열중량분석을 이용한 폐폴리에틸렌 열분해 특성연구

Characterization on Pylolysis of Watste Polyethylene by using Thermogravimetric Analysis

본 연구에서는 폐플라스틱의 열분해 유화를 위한 기초연구로서 폐플라스틱 중 5대 범용플라스틱인 LDPE, HDPE, PP, PVC, PS 중 그 중에서도 특히 가장 많이 사용되는 LDPE와 HDPE의 기초물성 및 열분해특성을 각각 조사하였다. 세종시의 자동집하장과 그 외 지역의 발생원에서 직접 수거한 폐플라스틱 중 LDPE(Low Density Polyethylene), HDPE(High Density Polyethylene)를 조사했다. 두 가지 시료의 특성을 파악하기 위해 발열량을 측정하였고, ThermogravimetricAnalysis(이하 TGA)를 이용하여 Friedman 모델식을 적용하여, 활성화에너지, 반응차수 및 빈도인자를 계산하여 반응속도식을 도출하였다. LDPE와 HDPE의 측정발열량은 각각 8084.3, 7936.3kcal/kg이었다. 두 시료를 TGA를 이용하여 30℃~800℃까지 승온속도 5, 10, 20, 30℃/min로 각각 측정한 결과 LDPE는 350에서 열분해가 시작돼 400℃ 부근에서 열분해가 끝나며 99%이상 가스화가 일어났으며, HDPE의 경우 역시 350~400℃ 부근에서 열분해가 일어났다. LDPE에 비해 HDPE는 약 2%가량 잔유물이 남았다. 또한 Friedman 모델식을 이용해 각각의 활성화에너지(E)를 계산한 결과 LDPE는 193~314kJ/mol이었으며, HDPE의 경우 146~250kJ/mol인 것으로 계산되었다. 얻어진 활성화에너지를 이용하여 두 시료의 승온속도 5℃의 반응속도식을 구한 결과 LDPE의 반응차수(n) 0.56이었으며 빈도인자(A)는 2.15×1023이었고, HDPE의 반응차수(n)은 0.61이었으며 빈도인자(A)는 6.36×1016으로 계산되었다. 이를 통해 폐폴리에틸렌의 열분해속도에 대한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.