KR100226637B1 - 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조방법 및 그 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수거한 폐폴리에틸렌을 결합제로 하여 압축강도가 높고 내약품성이 우수한 콘크리트를 생산하여 기기의 기초대나 농수용 플륨 및 건축자재 등을 제조함으로써 폐자원의 재활용 및 환경보존에 일조할 수 있는 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 폐폴리에틸렌필름을 소정길이로 절단하고, 상기 절단된 폐폴리에틸렌필름을 대략 200~220℃ 에서 1 차 및 2 차에 걸쳐 용융압축하는 한편, 용융압축된 액상의 폐폴리에틸렌과 모래를 균일하게 혼합하여 생성된 혼합물을 소정크기의 평판으로 사출성형한 후 프레스로 가압하여 소정의 형상으로 성형하여 폴리머콘크리트제품을 생산하게 된다. 이에 의해, 제조되는 제품은 압축강도 등이 우수해 내구성이 뛰어나며, 폐자원의 재생활용이라는 국가적 시책에 부응할 뿐만 아니라, 환경보존에 크게 기여할 수 있어 해당산업분야에서 유용할 것으로 전망된다.

Description

폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조방법 및 그 제조장치

본 발명은 폐폴리에틸렌필름을 재생하여 활용하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 수거한 폐폴리에틸렌을 결합제로 하여 압축강도가 높고 내약품성이 우수한 재료를 생산하여 기기의 기초대나 농수용 플륨 및 건축자재 등을 제조함으로써 폐자원의 재활용 및 환경보존에 일조할 수 있는 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.

보편적으로, 화학공업의 발달에 따라 인류의 일상생활에 없어서는 아니될 필수품이 된 합성수지제품인 비닐은, 많은 장점에도 불구하고 소각시 유독물질의 발생, 자연상태에서의 난분해성 때문에 그 폐기물의 처리가 큰 사회문제로 대두되고 있다. 특히, 비닐중 폴리에틸렌(Polyethylene)은 내수성, 내약품성, 전기전열성이 우수하며 무독성이어서 많은 분야에서 사용되고 있으나, 이를 수거하여 폐기처리하는 데에는 많은 기술적인 문제와 제비용등의 문제 및 환경오염 등의 난제(難題)가 산적되어 있다. 일예로 이러한 폴리에틸렌필름은 농사용으로 널이 사용되고 있으며, 최근에는 이들 필름을 사용후 폐기 처분하는 데 많는 어려움을 격고 있는 실정이다.

따라서, 폐 비닐의 재생 내지 재활용 문제는 단순한 에너지 절약의 차원을 넘어 폐기물 처리의 가장 이상적인 방안으로서 최근 선진 각국의 주요 관심사가 되고 있다.

폐비닐의 재생이용기술은 크게 용융재생법과 용해재생법으로 구분할 수 있다. 용융재생법은 폐비닐을 가열하여 용융상태로 하고 형에 넣어 일정한 형태로 냉각시키는 방법이며, 용해재생법은 용매를 사용하여 폐비닐을 용해하는 방법이다. 이때, 폴리에틸렌은 80~100℃ 에서 용매인 파라핀계 탄화수소에 15% 정도 용해되거나, 용매인 광유(mineral oil)에 3.5% 정도 용해된다. 하지만, 이들 용매를 사용할 경우 그 처리비가 상승하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 열가소성수지인 폐폴리에틸렌 필름을 분쇄용융시켜 결합제로 하여 모래 등의 골재와 혼합한 후 소정형태로 가압하여 압축강도등에서 우수한 폴리머콘크리트제품을 얻음으로써 환경보존은 물론 폐자원의 자원재활용을 도모할 수 있는 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조방법을 제공함에 있다.

