KR100227305B1 - 폐합성수지 성형물의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 폐합성수지를 이용한 성형물의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 폐합성수지에 결합제를 부가하여 서로 상이한 성질의 수지들이 용융과정에서 용이하게 혼련되어 균일한 성질과 높은 강도를 가질수 있도록 하는 폐합성수지를 이용한 성형물의 제조방법에 관한 것이다.
국민 생활수준 향상과 더불어 증가되고 있는 폐합성수지 쓰레기는 현재 전국에서 1일 약 1만톤 연간 약 350만톤의 엄청난 량이 발생하는데 폐합성수지 쓰레기의 재활용율은 5미만이며, 95이상이 매립이나 소각으로 처리되고 있는 실정이다.
이렇게 재활용율이 낮은 이유는 폐합성수지 원료의 성분 및 색상에 따라 한종류씩 분리하고 세척한 후에야 처리가 가능하였기 때문이다.
분리단계나 세척단계없이 처리하는 경우 합성수지의 성질이 그 원료, 즉 수지나 첨가제의 종류에 따라 전부 다르기 때문에 융점이 서로 다르고 용융뒤에도 성질이 서로 달라 잘 섞이지 않게 된다. 따라서, 혼련도 어려울뿐만 아니라 기계적인 힘을 가해 혼련시켜 압출시킨 후에도 균일한 성질을 가지지 않아 표면이 균일하지 못하며, 성형물의 성질 또한 균일하지 않으므로 강도면에서 떨어지는 단점이 있었다. 또한, 여러 가지 수지가 불균일하게 혼합됨으로 인해서 최종 성형품의 뒤틀림 등의 현상이 일어나는 문제점도 있었다.
따라서 분리 및 세척단계를 거쳐야만 했는데 이러한 분리는 폐합성수지의 종류가 엄청나게 다양하므로 거의 불가능한 실정이었고, 세척으로 인한 2차적인 수질오염마저 일으킬 우려가 있었다.
예를 들어, 폐합성수지를 이용하여 거푸집 등의 건축자재나 침목 등의 성형물을 제조하는 방법이 한국 특허공보 제96-11322호 등에 게재되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 공지기술에서의 폐합성수지를 이용한 성형물의 제조 방법에서는, 상기한 바와 같이, 여러 가지 수지를 함께 용융시켜 압출시키는 것이 불가능하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 성질이 균일하고 강도가 우수한 폐합성수지 성형물 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 폐합성수지의 세척 및 선별, 분리과정이 필요없는 폐합성수지 성형물의 제조방법을 제공하는 것이다.
제1(a)도는 본 발명의 실시예에 의해 제조된 평판의 표면 SEM 사진.
제1(b)도는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 평판의 표면 SEM 사진.
제1(c)도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의해 제조된 평판의 표면 SEM 사진.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은 폐합성수지 70 내지 90중량와 활석, 석탄회, 맥반석, 소석회, 백토흙, 황토흙 및 뻘흙으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 결합제 10 내지 30중량를 각각 100메쉬 이상으로 분쇄한 다음, 50 내지 70rpm의 교반속도로 교반시키면서 150내지 300의 온도범위에서 용융시키고, 압출성형시키는 것을 특징으로 하는 폐합성수지 성형물의 제조방법에 의해 달성된다.
이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 사용되는 폐합성수지의 종류에 관계없이 세척이나 선별, 분리과정 없이 그대로 사용된다. 본 발명에는 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴/스티렌(AS), 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌(ABS), 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아미드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리페닐렌에테르, 폴리에텔렌테레프탈레이트. 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리테트라플루오로에틸렌 등의 열가소성 폐합성수지와, 페놀수지, 에폭시수지, 디아릴프탈레이트수지, 불포화 폴리에스테르수지, 멜라민수지, 우레아수지 등의 열경화성 폐합성수지가 사용된다.
본 발명에 사용되는 폐합성수지는 모든 종류의 폐합성수지를 포함할 뿐만 아니라 다소 오염된 폐합성수지도 포함한다. 따라서, 같은 종류의 합성수지로 분리하는 별도의 선별공정이나 세척공정이 요구되지 않으므로 시간 및 경제적인 면에서 매우 바람직하다.
상기 폐합성수지의 사용량은 최종 성형물의 전체 중량에 대하여 70 내지 90중량로 사용된다. 90중량를 초과하면 최종 성형물의 뒤틀림등이 발생하여 안정성에 문제가 있으며, 70중량미만이면 경도 및 강도와 같은 기계적 성질이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명에 사용되는 결합제는 서로 다른 성질을 가진 여러종류의 수지가 용융혼련과정 및 성형과정에서 균일하게 혼합되어 성형될 수 있도록 하여 최종 제품의 뒤틀림 등을 방지하고 안정성 및 기계적 성질을 향상시킨다. 따라서, 상기 결합제를 함유하는 최종 성형물은 우수한 기계적 성질을 갖게 된다.
