KR100355988B1 - 발포스치로폼을 이용한 콤파운딩 합성수지를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리스치렌 발포체(스치로폼)을 이용한 콤파운딩합성수지를 제조하는 방법으로 상세하게는 폐기되는 폴리스치렌 발포체를 선별 일정크기로 세절하여 세절편을 맞물리는 열가압로울러를 통과시켜 탈포(탈기)와 동시에 용융하여 재생폴리스치렌을 얻고 여기에 개질재 및 첨가제를 첨가하여 압출기로 콤파운딩기법과 탈포 방법으로 콤파운딩 합성수지를 제조하는 방법

Description

발포스치로폼을 이용한 콤파운딩 합성수지를 제조하는 방법{THE METHOD OF PREPARING COMPOUNDING PLASTIC USING POLYSTYLEN STYROFOAM}

본 발명은 폐기되는 발포스치로폼을 이용한 콤파운딩 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 폐기되는 발포스치로폼을 파쇄하고 파쇄물을 탈포와 동시에 용융시킨 원료를 분쇄하여 개질재와 첨가제를 배합하여 콤파운딩기법에 의해 콤파운딩 합성수지를 제조하는 방법에 관한 것이라 하겠다.

폴리스치렌 발포체는 플라스틱발포체 중에서도 가장 광범위하게 사용되고 있으며 융착성형방법과 용융성형방법으로 나눌수 있다.

융착성형방법은 발포성폴리스치렌비드를 원료로하고 있으며, 발포성 폴리스치렌비드는 모두 푸로판, 부탄, 펜탄 등의 지방족탄화수소를 발포제로 함유하고 있고, 오토크레이브중의 수분산계에서 중합중 또는 폴리머입자에 함침된 것이라 할수있다.

이와 같은 발포성폴리스치렌비드로 융착성형 과정은 발포성폴리스치렌비드를 1차 예비 발포하여 건조 숙성시킨 다음 무수한 미세공이 천공된 금형내에서 2차 발포시키므로서 백배 전후의 고배율까지도 발포시킬 수 있으며 일반주택의 지붕재, 벽재, 상재, 저온창고 차량과 선박등 널리 이용되며 각종 포장재로 더욱 많이 이용되고 있다.

용융성형은 주로 압출가공으로 달성되고 있으며 용액형 발포제가 주로 사용되며 시트 또는 필림(폴리스치렌페이퍼 또는 PCP) 보오드, 로드, 파이프이형압출 등에 이용되고 있다.

이상과 같은 폴리스치렌발포체는 프로판, 부탄, 펜탄 등의 지방족탄화수소나 할로겐 탄화수소 등의 발포제 그리고 용액형 발포제에 의하여 발포된 제품으로 중량에 비해 부피가 엄청나게 크고 발포체내의 개스 또는 공기 제거가 어렵고 설사 폴리스치렌 단일성분의 합성수지를 얻는다 하더라도 충격강도가 약하여 사용할 수 없는 점등으로 성형용 합성수지로서의 재활용은 시도하지 못하고 있는 실정이며 고작 융착성형에 의한 폐기되는 폴리스치렌 발포체를 일정크기로 파쇄하여 일정한 온도와 압력으로 파쇄입자 표면을 재융착시켜 등외급의 단열용 판재를 성형하는 수준에 이용되고 있을 뿐이다.

본 발명은 엄청난 양으로 폐기되고 있는 폴리스치렌 발포체를 가공 및 개질화시켜 사출 또는 압출성형용 합성수지를 제조하므로서 폐기되는 폴리스치렌 발포체를 재활용함에 그 목적이 있으며 원래 스치렌 발포체는 많은량의 개스와 공기를 내포하고 있으므로 스치렌 발포체내의 공기를 완전히 제기하지 않고서는 성형용합성수지 재료로서 사용할 수 없으며 또 하나의 이유로서 폴리스치렌수지는 성형 및 전기적인 특성은 우수하나 기계적인 강도가 약하고 신장성이 적으며 특히 충격강도가 약한 결점을 갖고 있는 합성수지로서 더욱이 열에의한 발포과정과 발포제등의 첨가에 의하여 물성의 저하가 심하게 일어나며 이로인해 충격강도가 더욱 저하되어 성형용 재료로서 사용하기 곤란하다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 용융가압(밀착)공정으로 일정 크기로 분쇄된 스치렌 발포체에 포함된 공기를 제거하고 개질제를 첨가하여 콤파운딩 기법으로 스치렌 수지의 물성을 개질함과 동시에 수지내에 잔존하는 공기를 완전히 제거하므로서 물성이 우수한 콤파운딩수지 조성물을 제조함에 목적이 있다 하겠다.

