KR100476626B1

KR100476626B1 - 폐스티로폼 감용액 및 이를 이용한 폐스티로폼 감용화 방법

Info

Publication number: KR100476626B1
Application number: KR10-2003-0049108A
Authority: KR
Inventors: 정세진
Original assignee: 주식회사 티알환경기술; 정세진
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-03-17
Also published as: KR20050010183A

Abstract

본 발명은 폐스티로폼 감용액 및 이를 이용한 폐스티로폼 감용화 방법에 관한 것으로, 본 발명의 감용액은 오렌지 오일 30-60중량%와 올렌산(oleic acid), 올리브유, 동백기름, 가축의 유지 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 블로킹제 40-70중량%로 구성되며, 본 발명의 감용화 방법은 본 발명의 감용액을 폐스티로폼에 0.3 내지 5중량% 분사한 후, 35-45℃의 온도에서 가압하여 잉고트화 하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 감용액은 적은 량의 사용으로도 매우 효과적으로 폐스티로폼을 감용할 수 있으며, 감용화 과정에서 냄새나 기타 오염물질의 발생이 전혀 없을 뿐만 아니라, 낮은 온도에서 감용화가 이루어지므로 화재의 발생이 근본적으로 방지된다.

Description

폐스티로폼 감용액 및 이를 이용한 폐스티로폼 감용화 방법 {Wasted styrofoam reducing agent and reducing method of wasted styrofoam using thereof}

본 발명은 폐스티로폼 감용액 및 이를 이용한 폐스티로폼 감용화 방법에 관한 것으로, 보다 상세하기로는 환경에 무해하고 악취의 발생이 없는 폐스티로폼 감용액 및 이를 이용한 감용화 방법에 관한 것이다.

2000년을 기준으로 국내에서 생산되는 포장재 스티로폼은 년간 약 7만5천톤이며, 이 중 폐기물로 발생되는 폐스티로폼은 약 5천톤이다. 발생된 폐스티로폼의 절반 가량은 재활용되지만 나머지 절반 가량은 매립 또는 소각처리되고 있는 실정이다.

폐스티로폼을 매립 또는 소각처리하는 것은 환경 친화적이지 못하므로 재활용하는 것이 바람직하다. 또한 폐스티로폼은 부피가 커서 운송비가 많이 소요되므로 재활용 방법 중 가장 바람직한 것은 폐스티로폼이 발생된 장소에서 폐스티로폼을 감용화하여 잉고트화시켜 목재 대용으로 재활용하는 것이다.

폐스티로폼을 감용화하여 잉고트로 제조하는 종래의 기술은 직접 가열방식인 열풍식, 간접가열 방식인 압출식 및 압축식 방법이 있다. 그러나 이러한 방법들은 감용화 과정에서 유독성 가스가 발생하여 작업환경이 극히 열악하다는 문제점과 직접 가열의 경우 150℃ 이상의 온도로 가열하여야 하므로 비교적 에너지 비용이 많이 소요된다는 문제점을 가지고 있다.

이러한 문제점을 해결한 기술로는 톨루엔, 아세톤, 염화메틸 등과 같은 용제를 사용한 용액 감용식 방법이 있다. 이러한 기술들은 폐스티로폼을 용제에 녹여 액상화시키는 방법으로, 전기한 바와 같은 가열식 방법의 문제점인 유독성 가스의 발생은 방지되지만 용제 자체가 유해물질이며, 작업시 화재의 위험성이 높을 뿐만 아니라, 특히 감용화 한 후에 다시 용제를 증류한 후에 재사용하여야 하므로 비용이 많이 들고 감용화 한 스티로폼은 원래의 물성을 잃게 되어 재사용 범위가 크게 제한된다는 문제점을 가지고 있다.

상기 기술의 문제점을 해결한 기술로는 한국공개특허 제2003-32486호를 들 수 있다. 이 기술은 감용용액으로 50-99%의 증류수와 1-50%의 석유계 용액의 혼합물을 사용하여 폐스티로폼을 감용화함으로써 물성 변화가 없는 펠렛 또는 잉고트로 제조하여 목재 대용으로 재활용하는 기술이다.

그러나 이 기술은 사용되는 석유계 용액을 구체적으로 적시하지 아니하였을 뿐만 아니라, 폐스티로폼을 녹일 수 있는 용제는 이미 잘 알려진 바와 같이 전술한 "톨루엔", "아세톤" 등이며, 상기 기술은 이러한 용제를 물에 혼합하여 사용하는 것으로 여겨지며, 따라서 이 기술은 용액 감용식 방법의 문제점인 유해물질인 용제를 사용하고 작업시 화재의 위험성이 높다는 문제점을 여전히 가지고 있을 뿐만 아니라, 서로 잘 섞이지 않는 물과 용제를 혼합하는 데에 대한 구체적인 수단이 결여되어 있다.

