신선한 스테이크에서 새 휴대폰에 이르기까지, 사람들이 구매하는 상품은 플라스틱으로 포장되는 경우가 많습니다. 제품 포장 및 보관에 플라스틱이 널리 사용되는 이유가 있습니다. 가볍고 비용 효율적이며 내구성이 강하기 때문입니다. 플라스틱은 손상 없는 상품 운송에 도움이 되므로 음식물 쓰레기를 줄여주고 하자품이 매립지로 가는 이를 막아줍니다.¹

그러나 패키지를 개봉한 이후 플라스틱의 처리는 지속가능성을 위해 반드시 극복해야 할 장애물입니다. 소비자와 정부, 환경학자, 제품 제조업체는 각각의 방식으로 플라스틱 폐기물의 축소를 위해 폴리머 산업에 압박을 가했습니다.

재활용 플라스틱 수지(PCR)를 재사용하는 안은 환경을 위한 플라스틱 폐기물 저감을 목적으로 널리 활용되고 있습니다.² 플라스틱 생산업체는 새로 생산한 수지가 아니라 이미 사용된 포장재로 만든 수지를 사용하여 새로운 플라스틱 용기와 필름, 기타 제품 등을 만듭니다. PCR을 활용하면 폐기된 플라스틱의 수명이 늘어나며, 재활용 기술이 발전하면서 플라스틱은 수차례 재사용할 수도 있습니다.

전 세계적으로 지속가능성의 진전에 대한 폴리머 생산업체의 기여를 강제하는 신규 법안이 입안되고 있습니다. 플라스틱 산업의 규모가 상당한 국가의 경우 향후 10년간 요구되는 PCR 비율이 증가하면서 점진적인 재활용 시행을 채택하고 있습니다. EU와 미국 캘리포니아주, 캐나다, 영국은 2030년까지 신규 플라스틱 제품의 PCR 비율을 각각 30%, 50%, 50%, 30%로 규정하고 있습니다.

분명 PCR의 사용은 단순한 제안에서 플라스틱 생산업체의 필요조건으로 자리매김하고 있습니다. 변화는 필요하지만, 언제나 쉬운 것은 아닙니다. PCR 공급 원료는 배치마다 다를 수 있고, 배치 내에서도 크게 다를 수 있습니다. 뿐만 아니라 앞선 플라스틱 사용에 의한 PCR의 오염 가능성도 있어 수많은 문제를 안고 있습니다.³ PCR 배치의 특성을 평가하고 일관성과 안전성을 모두 갖춘 제품을 생산하려면 제조업체는 어떻게 해야 할까요? 폴리머 생산업체는 PCR 배치를 특성화하고 최적의 성과를 이끌어내기 위해 재료과학으로 눈을 돌리고 있습니다.

원자재로서의 PCR은 사용 가능한 수지로 구성된 후 최종적으로 폴리머 제품으로 제조되기에 앞서 일반적으로 DSC, TGA, 레올로지를 통해 특성화됩니다. 시차 주사 열량계(DSC)와 같은 기법은 재료의 열적 전이와 관련된 온도 및 열 흐름을 측정합니다. 이러한 데이터를 활용하면 용융점, 결정화 속도와 같은 수지의 열적 특성을 평가하고 PCR 내부에 존재하는 다른 폴리머 오염물질을 식별할 수 있습니다. 열중량분석기(TGA)는 온도가 변화하는 가운데 시간 경과에 따른 재료의 질량을 측정합니다. 폴리머 시험의 경우 TGA를 사용하여 수지의 열화를 측정할 수 있습니다. 레올로지는 물질의 흐름에 대한 연구로, 폴리머 수지의 가공성과 상관관계가 있습니다. PCR을 사용하여 폴리머 제품을 제조할 경우 생산업체는 리올로지를 활용하여 시료의 용융 점도와 신장 점도, 점탄성 특성을 시험합니다. 재활용 수지로 작업을 진행할 경우 이러한 기술을 통해 확보한 정보를 활용하여 처리 전에 적절한 양의 첨가제를 추가할 수 있습니다.

수지가 첨가제와 함께 구성되면 PCR이 있는 마스터 배치의 품질과 일관성을 시험합니다. DSC는 이제 수지의 열 안정성을 측정할 수 있으며, 이는 사용된 수지와 첨가제의 혼합에 따라 달라질 수 있습니다. 동적기계분석기(DMA)는 시간, 온도 및 주파수의 함수로 재료의 물성을 측정합니다. 폴리머 과학자는 DMA를 사용하여 제품의 모듈러스와 유리 전이를 측정합니다. 이러한 측정은 제품 강도와 혼합 호환성을 평가하고 실패한 배치를 조사하는 데 도움이 됩니다.

종합하자면, 폴리머 생산업체는 이러한 재료과학 기술을 적용하여 폴리머 제형을 보다 정확하게 파악하기 위해 노력하고 있습니다. 특히 현지 당국이 설정한 목표와 마감 시한을 준수하기 위해 PCR 함량을 확대해야 한다는 점에서 그러한 노력에 더욱 박차를 가하고 있습니다.

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