KR100325348B1 - 폐플라스틱 열분해 물질을 이용한 발포 성형물 제조방법 - Google Patents

폐플라스틱 열분해 물질을 이용한 발포 성형물 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐플라스틱 열분해 물질을 이용한 발포 성형물 제조 방법에 관한 것으로,
지배 수지로써 폴리에틸렌 수지를 녹인 다음 가소제로서 폐플라스틱 열분해 물질을 상기 지배 수지 100중량부를 기준으로 최대 80중량%까지 첨가하고 균일하게 혼합하는 단계; 및
아조디카본아미드 발포제 2-10중량%와 디큐밀퍼옥사이드 가교제 1-4중량%를 첨가하고 1-4분간에 걸쳐 205℃이상에서 발포시키는 단계;로 이루어지는
발포 성형물 제조 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 폐플라스틱을 열분해 방식을 도입함으로써 발포 성형물로써 재활용할 수 있다.

Description

폐플라스틱 열분해 물질을 이용한 발포 성형물 제조 방법
본 발명은 폐플라스틱 열분해 물질을 이용한 발포 성형물 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 혼합 폐플라스틱의 경우 발포가 불가능한 것을 열분해 방식을 도입하여 발포 성형물을 제조함으로써 폐플라스틱을 재활용하는 방법에 관한 것이다.
종래의 목재, 가죽, 섬유등은 대부분 고분자 물질임과 동시에 다공질이다. 근래에 각종 플라스틱 발포체가 등장하여 급격한 양적 신장과 함께 발포 기술도 크게 발전되어 왔다.
이중 폴리올레핀계 수지인 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 다양한 올레핀계 공중합체 등의 발포체는 탄성, 유연성, 내마모성, 내화학약품성 및 전기적 특성이 뛰어나며, 기계적 특성은 경질인 폴리스티렌 발포체의 중간 수준으로 대부분 반경질이고 독립재를 비롯하여 건축 자재, 자동차 내장재, 전기ㆍ전자 부품 자재 및 일용 잡화 등으로 폭넓게 사용되고 있다.
미국 특허 제 3,959,189와 4,427,059등에서 개시된 바와 같이, 이러한 발포 기술은 폐플라스틱이 아닌 순수 수지만을 이용한 발포 기술로 아직까지 폐플라스틱을 이용한 발포물은 제조된 바가 없다.
이는 혼합 폐플라스틱의 경우 각각의 플라스틱들의 상용성과 흐름성이 다르기 때문에 발포가 쉽게 이루어지지 않기 때문이다. 특히 불순물이 포함될 경우 셀을 거의 형성할 수 없다.
이에 본 발명의 목적은 기존에 재활용이 불가능하였던 폐플라스틱을 열분해 방식을 도입하여 발포 성형물로 제조하는 방법을 제공하려는데 있다.
본 발명에 의하면,
지배 수지로써 폴리에틸렌 수지를 녹인 다음 가소제로서 폐플라스틱 열분해 물질을 상기 지배 수지 100중량부를 기준으로 최대 80중량%까지 첨가하고 균일하게 혼합하는 단계; 및
아조디카본아미드 발포제 2-10중량%와 디큐밀퍼옥사이드 가교제 1-4중량%를 첨가하고 1-4분간에 걸쳐 205℃이상에서 발포시키는 단계;로 이루어지는
발포 성형물 제조 방법이 제공된다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 지배 수지로 폴리에틸렌(PE) 수지를 사용한 화학적 발포 방식을 이용하여 발포제를 열분해시켜 왁스화된 폐플라스틱과 혼합한 다음 발포제를 분해시켜 발생된 가스로 발포시키고 발포 성형물을 제조한다.
지배 수지로는 온도에 유동성을 갖으며 가스 투과성이 좋은 폴리에틸렌 수지를 선택한다. 상기 폴리에틸렌 수지를 녹인 다음 가소제로서 폐플라스틱 열분해 물질을 최대 80중량%까지 첨가하고 균일하게 혼합한다.