본 발명은 폐스티로폼을 감용화 하여 재활용하는 데에 수반되는 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐스티로폼을 물성 변화가 없도록 감용화 하여 목재 대용으로 사용이 가능한 잉고트로 변화시키는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은 감용화 작업시 악취가 발생하지 아니하며 화재의 위험성이 없는 폐스티로폼 감용액을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 비용이 많이 소요되는 감용화 후 감용액을 증류시켜 회수하는 공정을 생략 가능하게 하는 것이다.

본 발명은 오렌지 오일 30-60중량%와 올렌산(oleic acid), 동백기름, 올리브유 및 가축의 유지 중 선택된 1종 이상의 블록킹제 40-70중량%로 구성된다. 필요에 따라 향기 부여성분을 추가할 수 있으며, 천연의 오렌지 오일 또는 레몬 오일이 아니더라도 이와 유사한 성분을 가지는 합성오일도 대체 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

오렌지 오일은 협의로는 오렌지의 과피에 존재하는 오일 세포를 압착에 의하여 파괴함으로써 추출되는 오일을 의미하지만, 광의로는 밀감속 여러 종의 식물의 과피를 압착하여 얻어진 오일을 통칭하는 의미로 사용되기도 한다. 본 발명에서의 오렌지 오일은 광의의 오렌지 오일을 의미하며, 여기에는 레몬 오일, 밀감 오일 등이 포함된다.

오렌지 오일에는 시트랄(citral), 리모넨(limonen) 등의 성분을 함유하고 있으며, 이러한 성분들은 페인트나 기름 성분의 오염제거능력이 우수하여 세제 또는 섬유유연제 등으로 적용되고 있다. 또한 오렌지 오일은 스티로폼을 빠른 시간에 완전하게 녹이는 성질을 가지고 있다.

폐스티로폼을 감용화시킴에 있어서, 폐스티로폼을 오렌지 오일에 담그게 되면 빠른 시간에 완전히 녹아서 액화되므로 효과적으로 감용화시킬 수는 있다. 그러나 문제는 이 액화된 폐스티로폼은 감용액과 분리되어 재사용되어야 하는데, 이러한 분리과정에서 많은 비용이 소요된다는 점이다.

본 발명에서는 이러한 오렌지 오일의 성질을 이용하되, 폐스티로폼이 완전히 녹지 않고 부분적으로 고분자 상태가 유지하도록 함으로써 폐스티로폼 내부의 기공에 존재하는 공기를 폐스티로폼 외부로 배출시켜 감용화시키고, 감용화된 폐스티로폼은 인고트화되어 목재대용으로 재활용되도록 하였다.

오렌지 오일의 용해시키는 특성을 감소시키게 되면 폐스티로폼이 완전하게 용해되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위하여 오렌지 오일을 물로 희석시키는 것을 고려할 수 있으나 오렌지 오일은 물과 섞이지 않으므로 실시가 불가능하다. 물 외에 알콜류나 에테르 등의 용매를 고려할 수 있으나 이러한 용매들은 휘발성이 높아서 보관상의 문제점 외에 작업시 화재 발생의 위험성이 높아지는 문제점이 있으므로 역시 적용이 곤란하다.

본 발명에서는 올레인산, 올리브유, 동백기름, 가축의 유지 중 선택된 1종 또는 2종 이상을 블로킹제로 사용하여 오렌지 오일의 용해성을 감소시킨다. 전술한 블로킹제는 오렌지 오일과 혼화성이 우수할 뿐만 아니라, 빙점이 낮고 비등점이 높아서 안정하다. 그리고 오렌지 오일의 농도를 감소시킴과 동시에 폐스티로폼의 용해를 방해하는 역할을 한다.

오렌지 오일과 블로킹제의 적절한 사용비율은 중량비로 30-60 : 40-70이다. 오렌지 오일의 비율이 상기 범위 미만의 경우에는 폐스티로폼을 용해시키는 능력이 지나치게 감소하여 작업시간이 길어지게 되는 문제점이 발생하며, 상기 범위를 초과할 경우에는 폐스티로폼을 완전하게 용해시키게 되는 문제점이 발생한다.

상기 구성의 감용액에 필요에 따라 투명성을 향상시키기 위해서는 피넨 (pinene)을 5-15중량% 첨가할 수 있으며, 천연의 오렌지 오일 대신에 이와 유사한 조성을 가지는 합성 오일의 사용도 가능하다. 또한 오렌지 오일의 성분 중 용해성이 가장 우수한 성분인 리모넨 또는 시트랄 단독을 오렌지 오일 대신 사용할 수도 있다. 그러나 이 경우는 제품의 단가가 천연의 오렌지 오일을 사용하는 것 보다 높아지게 된다.

