KR100368040B1 - 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의제조방법 및 이의 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업 폐기물인 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태의 물질의 제조방법 및 이의 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 산업 폐기물인 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 원료공급장치 내 산소 결핍 분위기 하에서 용융압출한 다음 열분해 장치로 이송하여 열분해 반응조 및 완숙 반응조에서 열분해 과정을 거치고, 냉각 반응조에서 냉각하여 저분자량의 왁스상태 물질로 전환한 후, 회수 장치에서 이를 회수하는 공정으로 이루어진 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조방법 및 이의 제조장치에 관한 것이다.

이에, 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지는 상기 제조방법 및 장치에 따라 환경오염에 대한 문제를 해결할 수 있고, 산업 폐기물을 이용 저 비용으로 왁스상태 물질을 제조함에 따른 고부가가치 산업을 창출할 수 있다. 또한, 안료분산제, 핫멜트 접착제, 첨가조제 및 기타 용도로 효과적으로 이용할 수 있다.

Description

폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조방법 및 이의 제조장치{A method and equipment for producing waxy materials using waste-vinyl resin and polyolefin resin}

본 발명은 산업 폐기물인 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태의 물질의 제조방법 및 이의 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 산업 폐기물인 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 원료공급장치 내 산소 결핍 분위기 하에서 용융압출한 다음 열분해 장치로 이송하여 열분해 반응조 및 완숙 반응조에서 열분해 과정을 거치고, 냉각 반응조에서 냉각하여 저분자량의 왁스상태 물질로 전환한 후, 회수 장치에서 이를 회수하는 공정으로 이루어진 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조방법 및 이의 제조장치에 관한 것이다.

이에, 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지는 상기 제조방법 및 장치에 따라 환경오염에 대한 문제를 해결할 수 있고, 산업 폐기물을 이용 저 비용으로 왁스상태 물질을 제조함에 따른 고부가가치 산업을 창출할 수 있다. 또한, 안료분산제, 핫멜트 접착제, 첨가조제 및 기타 용도로 효과적으로 이용할 수 있다.

국내에서 발생되는 농업용 비닐하우스의 폐비닐은 시설 원예 농업의 증가로년간 7 ∼ 10여 만톤에 이르며, 년평균 약 20%의 수적 증가를 보여 실제로 환경 폐기물로의 문제를 야기하고 있다. 현재 폐비닐은 일부 국한된 용도로만 재활용을 하고 있으나, 그 재활용 정도는 극히 적고 나머지는 대부분 소각 내지 매립하고 있는 실정이다. 상기 폐비닐을 매립하는 경우에는 썩거나 분해되기 전까지는 많은 시일이 소요되며 이로 인한 토양의 오염도를 증가시키고, 소각하는 경우에는 환경 파괴물질인 다이옥신을 다량으로 배출하게 된다. 이는 단지 폐비닐에만 한정되는 것이 아니라, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀계 수지도 상기와 같은 문제점을 안고 있다. 폐비닐 및 폐폴리올레핀계 수지가 환경문제를 유발시키는 산업 폐기물로 날로 심각한 문제가 요인으로 대두되고 있는 시점에서, 상기 물질들은 필히 재활용되어야 하는 문제점을 안고 있다. 현재, 재활용의 차원에서 보면 일부에서 재 성형물을 제작하는 방식으로 정화조, 수도 계량기 함 및 함지박 등의 용기와 무기 충진제를 충전하여 농수로 용재 등에 일부 재활용되고 있으나 그 수량은 얼마 되지 않는다.

이에, 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지의 재활용 방법에 대하여 여러 각도로 연구되고 있다.

일부 국내외에서 상기 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 열분해 방법을 통하여 재활용 할 수 있는 왁스상태 물질 및 탄화수소유로 제조하는 기술이 발표되고 있으나, 이는 경제성이 없어 아직까지 상용화된 바가 없다.

