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Environment

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

doi: 10.3791/61064 Published: June 7, 2020

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

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글로벌 폐기물 발생량은 사상 전반적으로 크게 증가했으며, 조치가취해지지않는 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 값은2가없습니다. 유럽연합(EU)에서는 건설 및 철거 폐기물(CDW)의 양이 전체 폐기물발생량 의약 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 세계1에서발생했습니다. 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 지표를설정했습니다 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 혁신7에따르면 WPC의 첨가제는 재생 가능한 소스를 기반으로 할 수 있습니다. 또한, 원료의 원천은 생태학적으로 기술적으로 우수한 대안8인재활용(비처녀) 물질을 재활용할 수 있다. 예를 들어, 연구자들은 CDW를 포함하는 압출 된 WPC를 연구했으며 CDW 기반 복합재료의 특성이 허용 가능한수준 9에있음을 발견했습니다. 재활용 원료를 WPC의 구성 요소로 활용하는 것도 여러 평가에서 입증된 바와 같이 환경 측면에서도 허용됩니다. 전반적으로, WPC 생산에서 CDW를 활용하면 CDW관리(10)의환경적 영향을 줄일 수 있다는 것이 입증되었다. 또한, WPC에서 재활용 폴리프로필렌(PP) 플라스틱을 사용하면 지구온난화(11)를줄일 수 있는 가능성이 있는 것으로 나타났다.

사용 가능한 재활용 폴리머의 양은 미래에 증가 할 것이다. 글로벌 플라스틱 생산량은 연평균 약 9% 증가했으며, 향후12일부터는 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 프로그램4와관련이 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 달라집니다14. 그러나, 재활용 플라스틱의 사용은 낮은호환성(15)으로인해 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.

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Protocol

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1. 식별 및 사전 처리

  1. 1600-2400 nm의 스펙트럼 범위에서 휴대용 근적외선 (NIR) 분광법 도구로 플라스틱의 폴리머를 식별합니다. 분광법 도구를 사용하여 폴리머에 접촉하고 측정된 반사도에 의해 폴리머를 결정하십시오.
    1. 분광법의 식별 곡선에 따르면 실험실의 화면에서 식별 결과를 분석합니다.
  2. 식별 결과에 따라 폴리머 사이에 재료를 정렬하고 각각의 가중치를 측정합니다.
    참고: 측정된 식별 결과에 따라 재료가 정렬되고 가중치가 적용되었습니다. 추가 처리를 위해 선택된 중합체는 각각 27.1, 14.2 및 44.7 kg의 양을 가진 ABS, PE 및 PP이었다.
  3. 분쇄기 장치로 실험실 조건에서 선택한 플라스틱 재료에 대한 크기 감소를 수행합니다. 해머 충격의 기계적 힘으로 재료를 분쇄하는 장치에 수집 및 식별 된 재료를 배치합니다.
    1. 10~20mm 의 체 크기를 갖춘 분쇄기/분쇄기 장치가 장착된 단일 샤프트 파쇄 시스템을 사용하여 플라스틱 재료를 분쇄합니다.
    2. 플라스틱 조각을 5mm 체로 장착한 저속 분쇄기로 피사체를 장착합니다. 재료가 균일한지 확인합니다.
  4. 복합재료의 재질량을 측정합니다. 레시피를 예로 제시하고 이러한 물질을 상대적인 양의 플라스틱, 목재, 커플링 제, 윤활유(각각 64, 30, 3 및 3wt%)로 제시한다.
    참고: 이 연구에서 3개의 다른 복합재를 공부했습니다. CDW의 재활용 플라스틱 폴리머는 ABS, PP 및 PE였습니다. 복합재료의 필러는 건조된 가문비나무종(Picea abies)크기로 제조된 목재 밀가루로 분쇄 장비를 사용하여 크기를 줄이고 균일한 크기(20mm 메쉬)를 위해 체로 하였다. 커플링 제및 윤활제의 상업용 첨가제가 사용되었습니다. 준비된 재료의 조성및 이름은 표 1에표시됩니다.
물자 폴리머
/ 금액
나무 Ca 루브르 (주)
CDW-ABS ABS / 30 64 3 3
CDW-PP PP / 30 64 3 3
CDW-PE PE / 30 64 3 3

표 1: 연구된 물질의 구성. 시료의 이름은 포함 된 매트릭스 구성 요소, 재활용 아크릴로니톨 부타디엔 스티렌 (ABS), 폴리 프로필렌 (PP), 및 건설 및 철거 폐기물 (CDW)에서 폴리에틸렌 (PE)로 구성된다. 목재, 커플링 에이전트(CA) 및 윤활유(Lubr.)의 양은 모든 샘플에서 동일하였다.

