초임계 유체를 이용한 실란 가교폴리에틸렌의 탈가교화 반응

Abstract

최근 플라스틱 사용량이 증가하면서 폐 플라스틱의 발생량 또한 증가해 그에 따른 처리 방안이 높은 관심을 받고 있다. 이러한 폐 플라스틱 중 열가소성 수지 외에 가교 결합으로 형성된 열경화성 수지들은 기존의 가열·가압 방식으로는 재활용이 불가능하다. 가교 폴리에틸렌은 폴리에틸렌의 고유한 전기적 안정성, 흡습성, 방수성, 가격 경쟁성, 연신률, 인장강도, 충격강도 등의 물성을 그대로 유지하면서 열적 안정성 과 3차원 구조로 인한 형태 안정성과 점탄성 등의 물성을 지니게 되어 고압 전선 피복용, 단열재, 충전제 등으로 널리 사용되는 범용 열경화성 합성 고분자이다. 하지만, 이 가교 결합으로부터 부여 받은 망상구조로 인한 난성형성과 소성에 의해 재활용이 불가능하여 현재는 분쇄 후 매립하거나 소각하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 가교 폴리에틸렌을 초임계 유체를 이용하여 가교 결합만을 선택적으로 탈가교하여 재활용이 용이한 열가소성 폴리에틸렌으로 환원하는 것을 목적으로 삼았다. 실험은 대표적인 가교 폴리에틸렌 중 실란 가교 ii 폴리에틸렌으로 진행되었다. 또한 최적의 조건을 찾기 위해 퍼옥사이드 가교 폴리에틸렌을 통한 실험도 기초 연구로 진행되었다. 이러한 탈가교화 반응 실험은 용융 염조와 회분식 반응기를 이용해 진행되었으며, 가교화의 척도로 겔 함량을 이용했다. 여러 가지 분석 방법을 통해 가교 폴리에틸렌의 탈가교화 반응의 정도를 알아보고 열적·구조적 분석을 수행하였다. 본 연구의 실험 수행 결과 실란 가교 폴리에틸렌의 물성을 유지한 채, 선택적인 탈가교화 반응이 가능했으며 반응 온도와 반응시간이 가장 주요한 요인 임을 밝혀내었다. 또한 이런 실험 결과들을 토대로 속도식을 도출하였고 반응 속도 상수 k=0.55e^−141.6456/8.414(1/T−1633.15) 와 활성화 에너지 Ea 는 141.6456 (kJ/mol) 였다.