일본특허의 특개평 10-306118호와 특개평 10-330764호 등에 나타난 바에 의하면, 폐비닐 및 폴리올레핀계의 합성 수지를 내열, 내압 용기에 밀봉 후 가열하여열분해 과정을 통해 왁스상 물질과 탄화수소유(오일)로 전환시키는 방법에 제시되었다. 상기 특허의 방법은 일부 열분해 할 때 발생되는 아주 작은 저 분자량의 왁스 분해물을 열원으로 재이용하여, 일부 왁스상태의 물질과 탄화수소유를 제조하는 방법이다. 상기 제시된 방법들은 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 재활용이 가능한 왁스 분해물 및 탄화수소유로 전환시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 왁스 분해물은 분산제, 접착제 및 첨가조제로 사용할 수 있고 탄화수소유는 저가의 연료로 사용할 수 있다는 여러 가지 잇점이 있다.

그러나, 상기의 종래 기술들은 연속적으로 왁스상태의 물질을 생산하는데 있어 원료인 폐비닐이나 폴리올레핀계 수지를 연속적으로 내부 열분해 반응조까지 투입하는 방식이 상당히 어려우며 역화의 위험성도 수반하며 제품화로의 기술이 어렵다. 또한, 상기 선행 기술의 방법으로는 왁스상 물질이나 탄화수소유를 제조하는데 있어서 다량의 열에너지를 외부에서 공급하지 않으면 안되며 이러한 방식으로 열을 많이 가하여 연료용으로 전환하는 방식으로 현실적으로 경제성이 없기 때문에 상업화가 어렵다. 또한, 열분해 반응이 끝난 왁스상태 물질은 높은 온도 (약 400℃)의 상태로 특정한 온도까지의 냉각조건이 필요로 하게 되며, 이는 제품의 물성에 결정적 요인이 된다. 특히, 폐비닐이 왁스상태의 물질로 전환될 때, 열분해시 발생되는 고온 및 고압의 열분해 열과 가스로 인하여 왁스상태 물질의 물성이 크게 좌우되어 반드시 산소 결핍의 공정에서 수행되어야만 한다. 이렇게 공정에 따라 제조 비용이 많이 소요되고, 경제성이 뒤떨어지며, 제품화로의 기술이 매우 어려워 아직까지 상업화가 되지 못하고 있는 실정이다.

종래 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 열분해 공정을 통해 왁스상태 물질로 전환시켜 재활용 하는 방법은 반응 조건이 까다롭고 제조비용이 많이 소요되는 등의 여러 가지 문제점이 남아 있었다.

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하여 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 원료로 이용, 연속적으로 왁스상태의 물질을 저 비용으로 생산하는 기술과 그의 제조장치를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 압출기가 장착된 원료공급장치, 열분해 반응조, 완숙 반응조 및 냉각 반응조가 장착된 열분해 장치, 분사탑, 사이클론, 집진기, 선별기 및 저장조로 이루어진 조립 및 회수장치로 이루어진 장치를 개발하였다. 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용하여 상기 본 발명의 제조장치에 도입하여 산소 결핍상태의 조건하에서 열분해 공정 및 특정한 냉각 공정을 거쳐 저분자량의 왁스상태 물질로 전환시키게 되었다. 이렇게 전환된 왁스상태 물질은 냉각 조립을 통하여 파우더 및 비드 상태의 여러 가지 제품화로의 응용이 가능하게 되었다.

본 발명에 의하여 제조되는 왁스상태의 물질은 기존의 올레핀계 왁스에 비하여 품질면에 있어서 결코 뒤떨어지지 않고, 여러 분야에 걸쳐서 용도가 다양하며 제조 방법에 따라 기타 용도로의 개발 여지도 많아 널리 이용될 수가 있다.

