KR100293189B1 - 고로슬래그와 혼합 폐플라스틱을이용한 성형물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기되는 원료 및 자원을 재활용하여 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이며, 그 목적은 고로 슬래그와 폐플라스틱을 이용한 성형물을 제조하는 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 플라스틱을 160∼200℃의 온도범위에서 용융시키고, 용융된 폐플라스틱에 100∼500의 중량%로 고로 슬래그를 첨가한 후, 기계적으로 혼합한 다음, 이 혼합물을 펠릿(pellet)화한 후 일정형태로 성형하는 고로 슬래그와 폐플라스틱을 이용한 성형물 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고로 슬래그와 혼합 폐플라스틱을 이용한 성형물 제조방법

본 발명은 폐기되는 원료 및 자원을 재활용하여 성형물을 제조하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 고로 슬래그와 폐플라스틱을 이용한 성형물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 자원재활용 및 환경보호자원에서 폐기되는 원료 및 자원 등의 재활용 필요성이 커지면서, 전세계적으로 여러 가지 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구 성과의 일환으로 종래, 단순히 소각과 매립의 형태로 제거되어지던 폐플라스틱중 단일 폐플라스틱을 분리하여, 제품을 성형하는 폐기물을 이용한 재활용이 이루어지고 있다. 그러나, 혼합폐플라스틱을 세정하여 분리한 후에 성형하는 공정 자체에 상당히 많은 시간과 비용이 들기 때문에 실제 순수 플라스틱 수지와의 가격 경쟁이 되지 않는 문제가 있다. 또, 다른 일례로 한국자원재생공사의 자원화편람(8270-273)에 의하면 폐기되는 원료의 일종인 제철소 제선 공정중에 발생하는 고로 슬래그는 일반적으로 시멘트 제조사에서 첨가제로 일부 사용되어지거나 아니면 도로공사시 골재 대신으로 사용되어지고 있는데, 그 활용이 미미한 상황이다.

한편, 상기 고로 슬래그를 다른 조성물과 혼합하여 1200℃ 이상의 고온에서 소결시켜 일부 사용하고자 하는 시도가 있었으나, 이러한 방법은 고온에서 작업이 이루어지기 때문에 작업성에 한계가 있고, 또한 성형품의 표면등이 기존타일의 물성에 미치지 못하다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 폐자원을 활용하기 위하여 안출된 것으로서, 각종 폐플라스틱을 매트릭스로 하고, 여기에 고로 슬래그를 첨가하여 펠릿화한 후 성형하여 고강도의 성형물을 제조하는 방법에 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

제1도는 슬래그 함량변화에 따른 강도변화를 나타내는 그래프.

제2도는 유리섬유 함량변화에 따른 강도변화를 나타내는 그래프.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 폐플라스틱을 160∼200℃의 온도범위에서 용융시키고, 용융된 폐플라스틱에 100∼500의 중량부로 고로 슬래그를 첨가한 후, 기계적으로 혼합한 다음, 이 혼합물을 펠릿(pellet)화한 후 일정형태로 성형하는 고로 슬래그와 폐플라스틱을 이용한 성형물 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

상기 폐플라스틱은 산업용 및 가정용으로 이용된 후 폐기되는 도시형 폐플라스틱으로서 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)중의 1종이상과 폴리스티렌(PS)를 함유한 것이면 가능하고, 이를 분리할 필요 없이 폐기되어지는 원료를 160-200℃의 온도범위에서 용융시키는 것이 바람직하다. 상기와 같이 온도조건을 정한 이유는 혼합폐플라스틱 성분인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 중에서 녹는점이 가장 높은 폴리프로필렌의 가공조건을 기준으로 한 것인데, 가공온도 조건이 160℃이하인 경우 폐플라스틱 수지의 균일한 용융이 이루어지지 않고 특히 폴리프로필렌이 녹지 않아 덩어리로 존재하게 되므로 물성에 영향을 미치게 되며, 200℃이상의 경우 용융은 빨리 잘 이루어지나 폴리에틸렌과 같은 낮은 용융점을 갖는 수지의 경우 열분해가 발생하기 때문이다. 이와 같은 폐플라스틱의 가공온도 조건은 성형물 제조에 있어서 상당히 중요한 요소이다.