상기 폐플라스틱 열분해 물질은 폐플라스틱 그 자체는 불순물이 많이 포함되어 있으므로 이를 열분해시켜 왁스상태로 가소제로 사용하고자 제조한 것으로, 폐플라스틱을 600-800℃의 온도에서 질소 분위기하에 약 10분간 열분해시켜 폐플라스틱의 고분자 사슬을 끊어 왁스화시킨 것이다.
상기 폐플라스틱 열분해 물질을 폴리에틸렌 수지를 110-120℃에서 녹인 용융된 지배 수지에 지배 수지 100중량부를 기준으로 최대 80중량%까지 첨가한다. 80중량% 이상 첨가하게 되면, 지배 수지와의 혼합시 가공성을 향상하기 보다는 오히려 지배 수지를 층간 분리시키는 현상이 나타나 가공하기 어려워지므로 바람직하지 않다.
또한 그 혼합 순서는 지배 수지로 사용될 폴리에틸렌 수지를 먼저 녹인 다음 열분해 폐플라스틱을 첨가하여 열분해 폐플라스틱이 가소제로 작용할 수 있도록 균일하게 혼합시키는 것이 바람직하며, 이와 같이 외부 가소제 방식을 도입함으로써 가소제가 첨가되어 수지와 수지층간에 균일하게 삽입되어 수지를 더 연질로 만들거나 가공성을 향상시키는 역할을 하게 된다.
또한 이 혼합 온도는 상기 지배 수지가 녹는 온도인 110-120℃보다 약간 높은 140℃가 혼합하기에 적당하나 각각의 성분 차이에 따라 약간의 차이는 날 수 있다.
이와 같이 혼합한 다음 발포제로서는 폐플라스틱의 성분인 폴리올레핀계 수지를 발포시키는데 가장 많이 이용되는 아조디카본아미드(이하, AC라 한다)를 사용한다.
그 일반적인 물성을 하기표 1에 나타내었다.
단위 성상
외관 등색 미분말
분해 온도 ℃ 200-210
발생가스량 ml/g 220-240
비중 1.65
분해열 Kcal/mol 10
연소열 Kcal/mol 256
일반적으로 상기 아조디카본아미드의 분해 온도는 205℃이고, 자기 소화성을 가지며, 무독성의 안정한 물질이다.
발포제로서 본 발명에서 사용하는 양은 2-10중량%가 적절하다. 2중량% 이하 첨가하게 되면, 불순물이 많이 폐플라스틱의 발포 성형물을 형성하는데 필요로 하는 가스 발생량이 부족하게 되고, 10중량% 이상을 첨가하게 되면, 발생가스가 과다하여 발포 효율은 우수하더라도 경제적이지 못하고 더 이상의 개선된 효과를 갖지 못한다.
또한 상기 발포제의 분해 온도를 낮추기 위하여 발포 조제로서 ZnO를 사용하는데, 이는 아조디카본아미드의 분해 온도가 205℃인데 반하여 ZnO를 첨가시 130-155℃에서 분해하기 때문에 가공 온도의 손실을 막는 잇점을 가지며, 차후 첨가하는 가교제의 가교 역할을 향상시킬 수 있다.
그 첨가량은 2중량% 이하가 바람직하며, 2중량% 이상을 초과하는 경우에는 가교 조제로서 개선된 효과를 갖지 못하며, 오히려 과량 첨가된 ZnO가 발포 셀의 형성에 장애가 되기 때문이다.
상기 발포제와 발포 조제를 혼합하고 가교제를 첨가하는데, 이 가교제는 플라스틱 수지내에 발생된 발포 셀의 모양을 유지시키기 위하여 사용되는 것으로, 본 발명에서는 디큐밀퍼옥사이드(dicumylperoxide)를 사용한다.
상기 디큐밀퍼옥사이드의 물성에 대하여 하기표 2에 나타내었다.
구조 [C6H5C(CH3)2]2O2
분자량 270.37
녹는점 39-41℃
상기 디큐밀퍼옥사이드의 첨가량은 1-4중량%로써, 1중량% 이하 첨가시는 가교제로서의 역할을 하기 어렵고, 4중량% 이상 첨가시는 가교도의 증가로 발포 셀의 형성전에 가교되는 부분이 발생하여 발포율의 저하를 초래하게 된다.
또한 상기 발포제와 가교제 및 발포 조제를 모두 첨가한 다음의 온도와 시간이 수지의 물성을 결정하는데 상당한 영향을 미치기 때문에 반드시 가교제의 반감기를 고려하여 발포시켜야 한다.
여기서 발포 온도는 상기 언급한 바와 같이, 발포제와 가교제만 첨가한 경우에는 발포제를 분해시키는 온도인 205℃이상이고, 발포조제까지 첨가한 경우에는 보다 낮은 130-155℃이다.