특히, 본 발명은 폐비닐을 주원료로 사용하기 때문에 저가의 왁스상태 물질의 제품을 다량으로 생산할 수 있고, 상업적으로 기존의 제품들과 경쟁력이 우수하고 폐기물 재활용 차원의 환경문제를 일석이조로 해결하는 효과와 수입대체는 물론해외로의 수출을 도모할 수가 있다.

이에, 본 발명은 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용하여 재활용이 가능한 왁스상태의 물질을 제조할 수 있는 제조방법 및 이에 따른 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다고 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제조장치에 대한 공정도를 나타낸 것이고,

도 2는 본 발명의 폐비닐을 이용하여 제조된 왁스상태 물질의 분자량 분포도를 나타낸 것이다.

[도면의 주요부분에 대한 설명]

2 : 원료공급장치 2a, 2b: 사이로(silo)

2c, 2e: 불활성가스 투입밸브 2d, 2f: 불활성가스 배기밸브

2g: 압출기 2h, 2i: 가열관

2j: 멜트 펌프 2k: 공기순화식 팬

4 : 열분해 장치 4a, 4b: 열분해 반응조

4c: 완숙 반응조 4d: 냉각 반응조

4e, 4g: 레벨 게이지 4f, 4h: 밸브

4i: 전기로 4j: 봉히터

4k: 펌프 6 : 조립장치 및 회수장치

6a: 분사탑 6b: 노즐

6c: 싸이클론 6d: 집진기

6e: 선별기 6f: 저장조

본 발명은 불활성가스 투입용 및 배기용 밸브가 장착된 호퍼의 출구에 압출기가 연결된 원료공급장치; 전기로가 도입된 열분해 반응조, 완숙 반응조 및 냉각 반응로로 이루어진 열분해 장치; 노즐이 부착된 분사탑, 사이클론, 집진기, 선별기 및 저장조로 이루어진 조립장치 및 회수장치로 이루어진 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조장조장치를 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 열분해 하여 왁스상태의 물질로 제조하는 방법에 있어서,

상기 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 질소 분위기 하에서 원료공급장치에 주입 후 용융압출 하는 공정;

상기 용융압출된 원료를 열분해 반응조에서 250 ∼ 420 ℃의 온도 하에서 열분해 후 완숙 반응조에서 추가 열분해 하는 공정;

상기 열분해된 원료를 냉각 반응조에서 냉각하는 공정; 그리고

냉각된 원료를 분사탑에 부착된 노즐을 통하여 제품화하는 공정으로 이루어진 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질을 제조방법을 또 다른 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 왁스상태 물질의 수평균 분자량이 1,000 ∼ 10,000 인 인 것을 특징으로 하는 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조방법을 또 다른 특징으로 하고 있다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 농업용 비닐 하우스용으로 이용된 폐비닐 또는 폴리올레핀계 수지가 열분해 과정을 거쳐 분자량이 1,000 ∼ 10,000 정도의 폴리올레핀계 저 중합체로 전환하여 왁스상태 물질로 전환되는 것에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 원료인 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지가 열분해 하여 나타나는 중량 감소가 5 ∼ 20 중량%의 것으로 전환되는 것만을 왁스상태 물질로 하는 제조방법을 특징으로 한다.

본 발명에서는 왁스상태 물질의 제조방법으로 원료 물질인 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 열분해 시스템에 용융 투입하여 산소결핍의 분위기에서 열을 가하여 열분해하므로써, 저분자량을 갖는 왁스상태의 물질로 전환하여 원하는 형상의 왁스 제품을 제조할 수 있다. 이러한 왁스상태의 물질은 주성분이 포화 사슬 탄화수소의 혼합물로, 원료로 사용되는 합성수지로는, 예를 들면 저밀도폴리에틸렌 수지, 고밀도 폴리에틸렌 수지 및 폴리프로필렌 수지 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 그러나, 왁스상태 물질로 전환되는 폴리올레핀계 수지로만 특히 한정하는 것은 아니고, 열분해 반응에 의하여 왁스 상태 물질을 얻을 수 있는 수지가 바람직하게 사용될 수 있다. 특히, 왁스상태 물질은 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌수지 및 폴리스티렌 수지 등의 합성수지를 원료로 사용하는 경우에 저 비용으로도 제조가 가능한 특징이 있다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첨부도면 도 1은 본 발명의 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지로부터 왁스상태 물질을 제조하는 대략적인 공정장치를 도식화 한 것이다.