본 발명에 사용되는 결합제는 석탄회, 맥반석, 소석회, 백토흙, 황토흙, 뻘흙 및 점토로 이루어진 군으로부터 선택되며, 둘 이상의 결합제를 함께 사용할 수도 있다. 결합제는 성형물의 용도 등을 고려하여 선택된다.
예를 들어, 상기 석탄회는 경제적인 측면에서 바람직하며, 맥반석이나 황토흙은 인체에 유효한 원적외선을 방사하는 효능이 있으므로 온돌용 평판재의 성형시 부가하는 것이 바람직하다.
상기 결합제의 사용량은 최종 성형물의 전체중량에 대하여 10 내지 30중량가 바람직하며, 10중량미만이면 최종 성형물의 뒤틀림 등이 발생하여 안정성에 문제가 있으며, 30중량를 초과하면 경도 및 강도와 같은 기계적 성질이 저하되는 문제점이 있다.
상기 폐합성수지 및 결합제는 교반 및 용융공정을 고려하여 100메쉬 이상으로, 바람직하게는 200메쉬 이상으로 분쇄하여 사용하는 것이 바람직하다.
또, 최종 성형물의 용도에 따라 일반 플라스틱 및 건자재 등에 첨가되는 첨가제를 상기 조성물에 첨가할 수 있는데, 상기 첨가제의 사용량은 상기 성형물 100중량부에 대하여 약 30중량부 이하이다.
본 발명에 사용될 수 있는 첨가제로는 가교제, 개질제, 난연제, 산화방지제, 안료, 및 자외선 방지제 등이 있으며, 상기 폐합성수지나 결합제와 마찬가지로 분말형태로 첨가되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 첨가제는 최종 성형물의 물성, 예를 들어, 강도, 경도, 비중, 내산화성, 난연성의 향상 및 노화방지 등을 목적으로 사용된다.
첨가되는 첨가제의 종류는 성형물의 용도 및 요구되는 성질에 따라 달라지며, 예를 들어 보도블럭용으로 제조되는 경우에는 안료가, 온돌용 평판인 경우에는 난연제등이 첨가된다.
본 발명의 폐합성수지를 이용한 성형물의 제조과정을 설명한다. 먼저, 폐합성수지를 파쇄한 후 다시 분쇄하고 결합제는 분쇄기를 사용하여 분쇄한 후, 필요한 첨가제를 혼합하여 교반한다. 50 내지 70rpm의 교반속도로 교반하면서 150 내지 300의 온도범위에서 용융시킨 다음, 압출기에서 압출성형시킨다.
교반 및 용융은 별도의 교반기나 용융기를 사용하지 않고 압출기에서 일련의 과정으로 진행하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 용융온도가 150미만이면 완전 용융되지 않는 수지들이 존재하여 최종 성형물의 물성에 악영향을 미치며, 300에서 모든 열가소성 폐합성수지들이 용해된다. 그리고, 열경화성 폐합성수지등은 결합제와 첨가제의 대용으로 사용하므로 열가소성 수지와 열경화성 수지의 비율은 중량비로 9:1 정도가 바람직하다.
또한, 상기 교반속도는 폐합성수지와 결합제의 혼합 및 분산을 위해 상기 범위를 유지시켜야 하며, 수지나 결합제의 양 및 용융온도 등을 고려하여 선택한다.
성형은 압출성형이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 성형물의 용도와 형태에 따라 사출성형 또는 취입(blowing)성형등과 같은 방법으로 성형할 수도 있다.
성형물의 형태는 용도에 따라 달라지며, 예를 들어, 하수관 등의 용도에 사용하는 경우 파이프형태로, 또, 온돌용 건자재나 거푸집등으로 사용하는 경우 평판(Sheet)형태로 성형된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
폐합성수지 혼합물(폴리에틸렌 150, 폴리프로필렌 150, 폴리스티렌 150, 폴리염화비닐 150, 폴리아미드 150, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 150)900을 3길이로 파쇄하고 100메쉬로 분쇄하였다. 여기에 멜라민 수지 25과 FRP 25을 100메쉬로 분쇄하여 가하고 100메쉬의 소속회 50을 가했다. 이 혼합물 1톤에 1의 검정색 안료를 가해 압출기에 넣고 60rpm의 속도로 교반하였다. 압출기의 온도를 250로 가열하여 완전히 용융시킨 후 폭 30, 두께 3로 압출하여 종이관(지관)파이프 제조하듯이 돌려(회전) 덧포개감으로 직경 150, 두께 15의 관 형태로 압출성형하였다. 인장강도, 압축하중을 측정하고 및 편평시험을 행하여 하기 표 1에 게재하였다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 관은 인장강도, 압축하중 등의 물성이 우수하여 하수관등으로 사용하기에 적합하다.