또, 본 발명의 다른 목적은 상기 폴리머콘크리트제품제조방법을 구현하여 폴리머콘크리트를 제조하는 장치를 제공하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조방법은 폐폴리에틸렌필름을 소정길이로 절단하는 절단단계와, 상기 절단된 폐폴리에틸렌필름을 대략 200~220℃ 에서 1 차 및 2 차에 걸쳐 용융압축하는 용융압축단계와, 용융압축된 액상의 폐폴리에틸렌필름과 모래를 균일하게 혼합하는 혼합단계와, 상기 혼합단계에서 생성된 혼합물을 소정크기의 평판으로 사출성형하는 사출성형단계 및, 상기 사출성형된 평판을 프레스로 가압하며 소정의 형상으로 성형하여 제품을 생산하는 프레스성형단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조장치는 폐폴리에틸렌필름을 소정길이로 절단하는 절단기와, 상기 절단기에 의해 절단된 폐폴리에틸렌필름을 용융압축하는 용융압축기와, 모래를 저장하는 부재료저장탱크 및 부재료저장탱크로부터 모래를 공급하는 스크류컨베이어를 구비한 부재료공급기와, 상기 스크류컨베이어 및 용융압축기의 배출단과 연결돼 용융압축된 액상의 폐폴리에틸렌 및 모래를 공급받아 균일한 혼합물을 만드는 혼합기와, 상기 혼합기에서 생성된 혼합물을 사출성형기로 공급하는 공급기와, 상기 공급기로 공급된 혼합물을 소정크기의 평판으로 사출성형하는 사출성형기 및, 상기 사출성형된 평판을 소정의 형상으로 성형하는 프레스를 구비하고 있다.

제1도는 본 발명에 따른 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조장치를 평면에서 본 개략도,

제2도는 제1도의 정면도,

제3도는 본 발명에 따른 제조장치에 의해 최종생산되는 성형플륨관의 측면도, 평면도 및 종단면도,

제4도는 제3도에 도시한 플륨관의 사시도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 절단기 11:벨트컨베이어

20 : 투윈익스트루더 30 : 싱글익스트루더

40 : 혼합기 50 : 부재료저장탱크

51 : 스크류컨베이어 60 : 버킷컨베이어

70 : 공급기 80 : 사출성형시

90 : 가열기 100 : 프레스

110 : 냉각기 120 : 롤컨베이어

130 : 순환컨베이어

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명에 따른 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조장치를 평면에서 본 개략도이고, 도 2 는 도 1 의 정면도이다. 이 두 도면들을 병행참조 하여 이하에서는 본 장치의 구조에 대해 상세히 설명한다.

본 장치는 수거된 폐폴리에틸렌필름을 길이 1m 정도로 잘게 절단하는 자동절단기(10)와, 이 절단기(10)에서 일정크기로 절단된 폐폴리에틸렌필름을 용융압축하는 용융압축기를 구비하고 있다. 용융압축기는 절단기(10)에서 공급된 폐폴리에틸렌필름을 1 차 가압용융하는 트윈익스트루더(Twin Extruder)(20)와, 트윈익스트루더(20)에서 1 차 가압용융된 폐폴리에틸렌을 2 차 용융압축하는 싱글익스트루더(Single Extruder)(30)로 구성되어 있다. 특히, 전술한 절단기(10)와 투윈익스트루더(20)사이에는 벨트컨베이어(11)가 배설되어 투윈익스트루더(20)로 절단된 원료를 이송 공급한다.

싱글익스트루더(30)에서 용융과정을 마치고 나온 액상의 폐폴리에틸렌을 모래와 혼합하기 위한 혼합기(40)를 구비하고 있다. 물론, 이 혼합기(40)에는 부재료저장탱크(50)가 연결되어 스크류컨베이어(51)로 모래를 공급받는다. 이와 같은 부재료저장탱크(50)와 스크류컨베이어(51)를 부재료공급장치라 하며, 이렇게 공급된 모래와 액상의 폐폴리에틸렌은 혼합기(40)에서 균일하게 혼합되어 배출된다. 배출된 혼합재료-모래와 폐폴리에틸렌액을 혼합한 것-를 버킷컨베이어(60)에 의해 공급기(Feeder)(70)로 공급된다. 이상 설명한 시스템은 대향하여 한쌍으로 배치되어 있으며, 그러므로 한쌍의 버킷컨베이어(60)에서 공급기(70)로 혼합재료가 이송되게 된다.

