화학뉴스

아사히카세이(Asahi Kasei)가 폐기된 CFRP(Crabon Fiber Reinforced Plastic)에서 연속섬유로 탄소섬유를 리사이클하는 기술을 개발했다.
독자적인 전해유황법을 활용해 매트릭스 수지를 물과 이산화탄소(CO2)로 분해하고 탄소섬유에 데미지를 입히지 않고 회수한 것으로 대상 수지는 에폭시수지(Epoxy Resin)를 포함한 열경화성 수지이며 열가소성 수지에도 적용이 가능한 것으로 알려졌다.
단섬유는 인장강도가 신규생산 섬유에 비교해도 손색이 없을 정도임이 확인됐으며 소형탱크에서 기술을 확인하고 있어 조만간 대형탱크에서 실증을 진행하고 자동화 기술을 개발해 실용화 가능성을 높일 방침이다.
현재 개발하고 있는 UD(1방향 강화) 테이프 등 탄소섬유 중간기재와 맞추어 리사이클 탄소섬유를 활용할 수 있는 방안도 모색할 계획이다.
프로젝트는 일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO)의 2021년판 에너지‧환경 신기술 선도 연구 프로그램의 자동차용 탄소섬유 순환경제 및 프로그램 연구개발(R&D)로 선정돼 2023년 3월까지 지원을 받고 있다.
CFRP 리사이클은 기존에 섭씨 600도 전후에서 수지를 가열하는 열분해법으로 주로 실시했으나 탄소섬유가 손상되고 물성이 저하되는 단점이 있었다.
이에 따라 질산, 황산 등을 사용해 탄소섬유에서 매트릭스 수지를 분리시키는 방법이 개발됐으나 대응 가능한 수지가 소수이고 단섬유로만 리사이클이 가능해 컴파운드나 부직포 등 용도가 한정됐다는 지적을 받았다.
반면, 아사히카세이가 개발한 전해유황법은 황산을 전기분해할 때 생성되는 산화성 활성종이 매트릭스 수지를 물과 이산화탄소로 분해하고 섬유 물성을 저해하지 않은 채 회수가 가능한 것이 특징이다.
100-150도 정도 열로 반응시킬 수 있어 에너지 소비량이 적으며 사용한 황산을 회수해 재이용하는 것도 가능할 뿐만 아니라 대응 불가능 수지가 컴포짓으로 사용할 수 없는 불소수지 정도이기 때문에 사실상 모든 컴포짓에서 강화섬유를 연속섬유로 리사이클 가능한 것으로 평가되고 있다.
그동안 소형 CNG 탱크에서 프로세스를 확인한 것으로 알려졌다.
CFRP 탱크는 일반적으로 가장 바깥층에 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic) 층이 존재하나 역시 리사이클이 가능한 것으로 파악된다.
섬유를 감아서 빼며 표면층에 있는 수지를 분해하는 방법이기 때문에 속도에 따라 다르지만 잔존 수지가 거의 없는 상태로 만들 수 있다.
아사히카세이는 신기술 실용화를 위해 현재 장력을 조정하면서 자동화 공정을 개발하고 있으며 나일론(Nylon) 용도 개척의 일환으로 개발하고 있는 탄소섬유 중간소재와의 시너지도 검토하고 있다.
현재까지 함침성, 탄소섬유와의 친화성이 우수한 특수 나일론을 사용해 UD 테이프, 부직포 등 중간소재를 개발한 것으로 알려졌다.
UD 테이프는 사출 방식인 인서트 성형이나 와인딩, 랜덤 촙 소재 프레스 성형용 등으로 제안할 예정이며 기존에 신규생산 탄소섬유로 개발했으나 리사이클 탄소섬유를 활용하는 방안을 검토하고 있다.
UD 테이프를 가공할 때 배출되는 단재를 부직포 소재로 활용하는 방법을 고안하는 등 폐자재를 최대한 배출하지 않는 프로세스 제안에 주력하고 있으며 UD 테이프를 인서트함으로써 기존에 유리 강화한 수지 소재를 비강화로 전환한다면 경량화가 가능할 것으로 기대하고 있다. (K)