[실시예 2]
폐합성수지(폴리에틸렌 170, 폴리프로필렌 170, 폴리염화비닐 170, 폴리아미드 170및 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 170)850을 3길이로 파쇄하고 100메쉬로 분쇄하였다. 여기에 멜라민 수지 25과 FRP 25을 100메쉬로 분쇄하여 가하고 100메쉬의 소석회 50과 황토흙 50을 가했다. 이 혼합물 1톤에 50g의 검정색 안료를 가해 압출기에 넣고 60rpm의 속도로 교반하였다. 압출기의 온도를 250로 가열하여 완전히 용융시킨 후 폭 50, 두께 12로 평판형태로 압출하여 로울러를 통해 성형하여 약 18의 냉각수로 냉각하였다.
육안으로 관찰하였을 때 표면이 균일하였으며, 주사전자현미경(SEM)사진으로 표면을 20배 배율로 확대촬영하여 제1(a)도에 게재하였다. 성형물의 비중, 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 및 선 열팽창계수 등의 물성을 측정하여 하기 표 2에 게재하였다.
[실시예 3]
폐합성수지(폴리카보네이트 100, 폴리아세탈 100, 폴리염화비닐 100, 폴리아미드 100, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 100, 폴리스티렌 100, 폴리프로필렌 100, 폴리에틸렌 100)800을 3길이로 파쇄하고 100메쉬로 분쇄한다. 여기에 멜라민 수지 50과 FRP 50을 100메쉬로 분쇄하여 가하고 100메쉬의 석탄회 50과 맥반석가루 50을 가했다. 이 혼합물 1톤에 50g의 검정색 안료를 가해 압출기에 넣고 60rpm의 속도로 교반하였다. 압출기의 온도를 250로 가열하여 완전히 용융시킨 후 폭 50, 두께 12로 평판형태로 압출하여 로울러를 통해 성형하여 약 18의 냉각수로 냉각하였다.
육안으로 관찰하였을 때 표면이 균일하였으며, 주사전자현미경(SEM)사진으로 표면을 20배 배율로 확대촬영하여 제1(b)도에 게재하였다. 성형물의 비중, 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 및 선 열팽창계수 등의 물성을 측정하여 하기 표 2에 게재하였다.
[실시예 4]
폐합성수지(폴리염화비닐 200, 폴리아미드 200, 폴리프로필렌 200, 폴리에틸렌 200)800을 3길이로 파쇄하고 100메쉬로 분쇄하였다. 여기에 페놀 수지 30과 에폭시수지 30, 멜라민수지 30을 100메쉬로 분쇄하여 가하고 100메쉬의 활석 30, 백토흙 30과 석탄회 40을 가했다. 이 혼합물 1톤에 50g의 검정색 안료를 가해 압출기에 넣고 60rpm의 속도로 교반하였다. 압출기의 온도를 250로 가열하여 완전히 용융시킨 후 폭 50, 두께 12로 평판형태로 압출하여 로울러를 통해 성형하여 약 18의 냉각수로 냉각하였다.
육안으로 관찰하였을 때 표면이 균일하였으며, 주사전자현미경(SEM)사진으로 표면을 20배 배율로 확대촬영하여 제1(c)도에 게재하였다. 성형물의 비중, 인장강도, 굴곡강도, 충격강도 및 선 열팽창계수 등의 물성을 측정하여 하기 표 2에 게재하였다.
상기 표 2에서 알수 있는바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 제조된 평판은 강도면에서 극히 우수하고 내열성, 내후성이 우수하여 거푸집 등의 건축용 건자재, 온돌용 평판등으로 사용할 수 있다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 성형물은 기존의 하수관이나 건자재용 평판등의 제품에 비해 강도가 우수하거나 동등하고 완전히 균일한 혼합으로 인해 표면이 균일하고 뒤틀림 등의 부작용이 없다.
또한, 폐합성수지의 종류에 관계없이 모든 폐합성수지를 처리할 수 있고, 폐합성수지를 세척하고 선별, 분리하는 공정이 필요없어 경제적이고 간단하며 환경보호에 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (2)
- 제1항에 있어서, 상기 열경화성 폐합성수지의 일부는 100-200메쉬로 분쇄된 폐FRP(섬유 강화 플라스틱)로 대체되는 것을 특징으로 하는 폐합성 수지 성형물의 제조방법.
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