이러한 공정장치는 원료 공급장치(2), 열분해 장치(4), 조립장치 및 회수장치(6)로 이루어져 있다.

먼저, 1 단계 공정으로, 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 질소 분위기 하에서 용융압출 하는 공정을 수행한다.

원료로 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지(이하 원료 A)를 불활성 가스로 충진된 호퍼(2a, 2b)에 투입한다.

이때, 상기 원료 A는 크게 두 가지 방법으로 처리가 가능한데, 먼저 원료 A를 규정된 선별법에 의하여 선별한 후, 다음 공정의 압출기(2g)에 투입하기 알맞게 규정된 크기로 절단 가공한 다음 호퍼(2a)에 투입한다. 다른 방법으로는, 원료 A를 직접 압출 이송하지 않고 일차 가공하여 펠렛 상태로 제조하여 호퍼(2a)에 투입한다.

상기 원료 A가 투입된 호퍼(2a)에서는 양질의 왁스상 물질을 얻기 위해서 반드시 산소를 제거해야 한다. 따라서, 원료 A를 투입하기 전부터 공정 내내 호퍼(2a)내의 공기중의 산소를 모두 불활성가스로 치환하기 위하여 불활성 가스 투입용 밸브(2c, 2d) 및 배기용 밸브(2e, 2f)를 통하여 불활성가스로 치환하여 산소 결핍화로를 행한다. 이는 원료 A 중에 함유된 공기중의 산소가 원료 A 와 반응을 하여 왁스상 물질의 물리적 특성을 저하하고, 특히 왁스상태 물질의 색상을 아주 나쁘게 하기 때문이다.

본 발명에서는 특히 한정하는 것은 아니나 불활성 가스로는 질소 가스를 사용한다.

그리고, 본 발명의 호퍼(2a, 2b)는 특별히 한정하는 것은 아니나, 재질로 SUS 304를 사용하고, 두께가 3 ∼ 4 mm인 것으로 용량이 6 ∼ 8 ㎥인 것이 사용된다.

다음 공정으로, 상기 호퍼 내의 투입된 원료 A는 압출기(2g)로 주입하여 용융압출을 수행한다.

이때, 용융압출은 가공온도 130 ∼ 250℃, 바람직하게는 160 ∼ 220℃ 온도에서 축의 회전속도가 30 ∼ 200 rpm, 바람직하게는 80 ∼ 150 rpm 범위에서 수행한다.

본 발명의 압출기(2g)는 쌍축형 또는 단축형 스크류 타입을 선택 사용할 수 있으며, 특히 쌍축형의 스크류 타입의 압출기(2g)가 효율적이어서 바람직하게 사용될 수 있다.

한편, 압출기(2g)의 외부에는 가열 실린더의 온도조절을 위하여 공기 순환식 팬(2k)이 반드시 부착되어야 한다.

상기 압출기(2g)를 통하여 용융압출된 원료 A는 압출기(2g) 출구에 부착된가열관(2h, 2i)으로 이송한다.

압출기(2g)의 출구에 부착된 가열관(2h, 2i)은 길이 500 ∼ 5,000mm, 바람직하기로는 1,500 ∼ 2,000mm인 것이 사용되고, 이때 가열관(2h, 2i)의 온도는 200 ∼ 250℃가 바람직하다. 이러한 가열관(2h, 2i)은 그 길이와 온도에 따라 열분해 조건에 영향을 주며, 여러 단의 도입이 가능하다.