2. 크기 감소 처리 후 압출 기술로 WPC 재료의 처리

  1. 식별되고 미리 처리된 물질을 다음(응집) 처리 단계로 더 가깝게 옮길 수 있습니다.
    주의: ABS의 플라스틱 재료에는 스티렌 성분이 포함되어 있습니다. 암에 대 한 연구에 대 한 국제 기구는 스티렌은 "아마도 인간에 게 발암 성"이라고 간주합니다. 따라서 촬영에 응집 단계가 포함되지 않았지만 그 과정은 이 작품에 설명되어 있습니다. 또한, PP 또는 PE 중합체만이 촬영 중에 압출 생산에 사용되었다.
  2. 재질의 응집을 수행합니다.
    1. 상기 공정의 모든 구성요소(폴리머, 목재, 커플링제 및 윤활제)를 터보믹서와 쿨러로 구성된 장치에 혼합한다. 재료의 온도가 200 °C에 도달 할 때까지 터보 믹서의 재료를 응집합니다. 온도와 마찰의 결합된 효과로 인해 응집 처리 과정 후에 과립 물질이 형성되었습니다.
    2. 터보믹서 처리 후 재료를 쿨러 장치에서 4-7분간 냉각시하십시오.
  3. 공정에서 물질을 배출하고 응집된 물질을 수집합니다.
  4. 응집-처리된 물질을 다음 공정 단계(압출)로 옮기다.
    1. 압출 기의 제어판을 클릭하고 올바른 매개 변수를 확인합니다. 평균 배럴 및 공구 온도는 각각 167과 181°C, 및 183 및 207°C 사이를 변화시다. 용융 온도는 164에서 177 °C 사이이고 다이 압력은 3.7 과 5.9 MPa 사이였습니다. 재활용 재료가 이기종이기 때문에 매개 변수를 조정하고 공정은 전문적인 제어가 필요합니다.
    2. 15kg/h 재료 출력으로 원적 카운터 회전 트윈 스크류 압출기로 부품을 화합물로 만듭니다. 재질의 매개 변수는 표 2에표시됩니다. 압출 공정 후, 복합재료의 프로파일 재료가 생성되었다.
물자 배럴 T °C 공구 T °C 녹는 T °C 녹아
압력(바)
먹이
속도(kg/h)
평균 나사
속도 (rpm)
CDW-ABS 181 ± 11.9 189 ± 14.7 177 50 15 14
CDW-PP 170 ± 10.4 207 ± 8.62 164 37 15 15
CDW-PE 167 ± 8.51 183 ± 10.1 164 59 15 13

표 2: 복합 재료의 매개 변수 처리. ('±' 마크 이후의 값은 표준 편차를 나타냅니다. 평균 참조 = 평균)

