기 위해 가공을 조정하는 방법입니다1

HDPE 재활용 공정에서 발생하는 열과 전단력은 이전 사용으로 인한 기존 마모를 악화시킬 수 있습니다. 이러한 분해는 젤과 얼룩을 도입하여 수지 구조를 변화시키거나, 폴리머의 색상을 변경하는 부반응을 일으키거나, 용융 흐름의 변화를 일으킬 수 있습니다. 이 모든 것은 재활용품의 성능과 품질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

산성 종과 같은 재활용 스트림의 오염 물질도 분해를 시작하여 "전분해 물질"이 될 수 있습니다. 이는 폴리머 생산 시 촉매 잔류물로 인해 존재하여 산을 생성하는 부반응을 일으키거나 재활용 흐름에서 유입될 수 있습니다. 산은 HDPE 중합체 사슬의 구조를 저하시키고 제산제가 존재하지 않는 한 항산화제의 효과를 감소시킵니다.

주요 브랜드의 지속 가능성에 대한 약속과 순환성을 지원하기 위해 플라스틱 재사용을 장려하는 새로운 규정으로 인해 소비자 사용 후 재활용(PCR) 콘텐츠에 대한 전 세계적으로 강력한 수요가 있습니다. 특히 천연색 재활용 HDPE 시장은 주로 소비재(CPG) 기업의 수요 증가로 인해 2020년에 확대되었습니다.

시장에 공급하기 위해서는 재활용업체가 재활용 과정을 거치면서 색상을 포함한 사용 후 HDPE의 특성을 유지하는 것이 중요합니다. 입증된 전략 중 하나는 열 및 전단 응력을 받기 전에 PCR 함량에 안정제를 추가하는 것입니다.

HDPE PCR 함량의 화학적 안정화는 다음을 수행할 수 있습니다.

안정제가 HDPE와 함께 작동하는 방식

수지 생산업체는 물리적 및 시각적 특성에 탁월한 일관성을 제공하기 위해 순수 재료의 구조를 엄격하게 제어합니다. 최종 제품으로 변환하는 동안 이러한 특성이 가혹한 공정 조건에 의해 영향을 받는 것을 방지하기 위해 기본 수준의 안정제 혼합물을 추가하는 경우가 많습니다.

이러한 안정제 혼합물은 일반적으로 다음을 포함한 여러 구성 요소로 구성됩니다.:

HDPE의 기본 수준의 안정제가 제한된 사용(수지 변환)에만 충분하고 최종 제품이 재활용을 위해 수집될 때 고갈된 경우 PCR 콘텐츠는 가혹한 재활용 조건으로 인한 성능 저하에 대한 보호가 부족합니다. 이것이 바로 일부 재활용업체가 스크랩을 PCR 내용물로 변환할 때 용융물에 안정제를 첨가하는 이유입니다. 그들은 안정화가 매력적인 이익-비용 비율을 제공한다는 것을 발견했습니다. 원래의 특성, 색상 및 가공성을 유지하는 재활용 HDPE는 종종 더 높은 가격을 요구할 수 있습니다.

HDPE 안정화 정량화

재활용 HDPE에 대한 안정제의 효과는 산화 유도 시간(OIT), 용융 흐름 및 색상 유지 테스트를 통해 확인할 수 있습니다.

산화 유도 시간은 산화 분해에 대한 중합체의 저항성을 측정한 것입니다. 이는 재료로 만든 부품이 열, 산소, 빛 및 방사선을 포함한 환경 요소에 노출되어 노화(예: 균열, 균열, 약화 또는 고장)에 얼마나 잘 저항할 수 있는지를 나타냅니다.

OIT 테스트는 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌(PE)의 열산화 안정성을 특성화합니다. 이는 폴리머 내의 항산화 첨가제 수준을 측정하는 민감한 척도입니다. ASTM D3895 표준은 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 OIT에 대한 테스트 방법을 지정합니다. 간단히 말하면 가속열노화 시험이다.

이 테스트 동안 수지는 질소 분위기에서 녹는점 이상으로 가열되도록 제어됩니다. 일단 용융되면 수지가 순수한 산소에 노출되고, 시간이 지남에 따라 1차 항산화제가 소모되면서 타이머가 시작됩니다. 1차 항산화제가 완전히 소모되면 열 흐름의 변화로 이를 나타내며 유도 시간이 결정됩니다. 일반적으로 OIT 시간이 길수록 더 높은 수준의 안정화를 의미합니다. 실제로 OIT는 열 노화가 실용적이지 않을 때 빠른 테스트를 위한 좋은 옵션입니다. 다양한 응용 분야에서 OIT 결과는 동일하지만 열 노화 결과가 다를 수 있으므로 열 노화와 함께 사용하는 것이 가장 좋습니다. 재활용에서는 OIT 결과가 0에 가까운 경우가 종종 있습니다.