2 단계 공정으로, 상기 용융압출된 원료를 250 ∼ 420 ℃의 온도 하에서 열분해 하는 공정을 수행한다.

상기 가열관(2h, 2i)에 투입된 용융상태의 원료 A는 가열관(2h, 2i)에 연결된 멜트펌프(2j)를 이용하여 열분해 장치(4)로 가압 이송한다.

멜트펌프(2j)는 점도가 높은 수지의 이송이 가능하도록 제작된 것으로, 원료 A를 열분해 장치(4)로 가압 이송할 수 있다. 이때의 이송량은 시간당 100 ∼ 3,000kg, 바람직하게는 시간당 600 ∼ 800kg로 설계한다.

상기 가압 이송된 용융상태의 원료 A를 열분해 장치(4)에서 열분해하여 저분자량의 왁스상태를 물질로 전환시킨 다음 냉각한다.

본 발명의 열분해 장치(4)는 첨부도면 도 1에 나타난 바와 같이 열분해 반응조(4a, 4b), 완숙 반응조(4c) 및 냉각 반응조(4d)로 이루어져 있다.

상기 공정에서 열분해 반응조(4a, 4b)에 도입된 원료 A에 열을 가하여 250 ∼ 450℃ 온도에서 열분해 과정을 수행한다.

이때, 열분해 온도는 원료 A인 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지의 고분자 결합이 분해되어 저분자의 왁스상태 물질로 전환하기 위하여 가해지는 열에너지를 의미한다. 만일, 상기 온도 범위보다 낮은 온도에서는 왁스상태로 바람직하게 전환되지 않고, 높은 온도에서는 왁스상태로 전환보다는 오일상태로의 전환이 야기되고, 왁스상태로 전환되었다 하더라도 그 비용도 많이 들어 경제성이 없어 바람직하지 못하게 된다.

이러한 열분해 반응조(4a, 4b)의 열전달 방법은 외부에서 직접 열을 전달하는 방식 및 내부에서 직접 열을 전달하는 방식이 있다. 각각의 장단점을 고려하여, 본 발명에서는 2개의 열분해 반응조(4a, 4b)를 사용한다. 상기 열분해 반응조(4a, 4b)의 외부에는 전기로(4i)를 도입하여 장착하고, 내부에는 튜브-타입의 봉히터(4j)를 삽입하여 병행 사용하는 방법을 사용한다.

이때, 열분해 반응조(4a, 4b)에 도입되는 전기로(4i)의 온도 규격은 300 ∼ 1,600℃, 바람직하기로는 1,100 ∼ 1,300℃의 것을 사용한다. 열분해 반응조(4a, 4b) 내에 투입된 원료 A는 분당 0.5 ∼ 30 ℃, 1 ∼ 3 ℃로 승온되도록 가온하는 것이 바람직하다. 또한, 열분해 반응조(4a, 4b) 내부에 투입 설치되는 봉히터(4j)의 전기 용량은 5 Kwh로, 각 반응조(4a, 4b) 당 8 개씩 도입한다.

상기 열분해 반응조(4a)에 투입된 원료 A는 멜트펌프(2j)에 의해서 연속적으로 투입되고, 가해지는 열에 의해서 용융점도가 급격하게 낮아지면서 일정한 양이 도달하면 레벨 게이지(4e)에 의하여 밸브가 개폐되어 열분해 반응조(4b)로 이송된다.

열분해 반응조(4b)에서도 4a의 열분해 반응조와 같이 원료 A의 용융점도를 낮추며 온도를 추가 상승하여 열분해 반응을 수행하게 된다. 이러한 열분해 과정을 거치게 되면서 원료 A는 고분자의 폐비닐 및 폴리올레핀 수지에서 저분자의 왁스상태 물질로 전환되는 초기화 상태가 된다.