상기와 같은 본 발명의 감용액은 비중이 0.84-0.92로 물보다 가볍고 물과 섞이지 않기 때문에 폐스티로폼에 부착된 물이나 테이프, 흙 등의 이물질이 감용액 하부로 가라앉게 되므로 감용 후 이물질의 분리가 매우 용이하게 된다. 또한 빙점이 -55℃ 전후로 매우 낮고, 비등점이 170-180℃로 비교적 높아서 장기 보관시에도 매우 안정적이다. 그리고 인화점이 188℃ 이상으로 비교적 높아서 화재의 위험성을 크게 감소시킬 수 있다. 또한 본 발명의 감용액은 인체에 유해성이 없는 물질로만 구성되므로 작업환경이나 주위환경에 어떠한 공해물질을 발생하지 않는다.

본 발명의 감용화 방법은 통상의 방법대로 먼저, 폐스티로폼을 직경 5㎝ 이내의 입자로 파쇄한 다음, 이 파쇄된 입자에 본 발명의 감용액을 분사하여 부분적으로 폐스티로폼을 녹여서 내부에 존재하는 공기를 외부로 방출시킴으로써 잉고트화 시키는 것으로 구성된다.

감용화 공정의 적절한 온도범위는 35-45℃이며, 이 범위 미만의 경우에는 감용화 속도가 지나치게 낮아서 작업성이 저하하게 되며, 이 범위를 초과할 경우에는 감용액의 열화가 일어날 수 있으므로 부적절하다.

감용액을 분사할 때, 분사되는 감용액의 입자크기를 감소시킬수록, 그리고 분사압력이 클수록 감용효과가 향상되어 감용액의 사용량이 줄어든다. 감용액은 비교적 고가이므로 감용액의 사용량은 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다. 일반적으로는 얻어지는 잉고트의 1-5중량%의 감용액이 사용되지만, 기계적으로 감용액의 분사압력과 분사되는 감용액 입자크기를 조절하게 되면 0.3-0.5중량%의 감용액을 사용하여도 원하는 시간 내에 감용화 작업을 완료할 수 있다.

작업시간을 줄이기 위하여 감용액이 분사된 후 스크류, 프레스 등으로 폐스티로폼을 압착하는 공정이 필요하며, 압착되면서 폐스티로폼에 함유된 공기는 계속적으로 외부로 배출되며 압착 완료 후에는 거의 100%에 가깝도록 공기가 제거된다. 본 발명의 감용액을 분사한 후 압착하는 경우에는 순수하게 물리적으로 폐스티로폼을 압착하는 경우에 비하여 1/10 내지 1/100 정도의 압력으로 압착하여도 충분한 생산성을 가지게 된다.

감용액이 얻어지는 잉고트를 기준으로 5중량% 이내 사용될 경우에는 얻어지는 잉고트에 함유되는 유분이 1.5중량% 이내이므로 별도의 건조과정을 거칠 필요 없이 바로 재활용될 수 있으나 이 범위를 초과하는 경우에는 별도의 건조과정이 필요하다.

이러한 과정을 통하여 얻어진 잉고트는 통상의 방법대로 펠레트화 되어 인조바위, 벤취, 액자 등의 제조에 목재대용의 재료로 사용된다.

본 발명의 실시예는 아래와 같다.

<제조실시예 1>

오렌지 오일 4.5㎏과 올렌산 5.5㎏을 혼합하여 온도를 45℃에서 10분간 방치하여 "감용액 A"를 제조하였다.

<제조실시예 2>

오렌지 오일 2.5㎏, 리모넨 2.0㎏, 올렌산 5.5㎏을 혼합하여 제조실시예1과 동일하게 하여 "감용액 B"를 제조하였다.

<제조실시예 3>

시트랄 2.0㎏, 리모넨 2.5㎏과 올렌산 5.5㎏을 혼합하여 제조실시예1과 동일하게 하여 "감용액 C"를 제조하였다.

<제조실시예 4>

오렌지 오일 4.0㎏, 피넨 1.0㎏과 올렌산 5.0㎏을 혼합하여 제조실시예1과 동일하게 하여 "감용액 D"를 제조하였다.

<제조실시예 5>

제조실시예 1과 동일하게 시행하되, 올렌산을 동백기름으로 대체하여 "감용액 E"를 제조하였다.

<제조실시예 6>

제조실시예 1과 동일하게 시행하되, 올렌산을 올리브유로 대체하여 "감용액 F"를 제조하였다.

<제조실시예 7>

제조실시예 1과 동일하게 시행하되, 올렌산을 소의 유지(우지)로 대체하여 "감용액 G"를 제조하였다,

<비교제조예 1>

오렌지 오일 6.5㎏, 올렌산 3.5㎏을 혼합하여 제조실시예 1과 동일하게 하여 "감용액 H"를 제조하였다.