본 장치는 또한 공급기(70)에 의해 공급된 혼합재료를 평판으로 압출하는 사출성형기(80)를 구비하고 있다. 이 사출성형기(80)에서 사출된 평판의 혼합재는 가열기(90)에 의해 일정온도로 가열되어 프레스(100)로 보내진다. 프레스(100)에서는 이 평판의 혼합재를 일정형태로 성형하게 된다. 즉, 금형에 의해 농수로용관이나 파이프등으로 성형된다. 성형되어 나온 제품을 냉각하기 위한 냉각기(110)가 그 후부에 배치되어 있으며, 이렇게 제공정을 거쳐 제작된 성형품은 롤컨베이어(120)에 의해 적치장에 적치된다. 물론, 본 장치는 사출성형기(80)에서 사출된 평판의 혼합재를 프레스(100), 가열기(90), 냉각기(110)의 순환이동시키는 동시에 완제품을 롤컨베이어(120)로 이동시켜 외부의 적치공간에 적치하기 위하여 순환컨베이어(130)가 배치되어 있다.

한편, 전술한 부재료저장탱크(50)에는 본 실시예에서는 모래만을 저장하여 사용하고 있으나, 결합제인 폴리에틸렌과 혼합되는 부재료는 골재인 자갈 및 모래를 함께 사용하든지, 그와 더불어 무기안료나 자외선차단기제 등의 다른 첨가제를 추가하여 배합할 수 있다. 또 한편으로, 폐폴리에틸렌필름에 폐석이나 톱밥 등의 부재료를 첨가하여 건축자재를 생산할 수도 있다. 전술한 결합제, 골재의 중량비는 20~40% : 60~80% 가 적정하며, 특히 골재는 모래와 자갈의 중량비가 20~80% : 0~60% 가 적절하다.

도 3 은 본 발명에 따른 제조장치에 의해 최종생산되는 성형플륨관을 나타낸 것으로, 도 3 의 (a), (b), (c)는 각각 측면도, 평면도 및 종단면도이고, 도 4 는 도 3 에 도시한 플륨관의 사시도이다. 이와 같은 형상을 갖는 플륨관은 프레스에 의해 평판의 혼합재를 약 2000Ton 으로 가압하여 성형되는데, 그때 혼합재에 철근들을 일정간격으로 넣어 압인함으로써 폴리머-철근콘크리트성형품을 제조할 수 있다. 이때, 철근은 성형품 내부에 띠형상으로 삽입되어 성형하게 된다.

한편, 프레스의 금형의 형상을 달리 하여 혼합재를 성형함으로써 농수로용플륨(Flume), U형플륨, 도로측구 등의 수로류와, 농업용수로관, 상하수도관, 전선관 등의 파이프류 및, 동력전선형트라후, 철도용트라후 등의 트라후(Trough)와, 배수용, 전력용, 통신용, 가스용의 맨홀과, 하천용, 도로법면용의 호안블럭 및, 차도용, 보도용의 블록들을 본 제조장치를 이용하여 성형제작할 수 있다.

이하, 본 폴리머콘크리트제품제조방법에 대해 상세히 설명한다.