상기 열분해 반응조(4b) 내의 원료 A가 연속적으로 투입됨에 따라, 일정량에 도달하면 레벨 게이지(4g)에 의하여 밸브(4f)가 개폐되어 완숙 반응조(4c)로 이송된다.

상기 완숙 반응조(4c)에 투입된 초기 왁스상태 물질은 360 ∼ 390 ℃의 온도에서 최종적으로 열분해 과정을 거친다.

완숙 반응조(4c)에 이송된 초기 왁스상태 물질은 용융 온도가 360 ∼ 390℃, 바람직하기로는 360 ∼ 390℃가 되도록 하여 최종적으로 열분해 과정을 거쳐 저분자 물질로 전환된다. 만일, 상기 온도 범위를 벗어나는 경우에는 최종 왁스상태의 물질의 물성이 저하되고, 연속적으로 제조하는 공정상에도 바람직하지 않은 영향을 주게 된다.

3 단계 공정으로, 상기 열분해된 왁스상태 물질을 냉각하는 공정을 수행한다.

상기 열분해 반응이 완료된 왁스상태 물질을 냉각 반응조(4d)로 이송하여 냉각반응을 수행하는데, 이때 냉각속도에 따라서 최종 왁스상태 물질의 변화가 있을 수 있으므로 주의하여야 한다. 본 발명에서는 냉각속도가 분당 3 ∼ 30 ℃로 냉각하며, 바람직하기로는 5 ∼ 10℃로 냉각반응을 수행한다.

마지막 공정으로, 상기 냉각된 왁스상태 물질을 노즐을 통하여 제품화하는 공정으로 수행하므로써 본 발명을 완성한다.

상기 냉각 반응조(4d)에서 일부 냉각된 왁스상태의 왁스 B를 펌프(4k)를 이용하여 노즐(6b)이 장착된 분사탑(6a)으로 이송한다.

상기 분사탑(6a)으로 이송된 왁스상태 물질을 냉각하고 노즐(6b)을 통하여 원하는 제품으로 제조된다.

이어서, 상기 노즐(6b)로 토출되어 냉각 조립된 왁스상태 물질은 싸이클론(6c), 선별기(6e)를 통하여 저장조(6f)로 수집하는 공정을 이룸으로써 본 발명을 완성한다.

본 발명의 분사탑(6a)은 냉각 효율에 알맞은 규격을 사용하며, 직경이 2,000 ∼ 4,000mm, 바람직하기로는 2,200 ∼ 2,500mm인 것과, 크기가 5,000 ∼ 15,000mm, 바람직하기로는 10,000 ∼ 12,000 mm인 것이 사용된다.

상기의 장치를 이용하여 고온의 왁스상태 물질을 냉각 조립하기 위해서는 여러 가지 방법이 사용될 수 있다. 본 발명에서는 분사탑(6a)에 부착된 노즐(6b)을 통하여 파우더상 또는 비드상의 제품을 제조한다. 이때, 파우더상은 입도가 18 ∼ 40 mesh의 것과, 비드상은 구슬 형상으로 입도가 12 ∼ 20 mesh로 하여 최종 제품화한다.

본 발명의 사이클론(6c)은 파우더상 제품을 포집하는 것으로, 싱글, 투윈 및 멀티 타입 사이클론(6c)의 도입이 가능하며, 포집 효율이 95 ∼ 98% 인 것을 사용한다.

그리고, 본 발명의 집진기(6d)는 미세한 입자의 외부 방출 방지를 하는 것으로, 에어-펄스 타입이 사용되고 내부에 필터가 장착되어 있다. 이러한 필터는본 발명에서 직경 100 mm ∼ 150 mm, 길이 1,000 mm ∼ 2,000 mm인 것으로 집진기내 150 개 ∼ 200개가 설계되어야 효율적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 선별기(6e)는 원형 진동타입으로 선별량이 시간당 200kg ∼ 2,000kg로 설계한다.