도 1 - 본 발명의 세절기의 측단면도

도 2 - 본 발명의 열가압로울러의 작용상태 개략사시도

도 3 - 본 발명의 압출기의 작용상태 및 일부 절개 단면도

본 발명은 폴리스치렌 발포체내의 공기 또는 개스 등을 완전히 제거함과 동시에 용융시켜 폴리스치렌수지를 얻은 다음 이를 분쇄한 분말에 개질재 및 첨가제를 첨가하여 콤파운딩기법에 의해 콤파운딩수지 조성물을 제조하는 방법으로 이를 구체적으로 설명하면 먼저 폴리스치렌 발포체를 선별한후 도 1과 같은 세절기에 투입하여 입경 1-2cm 크기로 파쇄한 파쇄물을 도 2와 같은 2단의 맞물림 열가압로울러사이를 통과시키므로서 발포체 파쇄물 내의 공기 또는 개스를 제거함과 동시에 용융시키고 용융된 판상의 용융물을 수조에서 급냉시킨 다음 이를 수거 충분히 건조하여 분쇄하고 분말화한 폴리스치렌수지에 개질재 및 첨가제를 혼합하여 충분히배합한 콤파운딩수지조성물로 도 3과 같은 압출기에서 탈포(공기 및 개스제거)와 동시에 콤파운딩기법으로 압출하여 콤파운딩수지조성물을 제조하는 방법이다.

또 본 발명을 달성하기 위한 장치로서 도 1의 세절기(A)는 피스톤(1)의 미는 힘에 의하여 스치로폼(2)이 투입되어지며 투입구(3)에 수평으로 평행되게 구성시킨 수평칼날(4)들에 의하여 스치로폼이 횡으로 절단되고 수직칼날(5)들에 의하여 수직으로 절단되며 절단된 파편들은 아래로 떨어져 축봉(6')을 구비하고 각 모서리에 칼날( 6'')들이 설치된 삼각통(6)이 무수한 구멍(7')이 뚫어져있고 주연부에 칼날(7'')들이 설치된 반원통(7)에 근접하여 회전하므로서 삼각통에 부착된 칼날(6'')과 반원통(7)에 부착된 칼날(7'')에 의하여 위에서 떨어진 파편들이 더욱 적게 세절되어 구멍(7')으로 떨어져 1cm-2cm 크기의 세절편을 얻게된다.

또 도 2의 스치로폼의 탈포 및 용융장치(B)는 홉퍼(1)에 상기 스치로폼 세절기(A)로 부터 얻어진 세절편이 체워지고 홉퍼(1)로 부터 스치로폼 세절편이 1단계의 맞물림 열가압로울러(2)와 (2') 사이에 떨어짐과 동시에 가압되면서 용융되어 유동성의 판상체 용융물이 2단계의 맞물림 열가압로울러(3)과 (3')사이로 통과하여 냉각수조로 투입되므로서 공기 또는 개스가 제거된 폴리스치렌수지를 얻게된다.여기에서 맞물림 열가압로울러(2),(2') 와 (3),(3')는 작업중에는 온도 250℃-300℃로 유지되고 맞물림 열가압로울러(2)와 (2')사이에서는 스치로폼 파쇄물의 압착으로 발포체 내의 공기 또는 개스가 제거됨과 판상시트가 형성되고 맞물림 열가압로울러(3)과 (3')에 이르는 동안 판상시트가 더욱 용융상태가 되고 열가압로울러(3)과 (3')를 통과하면 95°까지 공기가 제거된 용융판상시트가 된다.

도면으로 표시되진 않았지만 위에서 얻어진 폴리스치렌수지를 분쇄하여 분말화한것에 개질재 및 첨가제를 배합하여 충분히 균질화한 원료를 도 3과 같은 압출기(C)의 홉퍼(1)에 투입 공급하고 실린더(2)내의 스크류(3)의 회전으로 충분히 혼화되고 용융 반응되면서 전진하고 감압수단(4)에 의해 공기 및 개스등이 제거되어 완전탈포된 상태에서 압출되어 펠렛상의 콤파운딩 합성수지를 얻게된다.

상기 장치에 의한 본방법에서 세절편의 크기는 1-2cm 크기로 세절함이 다음 공정에서 유리하고 1단계의 맞물림 열가압로울러(2)와 (2')의 간격은 세절편 크기의정도이면 스치로폼 세절편 내의 공기 또는 개스를 거의 95% 정도까지 제거할 수 있고, 2단계의 맞물림열가압로울러(3)과 (3')의 간격은 1단계 맞물림 열가압로울러 간격의 반정도로서 이를 통과하면 공기나 개스가 거의 제거된다.

또한 위의 세절편의 크기가 지나치게 크면 도 2의 탈포 및 용융장치(B)의 홉퍼(1)에서 잘빠져 나오지 않게되고 1단계의 맞물림열가압로울러 사이로 잘진입되지 않고 위에서 것도는 현상이 발생하며 탈포율이 저하되며 작업능률면에서도 크게 불리해진다.

그 밖에 도 2의 공정을 거친 폴리스치렌수지와 개질제 및 첨가제의 조성비율은 다음과 같다.

