목재-폴리머 복합 특성에 대한 건설 및 철거 폐기물 플라스틱 분획의 효과

Summary

이차 재료 스트림은 생산을위한 잠재적 인 원료를 포함하는 것으로 나타났습니다. 여기에 제시된 프로토콜은 CDW-플라스틱 폐기물을 원료로 식별하고 다양한 처리 단계(응집, 압출)가 뒤따릅니다. 그 결과, 복합재료가 생산되었고 기계적 성질을 분석했다.

Abstract

플라스틱과 같은 귀중한 자재를 포함한 건설 및 철거 폐기물(CDW)은 폐기물 부문에 큰 영향을 미칩니다. 플라스틱 물질을 다시 활용하려면 폴리머 조성에 따라 플라스틱 물질을 식별하고 분리해야 합니다. 이 연구에서는, 이러한 물질의 식별은 근적외선 분광법(NIR)을 사용하여 수행되었으며, 이는 물리적 화학적 특성에 따라 물질을 식별한 것입니다. NIR 방법의 장점은 특별한 시료 준비 없이 1600-2400 nm의 스펙트럼 범위에서 낮은 환경 영향 및 신속한 측정(몇 초 이내)입니다. 제한 사항에는 어두운 재료를 분석할 수 없습니다. 확인된 폴리머는 중합체 매트릭스, 저비용 필러 및 첨가제로 구성된 목재 폴리머 복합체(WPC)의 성분으로 활용되었다. 상기 성분은 먼저 응집 장치로 복합되었고, 그 다음에압출에 의해 생산되었다. 응집 과정에서 모든 물질을 복합하여 펠릿으로 균일하게 분포되고 과립된 물질을 생산하는 것이 목표였습니다. 응집 과정에서, 중합체(matrix)가 용융되고 필러 및 기타 첨가제가 용융 된 중합체로 혼합되어 압출 공정에 대비하였다. 압출 방법에서, 열 및 전단 힘은 원내 반회전 트윈 스크류 타입 압출기의 배럴 내의 재료에 적용되어 재료연소 의 위험을 줄이고 전단 혼합을 하급하였다. 가열 및 전산 혼합물은 제품을 원하는 모양을 제공하기 위해 다이를 통해 전달되었다. 전술한 프로토콜은 CDW 재사용 가능성을 입증했다. 기능적 특성은 재료에 대한 굴곡, 인장 및 충격 강도 테스트와 같은 표준화된 시험에 따라 검증되어야 합니다.

Introduction

글로벌 폐기물 발생량은 사상 전반적으로 크게 증가했으며, 조치가^취해지지않는 한 향후 수십 퍼센트 증가할 것으로 예상됩니다. 특히 고소득 국가는 전 세계 인구 1의 16%에 불과하지만 전 세계 폐기물의 3분의¹이상을 발생했습니다. 건설 부문은 급속한 도시화와 인구 증가로 인해 이 폐기물의 중요한 생산자입니다. 추정에 따르면, 전 세계 고형 폐기물의 약 1/3은 건설 및 철거 프로젝트에 의해 형성된다; 그러나 다른 영역의 정확한 값은^2가없습니다. 유럽연합(EU)에서는 건설 및 철거 폐기물(CDW)의 양이 전체 폐기물^{발생량 의}약 25%~30%이며 플라스틱과 같은 귀중하고 중요한 이차 원료를 포함합니다. 체계적인 수집 및 관리가 없으면 플라스틱이 생태계를 오염시키고 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 2016년에는 2억 4,200만 톤의 플라스틱 폐기물이 세계^1에서발생했습니다. 유럽에서 재활용되는 플라스틱의 비중은 31.1%에 불과했다.⁴

자원 부족으로 인해 폐기물을 보조 자원의 원천으로 사용하고 재사용을 위해 폐기물을 회수하는 것이 목표인 순환 경제로 관행을 바꿀 필요가 있습니다. 유럽에서 인기있는 개념인 순환 경제에 의해 경제 성장과 환경 영향을 최소화할 수 있습니다. 유럽연합 집행위원회는 순환 경제에 대한 유럽 연합 (EU) 행동 계획을 채택하여 기여도 에 대한 목표와 지표를^{설정했습니다 5.}