3. 생산된 재료의 샘플링 및 특성 분석

  1. 실험실에서 기계적 특성 테스트를 위한 샘플을 준비합니다.
    1. 기계(예: 슬라이딩 테이블 톱)로 압출된 프로파일에서 샘플을 잘라냅니다. 굴곡, 인장 및 충격 강도의 세 가지 크기 표본이 테스트에 필요합니다.
    2. EN 1553416의권고에 따라 해당 표준에 따라 테스트 샘플의 크기를 결정합니다. 표준에 따르면, 최소 5개의 시편을 테스트하지만 평균 값의 정밀도가 더 클 경우 측정 횟수가 5개 이상일 수 있다.
  2. 표준 EN 31017에따르면 굴곡 특성 테스트를 위한 압출 된 재료로부터의 시험 샘플을 보았다.
    1. 800mm x 50mm x 20mm(길이, 너비, 두께)의 슬라이딩 테이블 톱을 샘플에 대해 다음과 같은 치수를 사용합니다.
    2. 굴곡 특성(강도 및 계수)의 분석을 위해 20개의 샘플을 제조합니다.
  3. 표준 EN ISO 527 218에따르면 인장 특성 시험을 위한 압출 된 재료로부터의 시험 샘플을 보았다. 150mm x 20mm x 4mm(길이, 너비, 두께)와 같은 크기로 재료를 잘라내기 위해 슬라이딩 테이블 톱을 사용합니다.
    1. 컴퓨터 수치 제어(CNC)를 통해 멍청한 벨 모양을 가공하기 위한 재질 포근을 설정합니다. 좁은 부분에서 샘플의 폭은 10mm였고, 시료의 단면 표면적은 4mm x 10mm였으며, 여기서 인장 응력이 해결되었다. 좁은 부분의 길이는 60mm였고 반경이 60mm인 둥근 구석으로 끝납니다.
    2. 인장 특성(강도 및 계수)을 분석하기 위해 20개의 샘플을 만듭니다.
  4. 표준 EN ISO 179-119에따르면 충격 강도 테스트를 위한 압출 된 재료로부터의 시험 샘플을 보았다.
    1. 80mm x 10mm x 4mm(길이, 너비, 두께)와 같은 치수로 샘플을 잘라내기 위해 슬라이딩 테이블 톱을 사용합니다. 충격 강도 특성 분석을 위해 20개의 샘플을 만듭니다.
  5. 표준 EN ISO29120에 따라 시험 재료를 23°C 및 50% 상대 습도 조건 챔버로 이동하여 일정한 질량에 도달할 때까지 이동합니다. 재료 특성 테스트 전에 샘플이 조건부인지 확인합니다.
  6. 테스트(플렉서블, 인장 및 충격)를 수행합니다. EN 31017 및 EN ISO 527-218 표준에 따라 테스트 기계로 굴곡 및 인장 강도 테스트를 통해 시편의 기계적 특징을 각각 결정합니다.
    1. 시험 장치를 사용하여 20개의 샘플 각각에 대한 굴곡 강도 및 계수 테스트를 수행합니다. 2점의 지지에 굴곡 테스트 샘플을 설정하고 15N의 사전 하중과 10mm/min의 테스트 속도로 테스트 장치를 제어하는 컴퓨터 프로그램에서 테스트 시작을 클릭하여 시료 의 중심에 하중을 적용합니다. 결과를 기록한 후 테스트가 자동으로 중지됩니다. 지원 도구에서 테스트 샘플을 제거하고 도구에 새 샘플을 설정합니다.
      1. 20개의 샘플이 테스트되고 프로그램의 결과가 등록될 때까지 반복 절차를 반복합니다. 컴퓨터 프로그램은 테스트의 평균 결과를 계산합니다.
        참고: 테스트 장치에 대해 테스트 도구가 변경되는 동안 프로토콜은 여기에서 일시 중지할 수 있습니다.
    2. 20 가공 (바보 종 모양) 샘플에 대한 인장 강도와 계수 테스트를 수행합니다. 테스트 도구 사이에 인장 테스트 샘플을 설정하고 시험 중에 샘플이 공구에 보관되는 공압 클램프를 부착합니다. 컴퓨터 제어판에서 테스트를 시작하여 10N의 사전 부하와 2mm/min의 테스트 속도를 높이고 테스트 시작 직후 확장 미터 도구를 부착합니다.
      참고: 확장 미터 도구는 샘플의 인장 계수를 측정합니다. 결과가 기록된 후 각 테스트가 자동으로 중지되었습니다.
      1. 각 테스트 후 도구에서 테스트 샘플을 제거하고 도구에 새 샘플을 설정합니다. 모든 샘플에 대한 절차를 반복합니다. 컴퓨터 프로그램은 평균 결과 값을 계산합니다.
    3. 표준 EN ISO 179-119에따르면 충격 테스터를 사용하여 충격 강도 테스트를 수행하십시오. 지지대 사이에 10mm x 4mm 크기의 샘플(너비, 두께)을 설정하고, 힘을 재설정하고, 5kpcm의 충격 망치를 방출한다.
      참고: 해머의 충격과 흡수에너지의 양으로 인한 충격 강도 테스트 샘플이 파열되어 테스터 표시기에서 볼 수 있습니다.
      1. 결과를 기록하고 20개의 샘플에 대해 반복한 다음 충격 강도의 평균 값을 계산합니다. 기록된 결과는 "kpcm" 단위로, 이는 줄(J)으로 변경되었고, 그 결과는 평방 미터당 킬로줄로 제시되었다.
        참고: 충격 강도 테스트에서 샘플 지지체(시료의 접촉 선 사이의 거리)의 범위는 62mm 또는 두께의 20배였습니다.
  7. 도 1, 도2 및 그림 3에표시되는 기계적 테스트의 결과를 분석합니다.