또한, 본 발명의 저장조(6f)는 연속 작업이 가능한 크기로 제작되어야 하며, 본 발명에서는 6 ∼ 7 ㎥의 크기로 제작한다.

이상과 같이 서술한 바에 의하여, 본 발명은 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 열분해하여 저분자량의 왁스상태의 물질로 전환하게 되며, 분자량의 범위가 1,000 ∼ 10,000인 왁스상태 물질이 얻어진다. 본 발명에 따라 제조된 왁스상태 물질의 성분을 알아보기 위하여 IR 분석을 한 결과, 주로 C-H(2921cm^-1)로 이루어진 것임을 알 수 있다.

그리고, 본 발명에 의하여 열분해시 중량감소가 5 ∼ 20%인 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용하여 왁스상태 물질로 전환 시 그 수율은 고형분으로 80 ∼ 97 중량%로 매우 우수함을 알 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 왁스상태 물질은 플라스틱의 안료분산제, 도로마킹용 핫멜트 접착제, 지붕용 싱글의 첨가조제, 케이블용 젤리의 첨가조제 및 기타 여러 가지 용도로 널리 이용될 수 있다. 특히, 종래 폐비닐이 산업 폐기물로 소각 내지는 매립되어 발생되는 환경 오염에 대한 문제점을 거의 해결될 수 있다고 볼수 있다. 또한, 그 처리비용도 매우 저렴하여 적은 비용으로 극대의 효과를 얻을 수 있어 고부가가치 산업으로 각광받을 수 있다.

이와 같은 본 발명을 실시예에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 6

폐비닐을 재가공한 중간 원료(이하 'A'라 함)를 사용하여 왁스상태의 물질을 제조하였고, A를 산소 결핍상태의 열분해 장치에 충진하여 열분해를 실시 하였다. 이때 사용된 열분해 장치는 용량이 20 L, 내압이 20 kg/㎠ 이고, 교반속도가 30 ∼ 500rpm로 조절이 가능한 sus 304 재질의 장치로 가온할 수 있는 전기로의 온도가 800 ∼ 1400℃ 정도로 된 시스템을 사용하였다.

열분해 장치에서 왁스상태 물질로 전환한 다음, 냉각하여 조립장치에서 분자량이 1,000 ∼ 10,000 정도의 왁스상태 물질을 얻었다.

열분해 조건은 온도 및 시간에 따라 변화시키면서 수행하였으며, 이와 같은 조건은 다음 표 1에 나타낸 바와 같다.

시험예

상기 실시예에서 제조된 왁스상태 물질의 성분 및 물리적인 특성을 다음에 의거하여 측정하였다.

가: 성분 분석

1. 성분 함량 분석:

왁스상태 물질 내의 탄소, 수소, 질소의 중량을 측정하기 위하여 NMR 분석을 실시하였다. 이때, 각각의 중량%는 탄소, 수소 및 질소의 합계에 의하여 측정하였으며, 23℃의 실온에서 수행하였다.

2. 유황 함량 분석:

JIS K 2541에 근거하여 연소관식 석영관 산소법으로 연소한 다음 비탁법에 의하여 측정하였다.

3. 중금속 함량:

왁스상태 물질내의 중금속류인 크롬, 카드뮴 및 납의 함량을 측정하기 위하여 원자 흡광법을 이용하여 측정하였다.

4. 분자량 및 분자량 분포도 :

열분해가 완료된 왁스상태 물질의 분자량 및 분자량 분포도를 측정하기 위하여 고온 GPC를 수행하였다. 측정 조건은 칼럼: AD 80M/S, 이동상: O-디클로로벤젠, 검출기: IR (3.42 ㎛), 온도: 140℃, 유량: 1.0 ㎖/min. 시료의 농도: 2.0 ㎎/㎖로 하여 실온 23 ℃의 항온 항습실에서 측정하였다.

나. 물성측정

다음과 같은 물성을 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.