<비교제조예 2>

오렌지 오일 2.5㎏, 올렌산 7.5㎏을 혼합하여 제조실시예 1과 동일하게 하여 "감용액 I"를 제조하였다.

<실시예 1>

폐스티로폼을 20-50㎜의 크기로 분쇄하고 호퍼에 넣은 후 제조실시예 및 비교제조예에 의하여 제조된 각 감용액을 폐스티로폼 10㎏에 대하여 10초당 0.5g의 감용액을 분사하는 속도로 총 100g씩의 감용액을 분사압력이 5㎏/㎝가 되도록 분사노즐을 통하여 분사하였다.

감용액이 분사된 폐스티로폼 입자는 내부의 기포에 존재하던 공기를 외부로 방출하면서 감용되기 시작하였으며, 감용된 폐스티로폼은 호퍼 하부로 이동된 후 호퍼 하부에 장착된 압출기로 투입되었다. 투입된 폐스티로폼은 0.5마력의 압출기에서 압출되면서 완전하게 감용되어 잉고트화 되었다. 압출시 압력에 의하여 온도는 40-45℃ 정도로 상승하였으며, 압출속도 및 얻어진 잉고트의 상태는 아래의 표1과 같았다.

<표 1>

구분	압출속도	잉고트에 함유된 유분	악취발생 여부	비고
감용액 A	37.0g/10초	1.02wt.%	무
감용액 B	39.5g/10초	1.03wt.%	무
감용액 C	38.5g/10초	1.01wt.%	무
감용액 D	38.0g/10초	1.01wt.%	무	분무상태 양호
감용액 E	34.5g/10초	1.12wt.%	무
감용액 F	31.0g/10초	1.15wt.%	무
감용액 G	28.5g/10초	1.18wt.%	무
감용액 H	-	-	무	완전용해되어 압출불가
감용액 I	-	-	무	감용화가 일어나지 않음

<실시예 2>

제조실시예 1에 의하여 얻어진 "감용액 A" 중에서 오렌지 오일 대신에 레몬 오일을 대체한 감용액을 사용하여 실시예 1과 동일하게 폐스티로폼을 감용화하였으며, 그 결과 압출속도는 36.2g/10초이었고 잉고트에 함유된 유분은 1.03wt.% 였다.

<비교예 1>

제조실시예 1에 의하여 얻어진 "감용액 A"를 사용하되 감용액의 사용량을 550g으로 증량시키고 나머지는 실시예와 동일하게 시행하였다. 압출속도는 135.5g/10초로 증가하였으나, 얻어진 잉고트는 유분함유량이 6.5wt.%로 별도의 건조 또는 증류공정이 필요하였다.

<비교예 2>

제조실시예 1에 의하여 얻어진 "감용액 A"를 사용하되 감용액의 사용량을 25g으로 감소시키고 나머지는 실시예와 동일하게 시행하였다. 압출속도가 6.1g/10초로 감소하여 생산성이 현격하게 저하하였다.

<비교예 3>

제조실시예 1에 의하여 얻어진 "감용액 A"를 사용하여 실시예와 동일하게 시행하되 호퍼 내부의 온도 및 압출온도를 52℃로 조절하였다. 그 결과 시험 시작 후 10분 동안에는 압출속도가 48.5g/10초로 우수하였으나, 이 이후에는 감용액이 점차 열화되어 불투명하게 변하였으며, 압출속도도 15.0g/10초로 감소하였다.

이상의 실시예를 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 감용액은 적은 량의 사용으로도 매우 효과적으로 폐스티로폼을 감용할 수 있으며, 감용화 과정에서 냄새나 기타 오염물질의 발생이 전혀 없을 뿐만 아니라, 낮은 온도에서 감용화가 이루어지므로 화재의 발생이 근본적으로 방지된다.

또한 감용액의 투입으로 인하여 적은 압력으로 압착을 하여도 쉽게 감용화가 일어나므로 감용화 설비의 소형화를 이룰 수 있으며, 감용된 후에는 사용된 감용액이 건조되어 별도의 건조 또는 증류과정 없이도 그대로 얻어진 잉고트를 재료로 사용할 수 있다.

Claims

오렌지 오일 30-60중량%와 올렌산(oleic acid), 올리브유, 동백기름, 가축의 유지 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 블로킹제 40-70중량%로 구성되며, 필요에 따라 투명성을 향상시키기 위해 피넨이 5-15중량% 추가되는 것을 특징으로 하는 폐스티로폼 감용액.
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제 1항 기재의 감용액을 폐스티로폼에 미량 분사한 후 35-45℃의 온도에서 가압하여 잉고트화 하되, 상기 감용액은 얻어지는 잉코트의 0.3 내지 5중량% 범위이며, 폐스티로폼 잉고트는 유분의 함량이 1.5중량% 이내인 것을 특징으로 하는 폐스티로폼 감용화 방법.
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