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Representative Results

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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 표준 편차를 오류 표시줄로 포함하여 재료의 굴곡 강도(20측정의 평균)를 막대 차트로 제시합니다. 가장 높은 굴곡 강도 값은 매트릭스에 재활용 ABS 폴리머를 함유한 재료로 달성되었다. 거의 합동 고강도 품질은 재활용 PE 폴리머가 매트릭스에 사용되는 재료에서 달성되었다. 가장 낮은 굴곡 강도는 매트릭스에 재활용 PP 폴리머를 함유한 재료로 달성되었다. 도 1은 또한 강도 특성과 동시에 측정된 재료의 굴곡 계수에 대해 유사한 결과를 제시한다. 그러나, 재활용 된 ABS와 PE 폴리머는 강도 테스트에서와 같이 합창 결과를 가지고 있지만, 굴곡 계수 결과는 달랐다. 재활용 된 PE 재료는 재활용 ABS 폴리머의 가치에 비해 계수 값이 현저히 낮습니다.

Figure 1
그림 1: 연구된 재료의 굴곡 특성.
굴곡 강도는 단색 채워진 막대(빨간색, 녹색 및 파란색)에 제시되며 플렉소럴 계수는 패턴이 채워진 막대에서 동일한 색상을 사용하여 제시됩니다. 표준 편차는 오류 막대로 설명됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 2는 오류 표시줄로 표준 편차를 포함하여 막대 차트로 인장 강도 및 계수(20측정에서 평균)를 나타낸다. 재활용 된 ABS와 PE가 사용되는 재료는 거의 일치하는 인장 강도 결과를 가지고 있지만 재활용 ABS가 사용되는 재료에 대한 표준 편차가 높았습니다. 가장 약한 인장 강도는 매트릭스에서 재활용 PP 폴리머를 포함하는 물질을 달성하였다. 인장 계수의 결과는 재활용 ABS 폴리머와 함께 최고의 계수를 달성한 굴곡 계수의 결과와 일치시켰습니다.

Figure 2
그림 2: 연구된 물질의 인장 특성.
인장 강도는 단색 채워진 막대(빨간색, 녹색 및 파란색)에 제시되고 인장 계수는 패턴이 채워진 막대에서 동일한 색상을 사용하여 제시됩니다. 표준 편차는 오류 막대로 설명됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3은 표준 편차를 오류 표시줄로 포함하여 재료의 충격 강도 특성(20측정의 평균)을 막대 차트로 표시합니다. 재활용 ABS와 PP 폴리머의 충격 강점은 거의 동일한 수준에 있었지만, 이 연구에서 가장 큰 충격 강도 특성을 가진 재활용 PE 폴리머로 더 큰 충격 강도를 달성했습니다.

Figure 3
그림 3: 연구된 재료의 충격 강도 특성.
충격 강도는 솔리드 컬러 채워진 막대에 표시되며 표준 편차는 오류 막대로 설명됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

ABS 폴리머는 3개의 단량체로 이루어져 WPC 내에서 유리한 행동을 증가시킬 수 있습니다. 예를 들어, 아크릴로니톨 성분은 강도를 기여하며, 부타디엔 성분은 충격 저항에 기여하며, 스티렌 성분은 강성을 기여한다. PE 기반 WPC는 북미에서 가장 큰 시장 점유율을 차지하며 손톱, 나사 및 톱을 쉽게 볼 수 있습니다. 그러나 PE는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 같은 다양한 폴리머 형태로 제조되며, 이는 서로 다른 특징을 가지고 있다. PP 기반 WPC는 시장 점유율이 상대적으로 작다는 사실과 일치하는이 연구에서 가장 약한 속성을 가지고 있었습니다. 폴리에틸렌에 비해 몇 가지 우수한 특성을 가지고 있지만, 가볍고 강해지는 등,폴리에틸렌(21)보다더 부서지기 쉽다.

