Bio Polyolefins (PE/PP/PVC) 고분자공학 6 조
목차 CONTENTS 1 Bio Polyolefins 2 Bio PE/PP/PVC 3 Degradability
Bio Polyolefins 기존 Polyolefins & Problems Principle of Bio Polyolefins History of Bio Poyolefins
Polyolefins (PE / PP / PVC) Polyolefins 올레핀 ( 이중결합을 1 개가진사슬모양탄화수소화합물 ) 의중합으로생기는고분자화합물. 가장가벼운플라스틱 / 투명성매우우수 / 시장비율높음
기존 PO 문제점 PE / PP PE / PP- 대부분중국수출 중국내 PE/PP 자급률향상 ( 중국 CTO/MTO project) / PP 자급률 2011 년 72% 에서 2020 년에는 90% 이상
기존 PO 문제점 PVC 열분해의경우염화수소가스와다이옥신이발생
기존 PO 문제점 PVC 자연분해경우 1000 년이상소요
기존 PO 문제점 공통 Gas Based PO 합성은다량의 CO2 를배출
총플라스틱수요 시장에서 PO 의비율 PE는 38%, PP는 26%, PVC는 17% 차지 Poly Olefin(PE, PP, PVC) 81% 차지 비율이높은만큼기존플라스틱문제점해결에대한핵심
Bio-PO Basic info Bio based/ Non bio degradable 이산화탄소절감 물성이기존 PO 동일
Principle of Bio-PO 리그노셀룰로즈 리그노셀룰로즈는목질 비목질. (lignocellulosic) / 식물의주요구조성분 결론을넣어주세요.
Principle of Bio-PO 변환과정 이온성액체이용 ( [Bmim][Cl], [Amim][Cl] ) 바이오매스전체를용해 Anti-solvent 를이용하여 Biomass 재구성 필름, bead, 섬유, 나노입자등의다양한형태로발전
History of Bio-PO BRF BRF : 바이오매스자원을원료로 변환공정을통해바이오생산품을 생산하는파일럿 공급원료에따른세대별분류
History of Bio-PO 국외 2000 : 리그노셀룰로스계잔여물 ( 목재 ) 투입피롤리시스변환, 분리 / 프랙션에이션공정을통해바이오폴리머생성 [ 미국 Ensyn 사 ] 2004 : 투입물 (ex. 리그노셀룰로즈잔여물 ) 에서산출물 ( ex. 바이오물질 ) 생성 [ 덴마크 Inbicon 파일럿시설 ] 2009 : 식물성오일, 기타생분해성유기잔여물에서바이오물질생성 [ 네덜란드 Greenmills 파일럿시설 ] 2012 : 바이오폐기물에서가스화공정을통해바이오물질생산 [ 영국 Ineos Bio]
History of Bio-PO 국내 아직산업으로큰발전을이루진못했지만계속적인연구를하고있음. 2012 : 연세대김지현교수, 한국생명공학연구원윤성호선임연구원 - 대장균에서플라스틱에쓰이는물질을추출하면생분해되는바이오플라스틱제조가능 2016 : KAIST 이상엽교수 - 시스템대사공학 을창안해세균을이용한휘발유및플라스틱원료생산기술을개발
Bio PE/ PP/ PVC Bio Polyethylene Bio Polypropylene Pros & Cons Bio PVC
Bio-PE Bio-PE Bio-Based Poly Ethylene Braskem 회사에서대량생산시작 (2010) Bio-PO 중가장먼저상업화 Bio-PO 시장에서가장큰비중차지
Bio-PE 사탕수수 PE 사탕수수의설탕을결정화 & 분리 남은당밀을여러번더짜냄 당밀찌꺼기에미생물을넣어발효 에탄올가스가발생 Dehydration 후일반 PE 와동일하게중합
Bio-PE Use of Bio-PE Gas-Based PE 와비슷한내구성을가짐 Beverage, cosmetics, retailing 등 다양한분야의포장재로이미상용화
Bio-PE Use of bio-pe Flexible Packaging Rigid Packaging
Bio-PE Use of Bio-PE HDPE Blow Molding HDPE Injection Molding LLDPE Film
Bio-PP 연구배경 Bio-PE 이후 Bio-PP 연구 30000 metric tonnes/year ~2013 Bio-PP를위한공장설치 포장산업 target
Bio-PP 구조적특징 Backbone 에 methyl group 일반적으로 isotactic Tough and flexible 충격에잘버팀
Bio-PP 생산공정 1) Biochemical Production 공급원료 : 사탕수수 사탕수수로부터 ethanol 을얻어원료를공급하는방법
Bio-PP 생산공정 2) Thermochemical Production 공급원료 : Syngas 를만들수있는다양한 biomass 비용 : Biochemical production << Thermochemical production
Bio-PP Main Use 자동차의경량화 ( 자동차도입확대 ) 차량경량화를통한배기량감축 고품질차량부품생산 식품및음료산업의지속가능한플라스틱. 주요성장촉진요인.