1. 용융점도(cps):

브룩필드 항온 점도계(Brookfield Thermosel Viscometer, model LVT-type)를 이용하여 140 ℃에서 측정하였다.

2. 연화점(℃):

ASTM E-28에 의거하여 링 앤드 볼 측정법(Ring & Ball method)으로 측정하였다.

3. 밀도(g/㎤):

ASTM D-792에 의거하여 수중 치환법으로 측정하였다.

4. 산가(KOH mg/g):

ASTM D-1386에 의거한 방식으로 측정하였다.

NMR의 분석의 결과, 왁스상태 물질은 탄소, 수소, 및 질소로 이루어져 있으며, 그 함량은 탄소 84.5 중량%, 수소 14.3 중량% 및, 질소 0.2 중량%가 함유됨을 알 수 있었다. 또한, 중금속 및 유황 성분은 미량 검출로 각각 검출 한계이었다.

상기 표 1에 의하면, 열분해 시 온도 및 시간에 따라 왁스상태 물질의 수평균 분자량이 7500, 4300, 3500, 2600, 및 1850으로 열분해 온도가 증가함에 따라 수평균 분자량이 급격하게 저하됨을 알 수 있었다. 또한, 열분해 시간이 증가함에 따라서도 상기 온도와 마찬가지로 분자량의 저하를 가져왔다.

대표적으로, 첨부도면 도 2에 본 발명의 실시예 1의 분자량 및 분자량 분포도를 나타낸 바, 분자량 분포도(polydispersity)에 있어서도 1.67로 비교적 좁은 형태를 나타냈다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 열분해 하므로써 분자량이 저하된 왁스상태 물질로 전환됨을 알 수 있었다.

본 발명은 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 저 비용으로 열분해 하여 왁스상태 물질을 제조함에 있어서, 산업 폐기물을 이용 저 비용으로 왁스상태 물질을 제조함은 첨가제 공업의 경쟁력을 높이게 하는 고부가가치 산업으로 창출할 수 있다. 또 한편으로는, 늘어나는 산업 폐기물의 재활용으로 지속적으로 환경 폐기물에 대한 문제점을 해결함으로써 환경의 오염방지 문제를 줄이게 되는 효과를 동반하는 왁스상태 물질의 제조하는 방법과 그 제조 장치를 제공하는 효과가 있다.

본 발명은 종래의 기술보다 원료인 폐비닐이 열분해 후 왁스상태의 물질로 전환되어 얻는 왁스의 수율이 고형분 기준으로 80 ∼ 97%로 뛰어나 산업화하는 데 있어서도 매우 효과적이다.

Claims (4)

1. 불활성가스 투입용 및 배기용 밸브가 장착된 호퍼의 출구에 압출기가 연결된 원료공급장치; 전기로가 도입된 열분해 반응조, 완숙 반응조 및 냉각 반응조로 이루어진 열분해 장치; 분사탑, 사이클론, 집진기, 선별기 및 저장조로 이루어진 조립장치 및 회수장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조장치.
2. 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 열분해 하여 왁스상태의 물질로 제조하는 방법에 있어서,

   상기 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 산소결핍 분위기 하에서 원료공급장치에 주입 후 용융압출 하는 공정;

   상기 용융압출된 원료를 열분해 반응조에서 250 ∼ 420 ℃의 온도 하에서 열분해 후 완숙 반응조에서 추가 열분해 하는 공정;

   상기 열분해된 원료를 냉각 반응조에서 냉각하는 공정; 그리고

   냉각된 원료를 분사탑에 부착된 노즐을 통하여 제품화하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지는 열분해율이 5 ∼ 20 중량%인 것을 특징으로 하는 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 왁스상태 물질은 수평균 분자량이 1,000 ∼ 10,000인 것을 특징으로 하는 폐비닐 및 폴리올레핀계 수지를 이용한 왁스상태 물질의 제조방법.