폐PET 필름의 재생 및 제조: 현황, 기술 및 전망 (1)
전자 산업의 급속한 발전과 함께 폴리에틸렌 테레프탈레이트(애완 동물) 필름은 뛰어난 절연성, 높은 투명성, 우수한 기계적 물성, 그리고 화학적 안정성으로 수많은 전자 제품 제조에 필수적인 역할을 하고 있습니다. 이러한 응용 분야에는 적층 세라믹 커패시터(MLCC), 연성 회로 기판, 액정 디스플레이 등이 있습니다. 그러나 전자 산업의 급속한 성장과 함께 폐 애완 동물 필름 발생량도 날로 증가하고 있습니다. 이러한 폐 애완 동물 필름을 적절하게 처리하지 않으면 막대한 자원 낭비를 초래할 뿐만 아니라 환경에도 심각한 부담을 초래합니다. 따라서 전자 산업에서 폐 애완 동물 필름의 효율적인 재생 및 처리는 전자 산업의 지속 가능한 발전을 촉진하고 자원 부족을 완화하며 환경 오염을 줄이는 데 매우 중요합니다.
전자산업에서 발생하는 폐PET 필름의 발생원 및 특성
다양한 출처
전자 산업에서 폐 애완 동물 필름은 다양한 출처에서 발생합니다.
MLCC 생산: 애완 동물 필름은 유전체 시트를 형성하는 데 사용되며, 제조 후 상당한 가장자리 다듬기와 폐기되는 재료가 발생합니다.
유연 회로 기판 제조: 기판 소재인 애완 동물 필름은 절단 공정, 공정 결함 또는 기타 불완전성으로 인해 폐기물을 생성합니다.
액정 디스플레이(액정표시장치) 제조: 애완 동물 필름은 편광판 및 확산 필름과 같은 구성품에 적용되는데, 생산 중에 결함이 있는 제품과 절단물이 발생하여 폐기물이 축적됩니다.
복잡하고 독특한 특성
일반 애완 동물 필름과 비교했을 때, 전자 산업에서 사용되는 폐 애완 동물 필름은 다음과 같은 뚜렷한 특성을 보입니다.
전자 제품 제조 과정에서 다양한 화학 물질과 특수 가공 기술에 노출되면 금속 불순물, 유기 오염 물질, 다양한 정도의 가교 구조로 인한 오염이 발생할 수 있습니다.
예를 들어, MLCC 생산에서 나오는 애완 동물 폐기물은 세라믹 슬러리와 접촉하여 금속 산화물 입자에 부착될 수 있습니다.
유연 회로 기판의 애완 동물 폐기물에는 리소그래피 및 에칭 공정에서 발생하는 포토레지스트 잔여물과 같은 유기 물질이 남아 있을 수 있습니다.
이러한 복잡한 특성은 폐 애완 동물 필름의 재생 및 제조에 상당한 어려움을 야기합니다.
폐PET 필름 재생 및 제조 기술
물리적 재활용 기술
세척 및 분쇄
세척 공정은 폐 애완 동물 필름에서 표면 먼지, 기름 얼룩, 기타 용해성 불순물을 제거하는 것을 목표로 합니다. 일반적인 세척 방법으로는 알칼리 세척, 산 세척, 유기 용제 세척 등이 있습니다.
알칼리 세척은 기름 얼룩을 효과적으로 제거합니다.
산 세척은 일부 금속 불순물을 용해합니다.
유기용매 세척은 유기 오염물질을 제거하는 데 중요합니다.
파쇄는 세척된 애완 동물 필름을 파쇄기를 사용하여 특정 크기의 조각으로 분쇄하는 과정으로, 후속 처리 공정을 용이하게 합니다. 실제로는 철저한 세척과 균일한 입자 크기를 보장하기 위해 폐기물 필름의 오염 정도와 특성에 맞춰 세척제와 파쇄 장비를 선택해야 합니다.
용융 압출
분쇄된 애완 동물 조각을 녹는점(일반적으로 250~260°C) 이상으로 가열하여 용융물을 형성한 다음, 압출기를 통해 압출한 후 냉각하고 펠렛화하여 재생 애완 동물 펠렛을 생산합니다.
가소제나 산화방지제와 같은 첨가제는 재생 PET의 특성을 향상시키기 위해 종종 사용됩니다. 예를 들어, 가소제는 유연성을 향상시키고, 산화방지제는 열 안정성을 높여줍니다.
그러나 이 공정에서 PET의 분자 사슬 분해가 발생하여 제품 성능이 저하될 수 있습니다. 분해를 최소화하려면 공정 온도, 시간 및 스크류 회전 속도를 엄격하게 제어하는 것이 필수적입니다.
고체 상태 중축합(에스에스피)
SSP는 재생 PET의 분자량과 성능을 향상시키는 핵심 방법입니다. 재생 애완 동물 펠릿은 불활성 가스 분위기에서 녹는점(일반적으로 200~220°C) 이하의 온도에서 열처리됩니다.
SSP를 통해 애완 동물 분자 사슬 간의 중합반응이 일어나 분자량이 증가하여 재생 PET의 강도와 내열성이 향상됩니다.
과제로는 처리 시간이 길고 장비의 기밀성과 온도 제어 정밀도에 대한 엄격한 요구 사항이 있습니다.
화학 재활용 기술
알코올 분해
알코올 분해는 촉매 하에서 폐PET 필름을 알코올(예: 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜)과 반응시켜 PET를 비스(2-하이드록시에틸) 테레프탈레이트(베트)와 같은 단량체 또는 올리고머로 분해하는 것을 포함합니다.
