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폴리우레탄 폼(PU)은 건설 현장에서 다양한 용도로 널리 사용되지만, 탄소 배출 제로를 향한 움직임이 가속화됨에 따라 친환경 소재에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 따라서 친환경 소재로서의 입지를 강화하는 것이 매우 중요합니다.
폴리우레탄 폼은 유기 단량체 단위들이 우레탄으로 연결된 중합체입니다. 폴리우레탄은 높은 공기 함량과 연속 셀 구조를 가진 경량 소재입니다. 폴리우레탄은 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트와 폴리올의 반응으로 생성되며, 다른 물질을 첨가하여 개질할 수 있습니다.
폴리스티렌 폼은 다양한 경도의 폴리우레탄으로 제작될 수 있으며, 다른 소재도 사용 가능합니다. 열경화성 폴리우레탄 폼이 가장 일반적이지만, 열가소성 폴리머도 존재합니다. 열경화성 폼의 주요 장점은 내화성, 다용도성, 그리고 내구성입니다.
폴리우레탄 폼은 내화성, 경량성, 구조적 및 단열성 덕분에 건설 업계에서 널리 사용됩니다. 튼튼하면서도 가벼운 건축 자재를 만드는 데 사용되며, 건물의 미적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
다양한 가구와 카펫에는 다용성, 비용 효율성, 그리고 내구성 덕분에 폴리우레탄이 사용됩니다. EPA 규정에 따라 초기 반응을 멈추고 독성 문제를 방지하기 위해 폴리우레탄 폼은 완전히 경화되어야 합니다. 또한, 폴리우레탄 폼은 침구와 가구의 내화성을 향상시킬 수 있습니다.
스프레이 폴리우레탄 폼(SPF)은 건물의 에너지 효율과 거주자의 쾌적함을 향상시키는 주요 단열재입니다. 이 단열재를 사용하면 온실가스 배출을 줄이고 실내 공기질을 개선할 수 있습니다.
PU 기반 접착제는 MDF, OSB, 칩보드와 같은 목재 제품 생산에도 사용됩니다. PU는 다재다능하여 방음, 내마모성, 극한 온도 저항성, 곰팡이 방지, 노화 방지 등 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 이 소재는 건설 산업에서 다양하게 활용됩니다.
폴리우레탄 폼은 매우 유용하고 건축 구조의 여러 측면에 사용되지만, 몇 가지 문제점도 있습니다. 최근 몇 년 동안 이 소재의 지속가능성과 재활용성에 대한 의문이 제기되어 왔으며, 이러한 문제를 해결하기 위한 연구가 문헌에서 점점 더 활발해지고 있습니다.
이 소재의 환경 친화성과 재활용성을 저해하는 주요 요인은 생산 과정에서 반응성이 높고 독성이 강한 이소시아네이트를 사용한다는 것입니다. 또한, 다양한 종류의 촉매와 계면활성제를 사용하여 다양한 특성을 가진 폴리우레탄 폼을 생산합니다.
재활용 폴리우레탄 폼의 약 30%가 매립지로 버려지는 것으로 추산되는데, 이는 생분해가 쉽지 않기 때문에 건설 산업에 심각한 환경 문제를 야기합니다. 폴리우레탄 폼의 약 3분의 1은 재활용됩니다.
이러한 분야에서는 아직 개선해야 할 부분이 많으며, 이를 위해 많은 연구에서 폴리우레탄 폼 및 기타 폴리우레탄 소재의 재활용 및 재사용을 위한 새로운 방법을 모색해 왔습니다. 폴리우레탄 폼을 부가가치 용도로 회수하는 데에는 일반적으로 물리적, 화학적, 생물학적 재활용 방법이 사용됩니다.
그러나 현재 고품질의 재사용 가능하고 안정적인 최종 제품을 제공하는 재활용 옵션은 없습니다. 폴리우레탄 폼 재활용이 건설 및 가구 산업에서 실현 가능한 옵션으로 고려되기 위해서는 비용, 낮은 생산성, 그리고 심각한 재활용 인프라 부족과 같은 장벽을 해결해야 합니다.
2022년 11월에 발표된 이 논문은 이 중요한 건축 자재의 지속가능성과 재활용성을 개선하는 방법을 탐구합니다. 벨기에 리에주 대학교 과학자들이 수행한 이 연구는 앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition) 저널에 게재되었습니다.