전체적으로, 복합재료의 재활용은 생태학적으로 바람직한통로(8)이며,재활용폐플라스틱은 복합재료에 적합한 원료로, 컴피시빌리저(22)를 이용하여 성능을 향상시킬 수 있다.22 다양한 기계적 특성에 대한 이유는 재료의 조성에 기인할 수 있으며, 특히 커플링 에이전트는 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. WPC에서 재활용 폴리머의 기계적 특성은 호환성제로 개선되었지만 그 효과는 사용되는 제제와 구조의 양에 크게 의존하여중고제(23)사이에큰 변화를 일으킨다. 이전 연구에 따르면 PP 기반 WPC의 최고 성능은 이 연구에서 사용되는 양과 일치하는 3%레벨24의컴피처라이저 양으로 달성되었다고 합니다. 따라서 사용되는 커플링 에이전트는 에이전트 수준보다 더 문제가 있을 수 있습니다. 그러나, 일반적으로 최적화된조건(25)에서커플링 제제가 사용될 때 WpC의 기계적 성능이 향상되는 것으로 받아들여진다.

각 폴리머는 재료에 개별적인 특징을 가지며, 폴리머의 분리가 올바른 첨가제로 WPC의 가치를 증가시킨다는 것을 보여줍니다. 앞으로는로차(26)와 로사(26)의새로운 연구에서 나타난 전분 껌과 같이 재활용 폴리머 복합재에 대한 새로운 친환경 대체 결합제가 수요를 충족시키는 데 사용될 수 있다. 또한 플라스틱의 재사용은 경제적의미가 있어야 하며, 따라서 미래의 조치가 필요합니다.

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Discussion

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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 충분한보강(25)을나타내는 데 사용되는 용어이다. 재료의 특성 외에도 원료의 품질은 WPC의 성능에 중요한 요소입니다. 특히 재활용 원료가 사용되는 이 연구에서는 원료에 많은 관심을 기울였습니다. 이 연구는 건설 현장마다 다를 수 있는 CDW에서 공급되는 재료를 사용했으며, 이러한 변동성은 다른 연구의 비교에서 중요한 요소입니다. 따라서 균일한 제품 품질을 보장하는 표준화된 테스트에 따라 재료를 연구해야 합니다.

굴곡 테스트에서 WPC 재료는 하중 베어링 측의 압축 응력을 경험하고 반대쪽 끝에 인장 응력을 경험합니다. 시험 방법은 실제 사용시 압출 된 프로파일의 굴곡 특성을 보여주는 목재 기반 패널 (EN 310)의 표준을 기반으로합니다. 굴곡 성 시험은 재료에 대한 압축 (상부 표면) 및 인장 (아래쪽) 응력을 유발하므로 압출 (중공) 프로파일이 대칭적이는 것이 중요합니다. 시료의 치수가 더 작은 굴곡 특성(예: 표준 EN ISO 17827)에대한 또 다른 시험은 사용되는 압출 프로파일에 대한 실제 가치를 산출하지 않지만 중공 프로파일의 효과 없이 재료의 특성을 분석합니다. 결과에 영향을 미치기 때문에 지원 범위 간에 표준화된 거리를 사용하는 것이 중요합니다. 굴곡 강도는 지지 범위에 선형적으로 의존하며, 지지 범위가 증가하면하중(28)의비례 감소가 발생한다.

일반적으로, 인장 계수는 목재섬유(25)내의 PP 폴리머함량이 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 우리는 결합제와 같은 첨가제를 포함한 재료의 조성이 이 물질에 최적이 아니라고 가정할 수 있다. 인장 테스트 샘플의 두께 사이의 가장 높은 변화는 0.94 mm; 이러한 변화는 샘플의 체결이 중요한 단계임을 나타냅니다. 테스트 기계에는 다양한 샘플 두께로 불필요한 힘을 유발하는 공압 패스너가 포함되어 있습니다. 따라서 공압 패스너가 결과를 왜곡하지 않도록 힘 측정은 인장 테스트의 시작 시 재설정되어야 합니다. 또는 샘플링 단계에서 균질성 테스트 샘플을 제조하여 이러한 문제 해결을 제거할 수 있습니다.