또한 상기 발포시키는데 걸리는 시간은 1-4분 정도가 좋다. 1분 이하로 혼합할 경우에는 균일하게 혼합하기 어려우며, 4분 이상을 초과하면 이미 발포 셀이 형성되기전에 상기 언급한 바와 같이 가교가 일어나므로 바람직하지 않다.
이같은 방식으로 폐플라스틱으로 부터 효과적으로 발포 성형물을 제조하게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1
본 발명의 방법에 의해 발포 성형물을 제조하는 경우, 지배 수지 폴리에틸렌 수지 100중량부에 폐플라스틱을 10분간 질소 분위기하에서 열분해시킨 폐플라스틱 열분해 물질 60중량%를 첨가하고 140℃에서 균일하게 혼합시켰다.
이 혼합물에 가교제로서 디큐밀퍼옥사이드 1중량%와 발포조제 ZnO 2중량%를 첨가하고 발포시켜 발포 성형물을 제조하는데 있어서, 발포제의 함량을 하기표 3에 기재된 바와 같이 변화시키면서 그 첨가량에 따른 발포율을 측정하고, 발포 셀의 형상을 육안 관찰하고 그 결과를 하기표 3에 나타내었다.
특성 발포제 함량(%)
1% 2% 3% 4% 5% 10% 12%
발포율(%) 200이하 430 500 550 900 1050 1000
셀 형상 △ ○ ◎ ◎ ◎ ◎ ○
(×: 불량, △: 보통, ○: 양호, ◎:우수)
실시예 2
발포제로써 아조디카본아미드를 5중량% 첨가하고, 가교제를 하기표 4에 기재된 함량으로 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포 성형물을 제조하고, 가교제 첨가량에 따른 발포율과 셀 형상을 관찰하고 그 결과를 하기표 4에 나타내었다.
특성 가교제 함량(%)
1% 2% 3% 6%
발포율(%) 900 500 400 ×
셀 형상 ◎ ◎ ○ ×
실시예 3
발포제로서 아조디카본아미드를 5중량% 첨가하고 폐플라스틱 열분해 물질의 첨가량을 하기표 5에 기술된 바와 같이 변화시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 발포 성형물을 제조하고, 폐플라스틱 열분해 물질의 첨가량에 따른 효과를 측정하고 그 발포율과 셀 형상을 하기표 5에 나타내었다.
특성 열분해 물질의 함량(%)
20% 40% 60% 80% 100%
발포율(%) 850 1250 900 700 ×
셀 형상 ◎ ◎ ◎ △ ×
따라서 발포제로서 아조디카본아미드를 2-10중량% 범위내, 가교제로서 디큐밀퍼옥사이드를 1-4중량% 범위내, 그리고 폐플라스틱 열분해 물질을 최대 80중량%의 범위내로 첨가하는 것이 결과 생성물인 발포 성형물의 발포율과 발포 셀 형상을 고려해 볼 때 바람직하였다.
상기한 바에 따르면, 폐플라스틱을 열분해 방식을 도입함으로써 발포 성형물로써 재활용할 수 있다.

Claims (3)

  1. 지배 수지로써 폴리에틸렌 수지를 녹인 다음 가소제로서 폐플라스틱 열분해 물질을 상기 지배 수지 100중량부를 기준으로 최대 80중량%까지 첨가하고 균일하게 혼합하는 단계; 및
    아조디카본아미드 발포제 2-10중량%와 디큐밀퍼옥사이드 가교제 1-4중량%를 첨가하고 1-4분간에 걸쳐 205℃이상에서 발포시키는 단계;로 이루어지는
    폐플라스틱 열분해 물질을 이용한 발포 성형물 제조 방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 폐플라스틱 열분해 물질은 600-800℃의 온도에서 질소 분위기하에 열분해시켜 왁스상으로 제조함을 특징으로 하는 방법
  3. 제1항에 있어서, 상기 발포제의 보조제로서 발포조제 ZnO를 2중량% 이하 첨가하고 130-155℃의 온도에서 발포시킴을 특징으로 하는 방법
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