이 혁신적인 접근법은 독성이 강하고 반응성이 높은 이소시아네이트를 친환경 소재로 대체하는 것을 포함합니다. 이 새로운 친환경 폴리우레탄 폼 생산 방식에서는 또 다른 환경 유해 화학 물질인 이산화탄소가 원료로 사용됩니다.
이 환경적으로 지속 가능한 제조 공정은 물을 사용하여 발포제를 만드는데, 이는 기존 폴리우레탄 폼 가공에 사용되는 발포 기술을 모방한 것으로, 환경에 유해한 이소시아네이트 사용을 성공적으로 배제합니다. 그 결과, 저자들이 "NIPU"라고 부르는 친환경 폴리우레탄 폼이 탄생합니다.
이 공정은 물 외에도 이소시아네이트의 친환경 대안인 고리형 탄산염을 이산화탄소로 전환하는 촉매를 사용하여 기판을 정제합니다. 동시에, 폼은 재료 내의 아민과 반응하여 경화됩니다.
본 논문에서 입증된 새로운 공정은 규칙적인 기공 분포를 가진 저밀도 고체 폴리우레탄 소재를 생산할 수 있도록 합니다. 폐이산화탄소의 화학적 전환을 통해 생산 공정에 필요한 고리형 카보네이트를 쉽게 얻을 수 있습니다. 그 결과, 발포제 형성과 PU 매트릭스 형성이라는 이중 작용이 이루어집니다.
연구팀은 간단하고 구현하기 쉬운 모듈식 기술을 개발했습니다. 이 기술은 쉽게 구할 수 있고 저렴한 친환경 발포재와 결합되어 건설 산업을 위한 차세대 친환경 폴리우레탄 폼을 만들어냅니다. 이를 통해 업계의 탄소 순배출량 제로 달성 노력에 박차를 가할 수 있을 것입니다.
건설 산업의 지속 가능성을 개선하는 데에 대한 단일한 접근 방식은 없지만, 이 중요한 환경 문제를 해결하기 위한 다양한 접근 방식에 대한 연구는 계속되고 있습니다.
리에주 대학교 팀의 신기술과 같은 혁신적인 접근 방식은 폴리우레탄 폼의 환경 친화성과 재활용성을 크게 향상시키는 데 도움이 될 것입니다. 재활용에 사용되는 기존의 고독성 화학 물질을 대체하고 폴리우레탄 폼의 생분해성을 개선하는 것이 중요합니다.
건설 업계가 기후 변화와 자연에 미치는 인류의 영향을 줄이기 위한 국제적 목표에 따라 순 제로 배출(Net Zero) 목표를 달성하려면 순환성 개선을 위한 접근 방식이 새로운 연구의 초점이 되어야 합니다. "평소와 같은" 접근 방식은 더 이상 가능하지 않습니다.
리에주 대학교(2022) 더욱 지속 가능하고 재활용 가능한 폴리우레탄 폼 개발 [온라인] phys.org. 허용 가능:
화학을 활용한 건축(웹사이트) 건설용 폴리우레탄 [온라인] Buildingwithchemistry.org. 허용 가능:
Gadhav, RV et al (2019) 폴리우레탄 폐기물의 재활용 및 폐기 방법: Open Journal of Polymer Chemistry 리뷰, 9 pp. 39–51 [온라인] scirp.org. 허용 가능:
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레그 데이비는 영국 노팅엄에서 활동하는 프리랜서 작가 겸 편집자입니다. AZoNetwork에 기고하는 글은 그가 수년간 관심을 갖고 참여해 온 미생물학, 생물의학, 환경 과학 등 다양한 분야와 관심사를 아우릅니다.
데이비드, 레지널드 (2023년 5월 23일). 폴리우레탄 폼은 얼마나 친환경적일까요? AZoBuild. 2023년 11월 22일 https://www.azobuild.com/article.aspx?ArticleID=8610에서 검색함.
데이비드, 레지널드: "폴리우레탄 폼은 얼마나 친환경적일까요?" AZoBuild. 2023년 11월 22일
데이비드, 레지널드: "폴리우레탄 폼은 얼마나 환경 친화적인가?" AZoBuild. https://www.azobuild.com/article.aspx?ArticleID=8610. (2023년 11월 22일 접속).
데이비드, 레지널드, 2023. 폴리우레탄 폼은 얼마나 친환경적일까요? AZoBuild, 2023년 11월 22일 접속, https://www.azobuild.com/article.aspx?ArticleID=8610.
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게시 시간: 2023년 11월 22일