충격 강도 테스트는 순간적인 변형을 측정하기 때문에 재료의 다른 기계적 특징을 보여 주며, 다른 대부분의 테스트는 재료의 장기 변형을 측정합니다. 목재 섬유의 함량이 증가하여 충격강도(25)를감소시킨다. 샘플의 치수는 모든 테스트에서 측정되어야 하며 측정 장치(예: 캘리퍼 또는 마이크로미터 사용시 압축력)를 사용하는 연구자 간에 변형이 있을 수 있습니다. 따라서 동일한 사람이 모든 테스트에서 샘플의 치수를 측정하여 측정에서 사람의 오류를 배제하는 것이 중요합니다. 수정 기술로 또 다른 옵션은 압축을 위한 순간을 포함하는 장치를 사용하는 것입니다. 또한, 시험 분위기는 연구된 특성에 영향을 미칠 수 있다. 이 연구에서는, 모든 연구된 시험은 동일 조건하에서 수행되었습니다, 그래서 대기의 효력은 유사하고, 모든 시험에 대한 일치 효력이 있었습니다. 향후 응용 프로그램으로, 시험은 분위기가 안정될 것으로 설정된 방에서 수행 될 수있다.

WPC는 목재 및 폴리머와 같은 적어도 두 개의 재료로 구성되어 있기 때문에 표준의 선택을 복잡하게 만들 수 있습니다. 예를 들어, 목재 재료뿐만 아니라 폴리머 재료에 적합한 표준이 있을 수 있으며, 이는 연구에 적합한 표준의 선택에 한계를 야기할 것이다. 표준 조직은 셀룰로오스 기반 재료 및 열가소성 재료로 만든 복합재료에 대한 테스트 방법이 특징인 표준(EN 15534-1:2014+A1:2017)을 발표했습니다. 이 표준은 유럽 표준을 따르는 연구원들이 연구에서 보편적인 방식으로 행동할 수 있도록 합니다. 연구원의 상당 부분이 결과의 비교에 있는 문제를 일으키는 원인이 될 또 다른 표준 (예를 들면, ASTM 국제)를 따르는 경우에 합병증이 생길 수 있습니다. 향후 개발은 전 세계적으로 표준이 유효한 단일 표준 조직일 수 있습니다.

WpC의 표준은 속성의 측정을위한 자세한 지침을 포함하지만, 이들의 해석은 연구원 마다 다를 수 있습니다. 연구 기관 간의 벤치마킹은 운영 방법을 통합할 수 있지만 연구 조직이 기밀 정보를 다루는 제한된 기관이므로 허용되지 않을 수 있습니다. 따라서 이러한 종류의 시각적으로 설명된 작업은 테스트 관행이 더 많은 사람들에게 보편적이며 오해의 가능성을 제한합니다.

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Disclosures

Circwaste 프로젝트는 재료 의 생산을 위한 EU로부터 재정적 지원을 받습니다. 콘텐츠 에 반영된 견해는 전적으로 프로젝트 자체이며 EU 위원회는 해당 의견을 사용할 책임이 없습니다.

Acknowledgments

저자는 LUT 대학과 폐기물에 대한 생활 IP에 의해 조정 된 LUT RESOURCE (자원 효율적인 생산 공정 및 가치 사슬) 연구 플랫폼의 지원을 인정 - 핀란드의 순환 경제를 향해 (LIFE-IP CIRCWASTE-핀란드) 프로젝트 (LIFE 15 IPE FI 004). 이 프로젝트에 대한 자금은 EU 라이프 통합 프로그램, 기업 및 도시에서 받았습니다.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

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References

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목재-폴리머 복합 특성에 대한 건설 및 철거 폐기물 플라스틱 분획의 효과
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Lahtela, V., Hyvärinen, M., Kärki, T. The Effect of Construction and Demolition Waste Plastic Fractions on Wood-Polymer Composite Properties. J. Vis. Exp. (160), e61064, doi:10.3791/61064 (2020).More

Lahtela, V., Hyvärinen, M., Kärki, T. The Effect of Construction and Demolition Waste Plastic Fractions on Wood-Polymer Composite Properties. J. Vis. Exp. (160), e61064, doi:10.3791/61064 (2020).

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