Bio-PP 시장동향 시장조사 5.1% 의연평균성장률로성장 2025년 5070만달러예측 전세계적으로성장
Bio-PP 시장동향
Bio-PP 시장동향
Bio-PE / PP 장점 Performance Drop-In bio based plastics Fossil based polymers = Bio based polymers Chemically Technical Properties
Bio-PE / PP 장점 탄소중립 식물및바이오매스원료 대기중의이산화탄소흡수해성장 폐기후화학분해시 대기중의이산화탄소총량증가 X
Bio-PE / PP 장점 Bio PE Bio PP 기존폴리프로필렌 : 1470g/kg 폴리프로필렌 50% 를탄소중립인바이오매스로대체하는경우 1860/2 = 930g/kg.
Bio-PE / PP 장점 Example 생산에너지감소 Green House Gases : 흡수
Bio-PE / PP 장점 석유자원절감 Bio PE 1kg 당 1.2kg 의 oil resource 절감 유가변동영향 X 100% Recyclable 이중결합 X C.H 로만구성된안정한물질 재사용가능 : Mechanically 비식용계자원이용 옥수수찌꺼기. 겨이용 식량자원사용문제개선
Bio-PE/PP Mechanical Recycling 1 플라스틱, 포장재수거 2 공장에서동일한물질끼리분류및세척 3 Remelting / Granulation 3 폐기물재생연료 4 New Product!
Bio-PE / PP 단점 Cost? Gas-based에비해생산비용이 50% 높음 BUT production volume의증가 비용절감가능 Environment? 플라스틱수거과정필요 If not, Wasted & 소각 Environmental problems 생분해의필요성
Bio-PVC Solvay Indupa Bio-Based Poly Vinyl Chloride Solvay Indupa에서대량생산계획 60,000 tonnes of ethylene from Sugar cane 과 Salt로 PVC 제조계획 기존 PVC 만들때생성되는프탈레이트와비소페놀의생성량을줄일수있음 생산비용이높아상용화되지않음
Degradability Oxo PE/PP Oxo PVC PE-TPS blends
Oxo-PE / PP Oxo-Bio degradable 고분자 작은유기화합물 (Ketone, Alcohol, Carboxylic acid, Waxes, etc.) 촉매 (metal salt) 이용 분해촉진 분해까지 2~18 개월소요 : 외부환경에따라다름
Oxo-PVC NEXQO NEXQO가 Oxo-biodegradable PVC를 2015년에개발 박테리아와진균류가풍부한환경에서는 5년이내분해가능 산소가없는조건에서도메탄가스생성없이생분해가능
Oxo-PVC NEXQO 기존 PVC 카드 기존 PVC 와 Oxo-PVC 의가격에차이가거의없음
Oxo-PVC 한계및보완 한계및보완 Oxo-PVC는주로 PVC 플라스틱카드제작에만사용 사용범위가넓은기존 PVC의완벽대체는어려움 대안책필요 - PLA (LG 하우시스지아마루 : PVC 장판을옥수수로만든 PLA를이용하여대체 ) - 에코젠 (Bio-copolyester, 식품포장용기에주로사용 ) - Bio-PE( 필름 ) 로대체
PVC 미생물분해 저분자량의 PVC는백색부후균으로생분해가능 물리적절단 : High MW Low MW 백색부후균사진
PE 생분해 Ⅰ. Hydophilicity TPS Blend Plasticizer Ⅱ. 사슬길이감소 물리적절단 미생물분해
PE-TPS blends
PE-TPS blends 생분해가능성有
PE-TPS blends
PE-TPS blends 물성감소小
Plasticizer External Plasticizer : Weakly Polar 첨가시친수성증가 미생물침투용이 분해가능한친환경 Plasticizer 이용 :
Reference M. D. Samper-Madrigal, O. Fenollar, F. Dominici, R. Balart, J. M. Kenny, The effect of sepiolite on the compatibilization of polyethylene thermoplastic starch blends for environmentally friendly films, 2014, Journal of Materials Science, Vol. 50, p. 863-872 Ambika Arkatkar, J. Arutchelvi, M. Sudhakar, Sumit Bhaduri, Parasu Veera Uppara and Mukesh Doble Approaches to Enhance the Biodegradation of Polyolefins, 2009, The Open Environmental Engineering Journal vol.2, p68-80 Aamer Ali Shah. Fariha Hasan, Abdul Hameed, Safia Ahmed, Biological degradation of plastics: A comprehensive review, Biotechnology Advances 26 (2008) 246 265 폐기물재활용실적및업체현황 : 폐기물종류별재활용현황 (2001~2015), 한국환경공단 고분자과학과기술 27(5), 2016.10, 484-493 (10 pages) Ed de Jong, Adrian Higson, Patrick Walsh, Maria Wellisch Biofuels, Bioprod. Bioref. 6:606 624 (2012) 이온성액체를이용한바이오폴리머기반의소재개발및생명공학분야로의응용, 이상현박태준, KSBB Journal 2010. 25: 409~420 바이오에너지케미컬동시생산시스템바이오리파이너리의동향, 김성호김길훈 http://dongascience.donga.com/news.php?idx=-5510880 korean.alibaba.com (PVC 가격 )
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