상기와 같은 조건으로 혼합 폐플라스틱을 용융시킨후, 고로 슬래그를 첨가하여 기계적으로 혼합하는데, 이때, 첨가되는 고로 슬래그는 제철소 고로에서 철광석, 코크스, 석회석 등을 이용하여 선철을 제조하는 과정에서 생성되는 부산물로 대부분 폐기되는 원료이다. 이와 같이 제철소 고로에서 생성되는 슬래그이면 모두 가능한데, 일반적인 슬래그 조성인 중량%로, CaO:35∼45%, SiO₂:30-37%, Al₂O₃:12-16%, MgO:4.5∼7%, FeO:0.3-0.5%, MnO:0.5-0.9로 조성되는 것이 보다 바람직하다. 그리고, 첨가되는 슬래그 함량은 중량비로 100이하 첨가될 경우는 슬래그에 의한 자연스러운 석재 느낌이 폐플라스틱에 의해 나타나지 않고 강도에 있어서도 상당히 떨어지며, 혼합폐플라스틱과 고로 슬래그 중량비로 100:500이상일 경우는 혼합이 어렵게 되고 강도 또한 급격히 떨어지므로, 폐플라스틱에 대하여 100∼500중량부로 첨가하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 조성되는 혼합물을 성형가공이 용이하게 펠릿(Pellet)화 한 후, 압출성형 또는 사출성형 등의 공정을 거쳐 용도에 맞게 일정형태로 성형한다.

한편, 상기 성형물 보다 더 우수한 강도 특성이 필요한 경우 유리 섬유를 상기 혼합물에서 폐플라스틱에 대해 50중량부이하 첨가하는 것이 바람직한데, 그 이유는 50중량부 이상 가하면 혼합이 가공이 어렵고 혼합 된다 하더라도 균일한 혼합이 이루어지지 않아 섬유보강의 효과가 나타나지 않고, 오히려 결함의 원인이 되기 때문이다.

이상과 같이 폐기 원료를 이용하여 제조되는 성형물은 타일이나, 여러 가지 형태로 가공되어 건축 바닥재등으로 이용될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌계 등의 도시형 혼합 폐플라스틱을 180℃의 온도에서 용융시킨 후, CaO:41%, SiO₂:33.4%, Al₂O₃:14.5%, MgO:6%, FeO:0.4%, MnO:0.7로 조성되는 고로 슬래그를 상기 혼합 폐플라스틱에 대하여 600%의 범위까지 첨가하여 기계적으로 혼합한 후 성형물을 제조한 다음 굴곡강도를 측정하고, 그 결과를 제 1도에 나타내었다.

제 1도에 나타난 바와 같이, 슬래그 함량이 증가할수록 강도는 증가하다가 중량비로 100:300이상 첨가되어지면 강도가 급격히 감소되는 현상을 볼 수 있었다. 이는 슬래그 함량이 혼합 폐플라스틱에 대한 중량비로 100:300이상 첨가되면서 부터 수지와 슬래그간의 균일한 혼합이 이루어지지 않기 때문인데, 건축 바닥재 특성을 고려할 때 고로 슬래그가 폐플라스틱에 대하여 100-500중량부의 범위까지는 첨가가 유효함을 알 수 있었다.

[실시예 2]

실시예 1에서, 고로 슬래그가 폐플라스틱에 대하여 300중량부 첨가된 경우에, 유리섬유를 혼합물의 폐플라스틱에 대해 60중량부의 범위까지 첨가하여 기계적으로 혼합한 다음 이 혼합물을 펠릿화한 후 성형물을 제조한 후 굴곡강도를 측정한 다음 그 결과를 제 2도에 나타내었다.

제 2도에 나타난 바와 같이, 유리섬유가 증가할수록 강도는 증가했고 혼합 폐플라스틱에 대하여 50중량부 이상 첨가되면서 부터 유리섬유를 첨가하지 않은 강도보다 오히려 떨어지는 현상을 확인 할 수 있었다. 그러므로 최적의 유리섬유 함량은 혼합 폐플라스틱에 대하여 50중량부 이하임을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 종래에 폐기되거나, 재활용이 미미하던 폐기원료인 혼합폐플라스틱과 고로 슬래그를 이용함으로서 표면외관과 기계적 물성이 우수한 성형물의 제조방법을 제공할 수 있고, 상기 제공된 성형물은 환경보호와 자원 재활용에 기여하고, 건축 바닥재에 적용될 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)중의 1종이상과 폴리스티렌(PS)의 폐플라스틱을 160∼200℃의 온도범위에서 용융시키는 단계; 용융된 폐플라스틱에 대해 100∼500중량부의 고로슬래그를 첨가한 후, 기계적으로 혼합하는 단계; 이 혼합물을 펠릿(pellet)화한 후 일정형태로 성형하여 20MPa의 굴곡강도를 갖는 성형물을 얻는 단계로 이루어지는 고로 슬래그와 폐플라스틱을 이용한 성형물의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합물에 폐플라스틱 100중량에 대해 50중량부이하의 유리섬유를 첨가함을 특징으로 하는 제조방법.