에틸렌 글리콜 알코올 분해를 예로 들어 보겠습니다. 반응 온도는 아세트산아연이나 테트라부틸티타네이트와 같은 촉매를 사용하여 180~220°C로 조절됩니다. 반응 후, BHET는 여과 및 증류를 통해 분리되고, 애완 동물 재합성을 위해 정제됩니다.
이 방법은 불순물을 효과적으로 제거하여 고순도 재생소재를 얻지만, 혹독한 반응 조건과 내식성 장비가 필요합니다.
가수 분해
가수분해는 고온 고압 하에서 물을 이용하여 폐PET 필름을 테레프탈산(학부모회)과 에틸렌글리콜로 분해하는 방법으로 산성, 알칼리성, 중성 가수분해로 구분됩니다.
산성 가수분해: 강산(황산, 염산 등)을 촉매로 사용하여 반응 속도는 빠르지만 장비 부식이 심각합니다.
알칼리 가수분해: 강염기(예: 수산화나트륨, 수산화칼륨)를 사용하여 생성물을 쉽게 분리하지만 후속 중화가 필요합니다.
중성 가수분해: 산/염기 촉매 없이 고온/고압에서 작동하며, 환경 친화적이지만 조건이 더 엄격하고 장비 투자가 더 많이 필요합니다.
가수분해는 PET를 완전히 분해하여 애완 동물 합성에 직접 사용할 수 있는 제품을 생산하지만, 에너지 소모가 많고 분리/정제 공정이 복잡하다는 단점이 있습니다.
열분해
열분해는 산소가 없거나 산소가 부족한 환경에서 폐 애완 동물 필름을 고온(400~600°C)으로 가열하여 방향족 화합물(벤젠, 톨루엔, 자일렌) 및 올레핀/알케인과 같은 작은 분자로 열 분해를 일으킵니다.
열분해 생성물은 화학 원료로 활용될 수 있으며, 이를 통해 폐 애완 동물 필름의 에너지 기반 재활용이 가능합니다. 그러나 복잡한 제품 혼합물은 분리/정제에 어려움을 야기하며, 유해 가스의 경우 완벽한 테일가스 처리 시스템이 필요할 수 있습니다.
새로운 재활용 기술 탐색
전기 촉매 재활용
최근 몇 년 동안 전기 촉매 재활용이 주목받고 있습니다. 예를 들어, 상하이 교통대학교의 자오 이신 교수가 이끄는 연구팀은 전기 촉매 기술을 사용하여 상온 상압에서 애완 동물 가수분해물 내 에틸렌 글리콜을 포름산으로 선택적으로 전환하는 동시에 양극에서 수소를 공동 생산했습니다.
이 기술은 재생 전력을 에너지원으로 사용하여 폐 애완 동물 필름의 자원 전환을 위한 새로운 경로를 제공합니다. 전극 재료 및 반응 조건을 최적화하면 효율과 선택성을 향상시킬 수 있습니다.
현재 전기촉매 재활용은 실험실 연구 단계에 머물러 있으며, 산업화를 위해서는 전극 안정성과 대규모 시스템 설계와 같은 기술적 과제가 남아 있습니다.
생분해와 합성의 결합
일부 미생물은 PET를 분해하는 효소를 분비합니다. 이러한 미생물이나 효소를 이용하여 폐 애완 동물 필름은 작은 분자로 분해되고, 이 분자들은 생합성되어 애완 동물 또는 기타 바이오 기반 소재로 만들어집니다.
이 접근법은 환경 친화성과 온화한 반응 조건 등의 장점을 제공하지만, 생분해 속도가 느리고 생합성 조절이 복잡하다는 단점이 있습니다. 아직 탐색 단계에 있으며, 미생물 대사 메커니즘과 생합성 공정 최적화에 대한 심층적인 연구가 필요합니다.
전자 산업에서의 재생 PET의 응용
부분적 순수 재료의 대체
일련의 가공 과정을 거쳐 재생 PET의 특성이 크게 개선되어 전자 산업에서 기존 애완 동물 소재를 어느 정도 대체할 수 있게 되었습니다. 재생 PET는 일반 전자 포장재 및 일부 전자 기기의 케이스와 같이 성능 요건이 상대적으로 낮은 전자 제품 부품에 널리 사용되어 왔습니다.
예를 들어, 재생 PET로 만든 특정 전자 제품의 포장 상자는 비용을 절감할 뿐만 아니라, 신규 자원에 대한 의존도도 낮춥니다.
전자 장치 케이스를 제조할 때 적절한 보강재와 첨가제를 첨가하면 재생 PET가 강도와 내열성 요건을 충족하여 케이스의 친환경 제조를 실현할 수 있습니다.
새로운 응용 분야로의 확장
재생 PET의 특성이 지속적으로 개선되고 혁신됨에 따라 전자 산업에서 그 응용 범위가 점차 확대되고 있습니다. 웨어러블 기기 및 플렉서블 전자 기기와 같은 신흥 전자 분야에서 재생 PET는 뛰어난 유연성과 가공성으로 인해 중요한 기초 소재로 자리매김할 것으로 기대됩니다.
예를 들어, 유연한 회로 기판 기판이나 디스플레이 보호 필름과 같은 웨어러블 기기의 구성 요소에서 재생 애완 동물 소재는 그 장점을 활용하여 가볍고 지속 가능한 제품 개발을 달성할 수 있습니다.
한편, 전자파 차폐 성능이 요구되는 전자소자에서는 재생 PET에 특수 처리(예: 전도성 필러 첨가)를 가하여 개질함으로써 전자파 차폐 기능을 갖는 소재를 제조할 수 있어 재생 PET의 적용 범위가 확대되고 있다.
