바이오폴리머 기술의 발전

2023년 4월 19일

10:33

2050년까지 최초의 탄소 중립 대륙이 되겠다는 EU의 야망과 같은 환경적 과제는 부직포 산업에 중요하며, 새로운 소재의 도입에는 소재, 섬유, 화학 및 기계 엔지니어의 참여와 협력이 필요합니다. NIRI의 전문 다학문 팀의 응용 연구의 자연스러운 영역인 NIRI의 최고 기술 책임자인 Steven Neill은 바이오폴리머 기술의 개발을 살펴보고 재정적 위험을 낮추면서 새로운 물질을 상업적으로 실행 가능하게 만드는 데 도움이 되는 프로토타입 규모의 실험실 시설을 강조합니다.

전 세계적으로 CO2 배출을 줄이려는 요구에는 폴리머 생산, 부직포 생산, 변환 및 제품 조립 공정, 제품 수명 종료 문제에서 발생하는 요구가 포함됩니다. 제조업체가 다양한 생산 요소에 집중해야 하는 의무가 점점 더 커지고 있습니다. 원자재 선택, 재생 에너지로의 전환 및 전체 에너지 사용량 감소는 중요한 관심사입니다. 마찬가지로, 제조 공정 중 소비자 사용 전 폐기물 처리는 물 집약적인 공정을 줄이고 폐수 관리를 더 잘 처리하려는 노력과 함께 생산 문제를 시급하게 만들고 있습니다. 생산과 함께 제조업체는 재사용을 포함하여 장기적인 제품 수명주기를 고려해야 할 의무가 점점 더 커지고 있습니다. 재료를 재활용하여 생산 주기로 되돌리거나 재료를 자연 생태계로 되돌리는 것입니다.

이러한 맥락에서 화석 연료 유래 소재에서 대체 소재로의 전환은 부직포의 변화를 이끌고 있지만 새로운 소재를 기존 가공 기술에 적용하거나 현재 가공 기술을 새로운 소재에 적용하는 등 다양한 과제를 안고 있습니다. 바이오폴리머의 성장과 발전은 다양한 분야에 적용할 수 있는 화석 연료 유래 플라스틱에 대한 명확한 대안을 제시합니다. 천연 형태의 바이오폴리머는 역사 전반에 걸쳐 사용되어 왔습니다. 주로 동물, 식물 또는 광물 기반의 천연 섬유 및 결합제입니다. 그러나 섬유/필라멘트 형성을 위한 대체 바이오폴리머를 살펴보면 현재 다음과 같은 다양한 옵션을 사용할 수 있습니다.

각 옵션에 적합한 웹 형성 기술은 카딩, 에어레이잉, 웨트레이잉, 멜트블로잉, 스펀본딩 등 다양합니다. 이는 모두 잘 확립된 프로세스이지만 모든 부문이나 제품 라인에 새로운 재료를 도입하는 데에는 큰 과제가 있습니다. 기존 장비를 사용하여 문제 없는 가공과 새로운 재료의 변환을 달성하는 것이 그러한 과제 중 하나입니다. 현재의 대안적 접근 방식은 문제 없는 처리를 달성하기 위해 기존 장비를 조정하는 것입니다. 어떤 경로를 추구하든 새로운 소재가 상업적으로 실행 가능하려면 대체할 소재와 제품의 사양과 성능 요구 사항을 충족해야 합니다.

필요한 특성을 지닌 재료를 두 재료의 장점을 결합한 혼합물로 결합하는 것은 이러한 문제를 극복하고 원하는 성능을 얻기 위한 한 가지 옵션입니다. 대안으로, 원료 준비 또는 가공 중에 공정 또는 성능 첨가제를 추가할 수 있습니다. 블렌딩은 폴리머 준비 단계(컴파운딩)에서 수행할 수 있으며, 카딩, 에어레이잉 또는 웨트레이잉 전에 다양한 섬유 유형을 혼합합니다. 웨트레이잉에서는 공정 첨가제를 섬유 슬러리에 첨가할 수 있고, 분말과 같은 비섬유 형태의 성능 강화제는 섬유 레이다운 공정 중에 또는 형성된 웹에 첨가할 수 있습니다.

이러한 공정 옵션을 살펴보면서 Neill은 실험실 기술에 대한 NIRI 투자의 중요성을 강조합니다. "NIRI의 실험실은 가공성을 평가하고, 가공 및 성능 첨가제와 폴리머 조합을 탐색하고, 바이오폴리머 압출을 위한 공정 조건을 최적화하기 위한 프로토타입 규모 장비를 고유하게 갖추고 있습니다. 필라멘트, 스펀바운드, 멜트블로운 부직포.