- PVC(Polyvinyl Chloride)는 건축용 배관·창호, 전선 피복, 바닥재, 필름 등 다양한 분야에 사용되는 대표적인 범용 플라스틱입니다. 그러나 PVC는 PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌)와 달리 염소를 함유하고 있고 열에 민감하기 때문에 재활용 과정에서 특별한 관리가 필요한 플라스틱입니다.
- PVC 재활용의 핵심적인 특징을 살펴보면 다음과 같습니다.
① 염소 함량이 높다
PVC의 가장 큰 특징은 고분자 자체에 염소(Cl)가 포함되어 있다는 것입니다. PVC의 이론적인 염소 함량은 약 57 wt%이며, 나머지는 주로 탄소와 수소로 이루어진 부분입니다. PVC가 열을 받으면 고분자 사슬에서 염화수소(HCl)가 빠져나오는 탈염산(Dehydrochlorination) 반응이 일어납니다.
② 열에 민감하다
PVC는 PE나 PP에 비해 열안정성이 낮아 비교적 낮은 온도에서도 반복적인 가열·용융 과정에서 열화가 발생하기 쉽습니다. PVC가 가열되면 탈염산 반응에 의해 HCl이 방출되고 고분자 사슬에 이중결합이 형성됩니다. 이 반응이 계속되면 PVC가 황색에서 갈색, 검은색으로 변색되고 물성리 저하되며 될 수 있으며, HCl에 의한 설비 부식 등의 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 PVC 재활용에서는 단순히 “녹일 수 있는 온도”만을 관리하는 것이 아니라,가열온도 + 체류시간 + 열이력 + 열안정성을 함께 고려해야 합니다.
③ 제품마다 첨가제 조성이 다르다
PVC 제품은 PVC 수지만으로 만들어지는 것이 아니라 제품의 용도와 요구되는 물성에 따라 다양한 첨가제가 사용됩니다. 대표적으로 열안정제, 가소제, 충격보강제, 윤활제, 충전제, 안료 및 기타 기능성 첨가제 등이 사용됩니다. 특히 경질 PVC와 연질 PVC는 첨가제 조성이 크게 다릅니다. 예를 들어 배관이나 창호와 같은 경질 PVC에는 높은 강성과 내구성이 요구되는 반면, 전선 피복이나 필름 등 연질 PVC에는 유연성을 부여하기 위해 가소제가 사용됩니다. 따라서 서로 다른 제품에서 회수한 PVC를 무조건 혼합하여 재활용하면 최종 제품의 물성과 가공 특성을 일정하게 유지하기 어려울 수 있습니다. 또한 과거 PVC 제품에는 현재 사용이 제한되거나 관리가 강화된 납계 열안정제나 일부 프탈레이트계 가소제 등이 사용된 사례가 있습니다. 따라서 오래된 건축자재나 소비 후 폐PVC를 재활용할 경우에는 단순한 재질 선별 뿐만 아니라 제품의 사용 시기와 첨가제 이력, 오염 여부 등을 고려하는 것이 중요합니다.
- PVC를 올바르게 재활용하기 위해서는 다음 세 가지로 정리할 수 있습니다.
① PVC를 다른 플라스틱 및 이물질로부터 얼마나 정확하게 분리할 것인가
② 열처리 과정에서 탈염산과 열화를 어떻게 최소화할 것인가
③ 기존 첨가제와 열이력을 고려하여 어떻게 다시 배합하고 제품화할 것인가
즉, PVC 재활용의 품질은 재활용 공정 자체뿐 아니라 폐기물의 선별과 원료 관리에서부터 결정됩니다.
- 폐PVC의 재활용 방법은 크게 다음과 같이 생각할 수 있습니다.
폐PVC → 선별·분리 → 재질 및 제품별 분류 이후 폐기물의 상태와 품질에 따라 크게 다음과 같은 기술이 적용될 수 있습니다.
- 기계적 재활용
폐PVC를 선별·분리한 후 파쇄, 세척, 분쇄 등의 과정을 거쳐 다시 용융·성형하여 제품 또는 재생원료로 사용하는 방법입니다. 현재 PVC 재활용에서 실무적으로 가장 중요한 방법이며, 비교적 깨끗하고 조성이 일정한 폐PVC를 회수할수록 경제성과 재생제품의 품질을 확보하기 유리합니다. 특히 배관, 창호, 전선 피복 등 특정 제품군에서 발생하는 폐PVC는 원료의 성상이 비교적 명확하기 때문에 기계적 재활용에 유리할 수 있습니다.
- 용매·화학적 재활용
기계적 재활용이 어려운 폐PVC를 대상으로 용매를 이용하여 PVC를 선택적으로 용해·분리하거나, 화학적 처리를 통해 PVC 또는 유용한 화학원료를 회수하는 방법입니다. 이러한 방법은 폐PVC의 고순도 분리 또는 첨가제 제거 등의 측면에서 가능성이 있지만, 용매 회수, 공정비용, 에너지 소비 및 대규모 상용화 경제성 등을 함께 고려해야 합니다.
- 열화학적 재활용
폐PVC를 열분해 등의 열화학적 공정을 이용하여 처리하는 방법입니다. PVC는 열분해 과정에서 먼저 탈염산이 일어나기 때문에 HCl 처리가 매우 중요한 과제가 됩니다. 따라서 PVC의 열화학적 재활용에서는 단순히 “열분해하여 기름이나 가스를 얻는다”는 접근보다는, 탈염산 → HCl 회수·처리 → 탄화수소계 성분의 후속 처리와 같은 공정 설계가 중요합니다.
- 현재 실무적으로는 생활폐기물로 배출되는 PVC계는 재활용이 어렵고 상대적으로 산업체에서 배출되는 품질이 좋은 폐PVC의 기계적 재활용이 우선적으로 고려되고, 기계적 재활용이 어려운 혼합·오염 폐PVC에 대해서는 용매·화학적 또는 열화학적 재활용 기술의 적용 가능성이 개발·검토되고 있다고 이해하는 것이 적절합니다.
- PVC와 열분해·소각의 관계
PVC는 열분해나 소각을 할 수 없는 플라스틱이라는 의미는 아닙니다. 다만 PVC에 포함된 염소 때문에 열적 처리 과정에서 HCl이 발생할 수 있다는 점이 다른 플라스틱과 구별되는 중요한 특징입니다. PVC를 열분해하면 발생한 HCl이 반응기와 후단 설비의 부식을 유발할 수 있고, 촉매를 사용하는 공정에서는 촉매 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 또한 생성물에 염소가 잔류하면 후속 공정에서 추가적인 정제·처리가 필요할 수 있습니다.
소각의 경우에도 PVC 자체가 소각 불가능한 것은 아닙니다. 적절한 소각시설에서는 연소 과정에서 발생하는 HCl을 배출가스 처리설비를 통해 중화·제거할 수 있습니다. 다만 염소를 함유한 폐기물을 처리하기 때문에 HCl에 의한 부식과 특히 연소과정에서 다이옥신류 발생 농도가 증가하기 때문에 연소조건, 산소농도, 온도, 체류시간, 냉각조건 및 배출가스 처리조건, 비산재 및 잔재물 등의 관리가 더욱 요구됩니다.
- 현재 국내에서 폐PVC 재활용의 중심을 이루고 있는 기계적 재활용을 중심으로, 폐PVC의 선별·분쇄·세척·재생·배합 및 제품화 과정과 기술적 한계에 대해 자세히 알아볼 예정입니다.