절단기(10)에서 일정길이로 절단된 폐폴리에틸렌필름은 벨트컨베이어(11)에 의해 이송되어 투윈익스트루더(20)로 공급된다. 이 투윈익스트루더(20)에서는 폐폴리에틸렌필름이 1 차용융압축되어 싱글익스트루더(30)로 공급되어 2 차용융압축과정을 거치게 된다. 이때 1, 2 차용융압축은 200~220℃ 에서 진행된다. 이와 같이 용융된 액상의 폐폴리에틸렌은 혼합기(40)에 투입되어 부재료저장탱크(50)에서 스크류컨베이어(51)에 의해 공급된 모래와 일정비율로 균질하게 혼합되게 된다. 이 때, 모래는 유기결합제인 액상의 폐폴리에틸렌에 의해 결합된다. 혼합된 혼합재료는 버킷컨베이어(60)로 공급기(70)에 공급되어 사출성형기(80)를 거쳐 평판으로 사출성형된다. 이 평판은 가열기(90)에 의해 일정온도로 가열되어 프레스(100)로 들어가 금형에 의해 가압되어 소정형상으로 성형되어 나온다. 이렇게 성형된 제품은 냉각기(110)를 거치면서 냉각되어 순환컨베이어(130) 및 롤컨베이어(120)를 통해 적치장(積置場)에 적치된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 열가소성수지인 폴리에틸렌을 결합제로 이용하므로 압축강도, 내화성, 내약품성 등의 성능이 우수한 기기기초대 및 보도블럭 등의 자재를 제작할 수 있는 잇점이 있다. 본 발명은 또한 농업용 멀칭이나 비닐하우스재료로 사용하다가 폐기되는 폐폴리에틸렌필름을 수집하여 결합제로 사용하므로 자원재활용이라는 측면에서 기대되는 파급효과가 매우 크며, 특히 환경적인 측면에서 국가적으로 장려될 것으로 전망된다. 더욱이, 일반적으로 재생이 용이한 고압법 생산방법에 의한 저밀도 폴리에틸렌필름을 재료로 하지 않고, 재생이 비교적 용이하지 않아 폐기가 불가피한 저압법 생산방법에 의한 고밀도 폴리에틸렌필름을 주원료로 하므로 더욱 그 가치가 크다.

Claims (2)

1. 폐폴리에틸렌필름을 소정길이로 절단하는 절단기; 상기 절단기에 의해 절단된 폐폴리에틸렌필름을 200 내지 220℃ 에서 1 차 용융압축하는 트윈익스트루더와, 상기 1 차용융된 폐폴리에틸렌을 200 내지 220℃ 에서 2 차 용융압축하는 싱글익스트루더로 이루어지 용융압축기; 모래를 저장하는 부재료저장탱크와, 부재료저장탱크로부터 모래를 공급하는 스크류컨베이어를 구비한 부재료공급기; 상기 스크류컨베이어 및 용융압축기의 배출단과 연결돼 용융압축된 액상의 폐폴리에틸렌 및 모래를 공급받아 균일한 혼합물을 만드는 혼합기; 상기 혼합기에서 생성된 혼합물을 사출성형기로 공급하는 공급기; 상기 공급기로 공급된 혼합물을 소정크기의 평판으로 사출성형하는 사출성형기; 상기 사출성형된 평판을 소정의 형상으로 성형하는 프레스; 상기 프레스로 공급된 평판의 혼합재를 소정온도로 가열하는 가열기; 상기 프레스에서 성형되어 나온 고온의 성형품을 냉각하는 냉각기; 상기 사출성형된 평판이 성형품으로 성형되도록 프레스, 가열기 및 냉각기를 따라 순환이동시키는 순환컨베이어; 및 상기 성형된 완제품을 외부의 적치장으로 이송적치하는 롤컨베이어로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조장치.
2. 폐폴리에틸렌필름을 소정길이로 절단하는 절단단계 ; 상기 절단된 폐폴리에틸렌필름을 200 내지 220℃ 에서 1 차 및 2 차에 걸쳐 용융압축하는 용융압축단계 ; 상기 용융압축단계에서 용융된 액상의 폐폴리에틸렌액과 모래를 적정비율로 혼합기에 공급하는 단계와, 상기 공급된 혼합물을 혼합기내에서 소정의 비율로 균질하게 혼합하는 단계로 이루어진 혼합단계 ; 상기 혼합단계에서 생성된 혼합물을 소정크기의 평판으로 사출성형하는 사출성형단계 ; 및 상기 사출성형된 평판을 프레스로 가압하여 소정의 형상으로 성형하여 제품을 생산하는 프레스성형단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품제조방법.