엄격한 환경 규제와 법률은 폐기물 관리 및 자재 재활용 문제에 더 많은 노력을 기울이는 건설 부문에 기여하고 있습니다. 예를 들어, 유럽 연합 (EU)은 물질 적 복구에 대한 목표를 설정했습니다. 2020년부터 는 비위험 CDW의 재료 회수율은 70%6이어야⁶합니다. CDW의 조성물은 지리적 위치에 따라 크게 다를 수 있지만, 예를 들어, 목재 폴리머 복합재에 대한 잠재력과 귀중한 원료인 플라스틱을 포함하여 몇 가지 일반적인 특성을 식별할 수 있다. 플라스틱의 재사용은 처녀 플라스틱 폴리머를 재활용 폴리머로 대체하는 순환 경제를 향한 구체적인 단계입니다.

복합 재료는 매트릭스 재료 및 보강 단계로 구성된 다상 시스템입니다. 목재 폴리머 복합체(WPC)는 전형적으로 교제로서 폴리머, 목재 재료를 보강으로, 및 결합제 및 윤활제와 같은 접착을 개선하기 위한 첨가제를 함유하고 있다. WPC는 원료가 폴리락산(PLA) 및 목재와 같은 재생 가능한 물질로부터 공급될 수 있기 때문에 환경 친화적인 물질로 알려져 있다. 최신 혁신^7에따르면 WPC의 첨가제는 재생 가능한 소스를 기반으로 할 수 있습니다. 또한, 원료의 원천은 생태학적으로 기술적으로 우수한 대안^8인재활용(비처녀) 물질을 재활용할 수 있다. 예를 들어, 연구자들은 CDW를 포함하는 압출 된 WPC를 연구했으며 CDW 기반 복합재료의 특성이 허용 가능한^{수준 9에}있음을 발견했습니다. 재활용 원료를 WPC의 구성 요소로 활용하는 것도 여러 평가에서 입증된 바와 같이 환경 측면에서도 허용됩니다. 전반적으로, WPC 생산에서 CDW를 활용하면 CDW^{관리(10)의}환경적 영향을 줄일 수 있다는 것이 입증되었다. 또한, WPC에서 재활용 폴리프로필렌(PP) 플라스틱을 사용하면 지구^{온난화(11)를}줄일 수 있는 가능성이 있는 것으로 나타났다.

사용 가능한 재활용 폴리머의 양은 미래에 증가 할 것이다. 글로벌 플라스틱 생산량은 연평균 약 9% 증가했으며, 향후^12일부터는 증가할 것으로 예상된다. 가장 일반적인 플라스틱 폴리머 유형은, 인터 알리아, 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)이다. PE와 PP에 대한 총 수요의 주식은 2017년 유럽에서 각각 29.8%,19.3%였다.⁴ 글로벌 플라스틱 재활용 시장은 2018-2026 년¹³년 동안 연간 5.6 %의 성장률로 성장할 것으로 예상됩니다. 플라스틱이 사용되는 주요 응용 프로그램 중 하나는 건물 과 건설입니다. 예를 들어, 유럽 플라스틱에 대한 총 수요의 약 20%가 건축 및 건설 응용 프로그램^4와관련이 있었다. 경제적 관점에서 볼 때 WPC 제조에서 재활용 폴리머를 사용하는 것은 흥미로운 대안으로, 저렴한 비용으로 재료의 생산으로 이어집니다. 이전 연구는 물리적 효과는 해당 처녀 재료에 비해 이차 플라스틱으로 만든 압출 재료에 강한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다, 하지만 속성은 플라스틱 소스에 따라 달라집니다^14. 그러나, 재활용 플라스틱의 사용은 낮은^{호환성(15)으로}인해 WPC의 강도를 감소시다. 플라스틱 폴리머의 구조 간의 변화는 재사용 및 재활용에 대한 우려를 야기하며, 이는 폴리머에 기초한 플라스틱 선별의 중요성에 기여합니다.