콤파운딩 조성물의 조성비(중량비)

EPS(탈포 및 용융시킨 폴리스치렌 수지) 100부

합성고무(SBR) 23 - 38부

충진재(탈크, 탄산칼슘등) 8 - 14부

가소제(DOP, DBP) 8 - 12부

이형 및 공택제(실리콘오일 또는 유동파라핀) 0.15 - 0.5부

안료(증백제) 0.02 - 0.04부

이상의 콤파운딩수지 조성물로 도 3에서와 같은 압출기로 콤파운딩기법으로 180°- 200℃ 로 유지된 실린더를 통과시키면서 콤파운딩하고 감압수단으로 수지에포함된 공기 및 개스를 완전히 제거하고 압출하면 펠렛상의 콤파운딩합성수지를 얻게된다.

여기에서 도 2에서 얻어진 재생폴리스치렌은 발포시의 열처리과정, 스치로폼을 가압용융시키는 공정 등을 거치고 발포제의 첨가등으로 기계적 강도, 신장성, 휨성 등의 물리적 성질이 극히 약하다.

이는 정상적인 폴리스치렌의 물리적 특성이기도 하지만 이와 같은 재생폴리스치렌은 그 정도가 더욱 심하다.

이와 같은 열악한 물성을 개선하기 위하여 스치렌 부타디엔고무(SBR)을 첨가하므로서 기계적강도, 충격강도, 내마모성등이 월등하게 향상된다.

그러나 본방법에서 한정한 이상의 과량을 첨가하면 사출성형제품 또는 압출성형제품으로서의 소정의 경도, 인장강도, 지지력을 기대할 수 없다.

또 가소제는 폴리스치렌은 물론 SBR과도 상용성이 좋다.

이는 콤파운딩이 용이하고 콤파운딩수지의 가소성을 향상시키나 많은량을 첨가하면 용기, 가전제품의 케이스등 소정의 경도와 지지력이 요구되는 제품의 성형재료로서 사용할 수 없으며 제품의 표면으로 베어나와 이 행현상을 일으키게 된다.

그리고 합성수지가공에 통상적으로 사용되는 탈크, 탄산칼슘 등의 무기충진제, 합성수지 성형재료의 성형공정에서 유동성을 증가시키고 활재효과와 열안정효과를 동시에 얻게되는 스테아린산 아연과 같은 스테아린산금속염, 그리고 재료의 이형성과 광택성을 부여하는 실리콘오일 또는 유동파라핀, 그 밖에 오염된 원료의 탈색 등을 고려하여 증백제 등의 안료가 첨가재로 사용된다.

폴리스치렌 발포체는 건축용 단열재, 포장재등으로 그 용도가 다양하며 합성수지 발포체중 소요처가 가장 많다.

특히 발포율이 100배 까지도 가능하므로 그 부피가 커서 운반과정이나 폐기처분시 엄청난 비용이 소요되며 자연환경을 회손하므로서 공해 요인의 주범이 되고 있다.

이와 같은 폐기물을 가압 용융과정을 통해 부피를 줄여 합성수지 원료로서 재활용할 수 있게 하므로서 본 발명은 새로운 부가가치를 창출하는 방법이라 할수 있다.

또한 본 발명에서 스치로폼의 부피를 줄이는 수단으로 사용되는 스치로폼의 탈포 및 용융장치(B)는 탈포(탈기)와 동시에 용융시키는 방법으로 현재까지 어떤방법보다도 처리능력 및 탈포(탈기)효율면에서 우수하다할 수 있고 용융탈포과정을 거쳐 얻어진 재생스치렌수지에 스치렌부타딘엔고무, 가소제 등의 개질재를 첨가하므로서 통상의 폴리스치렌원료에 비해 경도는 다소 떨어지나 충격강도, 유동성, 가소성등이 우수하여 사출성형 또는 압출성형 제품의 원료로서 우수한 물성을 갖는 콤파운딩 합성수지를 제조할 수 있는 방법이라할 수 있다.

Claims (2)

1. 선별한 폴리스치렌 발포체(스치로폼)를 1cm-2cm 크기로 세절하여 세절편 크기의간격으로 맞물린 온도 250 - 300℃로 유지된 맞물림 열가압로울러 사이로 통과시켜 탈포(탈기)와 동시에 용융시킨 판상의 유동성 용융물을 수조에서 급냉시킨 다음 이를 완전건조하고 분쇄하여 얻어진 재생폴리스치렌 분말에 개질재 및 통상의 첨가제를 첨가하여 온도 180℃ - 200℃로 유지된 압출기로 콤파운딩함과 동시에 완전 탈포함을 특징으로하는 발포스치로폼을 이용한 콤파운딩 합성수지의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서 개질재로 폴리스치렌 재생분말 100부에 대하여 스치렌부타디엔고무 23-38부와 가소재 8-12부의 개질재를 첨가함을 특징으로 하는 발포스치로폼을 이용한 콤파운딩 합성수지의 제조방법.