이 연구는 WPC의 원료로 CDW에서 플라스틱 재료의 활용을 평가할 계획이다. 연구에서 평가된 폴리머 분획은 아크릴로니톨 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE)이다. 이들은 CDW 내의 범용 플라스틱 분획이라고 합니다. 폴리머 분획은 응집 및 압출과 같은 일반적인 제조 공정으로 처리되며 범용 기계적 특성 테스트로 테스트됩니다. 이 연구의 주요 목적은 재활용 폴리머가 1차 처녀 폴리머 대신 매트릭스의 원료로 사용되는 경우 WPC의 특성이 어떻게 변하는지 발견하는 것입니다.

(현지) 폐기물 관리 센터(Etelä-Karjalan Jätehuolto Oy)를 기반으로 플라스틱이 풍부한 CDW가 어떻게 저장되는지 를 보여주었습니다. CDW 플라스틱 폴리머의 몇 가지 예가 표시되었다. 연구원은 ABS, PP 및 PE와 같은 추가 처리를 위해 가장 적합한 폴리머를 수집했습니다. 원하는 폴리머(PE, PP, ABS)는 휴대용 근적외선(NIR) 분광법을 사용하여 확인되었다. WPC 제품 예는 수집된 플라스틱 물질을 원료로 활용할 수 있는 곳을 제시했습니다. 복합체의 정의와 그 장점을 설명했습니다.

Protocol

1. 식별 및 사전 처리 1600-2400 nm의 스펙트럼 범위에서 휴대용 근적외선 (NIR) 분광법 도구로 플라스틱의 폴리머를 식별합니다. 분광법 도구를 사용하여 폴리머에 접촉하고 측정된 반사도에 의해 폴리머를 결정하십시오. 분광법의 식별 곡선에 따르면 실험실의 화면에서 식별 결과를 분석합니다. 식별 결과에 따라 폴리머 사이에 재료를 정렬하고 각각의 가중치를 측정?…

Representative Results

CDW 플라스틱 폴리머가 WPC의 기계적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 매트릭스로서 3가지 상이한 폴리머 유형을 연구하였다. 표 1은 재료의 조성을 제시하고 표 2는 제조 공정을 보고합니다. CDW-PP의 재료는 공구에 대한 더 높은 처리 온도를 요구하지만, 그에 상응하여 용융 압력은 다른 재료 (CDW-ABS 및 CDW-PE)에 비해 낮았다. 도 1은</st…

Discussion

WPC의 기계적 특성은 다양한 응용 분야에서 이러한 제품의 적합성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. WPC는 플라스틱, 목재 및 첨가제의 세 가지 주요 성분으로 구성됩니다. 섬유 기반 복합재료의 기계적 특성은 사용된 섬유의 길이에 따라 달라지며, 여기서 “임계 섬유 길이”는 충분한^{보강(25)을}나타내는 데 사용되는 용어이다. 재료의 특성 외에도 원료의 품질은 WPC의 성능에 중?…

Materials

Agglomeration	Plasmec	TRL100/FV/W	apparatus of turbomixer
Agglomeration	Plasmec	RFV 200	apparatus of cooler
CNC router	Recontech	F2 – 1325 C	CNC machine
Condition chamber	Memmert	HPP260	constant climate chamber
Coupling agent	DuPont	Fusabond E226	commercial coupling agent additive
Crusher 1 (crusher/shredder )	Untha	Untha LR 630	10-20 mm sieve
Crusher 2 (low-speed crusher)	Shini	Shini SG-1635N-CE	5 mm sieve, granulator
Extruder	Weber	Weber CE 7.2	conical counter-rotating twin-screw
Lubricant	Struktol	TPW 113	commercial lubricant additive
NIR spectroscopy	Thermo Fisher Scientific	Thermo Scientific microPHAZIR PC
Recycled material ABS from CDW
Recycled material PE from CDW
Recycled material PP from CDW
Sliding table saw	Altendorf	F-90	circular saw/sliding table saw
Testing apparatus	Zwick	5102	impact tester
Testing machine	Zwick Roell	Z020	allround-line materials testing machine
Wood flour (Spruce) material
WPC example material	UPM Profi		Decking board