KR100785047B1 - 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치 및 그제조방법 - Google Patents

폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐폴리에틸렌필름을 재생하여 활용하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 폐폴리에틸렌필름을 절단하는 절단기와; 절단된 폐폴리에틸렌필름을 용융압축하는 용융압축기(10)와; 모래저장호퍼(21)와 이송컨베이어(20'), 건조기(23), 냉각기(24), 스크린(28)을 구비한 모래가공 공급기(20)와; 액상의 폐폴리에틸렌 및 모래를 공급받아 혼합하는 가압혼합기(30)와; 상기 가압혼합기(30)에서 생성된 혼합물을 프레스 성형기로 이동시키는 이송컨베이어(30')및; 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 프레스 성형기(40)와; 성형된 제품을 냉각기로 이동시키는 매쉬컨베이어(40') 및; 성형된 제품을 냉각시키는 냉각기(41)로 구성되어 폐폴리에틸렌필름을 3단계의 트윈익스트루더로 가압용융하여 폐폴리에틸렌필름을 완전히 용융시켜 결합제로하여 모래 등의 골재와 혼합한 후 소정형태로 가압하여 제조함으로써 압축강도 등에서 우수한 폴리머 콘크리트제품을 저렴하게 제조할 수 있고, 폐기되는 폴리에틸렌필름을 재활용함으로써 자연환경을 보호하여 공해를 방지할 수 있으며, 재생이 용이한 저밀도 폴리에틸렌필름뿐만 아니라 재생이 용이하지 않아 폐기가 불가피한 고밀도 폴리에틸렌필름도 재활용할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.
폐폴리에틸렌, 압축강도, 폴리머콘크리트, 프레스성형기.

Description

폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치 및 그 제조방법{A polymer concrete product manufacturing method which uses disused polyethylene and manufacture system}
도 1은 본 발명에 따른 모래가공 공급기의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 용융압축기(트윈익스트루더), 가압혼합기, 프레스 성형기 및 냉각기의 개략도,
도 3은 본 발명 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조방법을 실현하는 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 프레스 성형기로 플륨관을 성형하는 상태의 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 용융압축기 10' : 컨베이어
11, 12, 13 : 트윈익스트루더 11a : 폐폴리에틸렌필름 저장호퍼
12a, 13a : 폐폴리에틸렌 저장호퍼 20 : 모래가공 공급기
20', 30' : 이송컨베이어 21 : 모래저장호퍼
23 : 건조기 24 : 냉각기
26, 26' : 브래킷 피더 27, 29 : 사이로
28 : 스크린 30 : 가압혼합기
40 : 프레스 성형기 40' : 매쉬컨베이어
41 : 냉각기 50 : 플륨관
51 : 상부 성형틀 52 :하부 성형틀
본 발명은 폐폴리에틸렌필름을 재생하여 활용하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수거한 폐폴리에틸렌필름을 융융하여 압축강도가 높고 내약품성이 우수한 결합제 재료를 생산하여 기기의 기초대나 농수용 필름 및 건축자재 등을 제조함으로써 폐자원의 재활용 및 환경보존에 일조할 수 있는 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학공업의 발달에 따라 인류의 일상생활에 없어서는 아니될 필수품이된 합성수지제품인 비닐은 많은 장점에도 불구하고 소각시 유독물질의 발생, 자연상태에서의 난분해성 때문에 그 폐기물의 처리가 큰 사회문제로 대두되고 있다. 특히, 비닐중 폴리에틸렌(Polyethylene)은 내수성, 내약품성, 전기절연성이 우수하며 무독성이어서 많은 분야에서 사용되고 있으나, 이를 수거하여 폐기처리하는 데에는 많은 기술적인 문제와 제비용등의 문제 및 환경오염 등의 난제(難題)가 산적되어 있다. 일예로 이러한 폴리에스틸렌필름은 농사용으로 널리 사용되고 있으며, 최근에는 이들 필름을 사용후 폐기 처분하는데 많은 어려움을 격고 있는 실정 이다.
따라서, 폐비닐의 재생 내지 재활용 문제는 단순한 에너지 절약의 차원을 넘어 폐기물 처리의 가장 이상적인 방안으로서 최근 선진 각국의 주요 관심사가 되고 있다.
폐비닐의 재생이용기술은 크게 용융재생법과 용해재생법으로 구분할 수 있다. 용융재생법은 폐비닐을 가열하여 용융상태로 하고 형에 넣어 일정한 형태로 냉각시키는 방법이며, 용해재생법은 용매를 사용하여 폐비닐을 용해하는 방법이다. 이때, 폴리에틸렌은 80℃∼100에서 용매인 파라핀계 탄화수소에 15% 정도 용해되거나, 용매인 광유(mineral oil)에 3.5% 정도 용해된다. 하지만, 이들 용매를 사용할 경우 그 처리비가 상승하게 되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하고자 본 발명의 출원인은 특허출원 제10-1996-74747호의 "폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치 및 그 제조방법"을 출원하여 특허등록받은 바 있다.
그러나 상기 특허출원 제10-1996-74747호는 프레스성형기가 로터리형이어서 성형된 제조품이 배출된 이후에 다시 제품을 성형하기 때문에 단시간에 많은 제품을 성형할 수 없다고 하는 문제점 뿐만 아니라 폐폴리에틸렌필름을 트윈익스트루더로 1차 가압용융하고, 싱글익스트루더로 2차 가압용융하는 것이나 이러한 가압용융으로는 폐폴리에틸렌필름이 완전히 용융되지 않는다고 하는 결점이 있었다.
본 발명은 상기한 실정을 고려하여 종래 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크 리트제품 제조장치 및 그 제조방법을 개선한 것으로서, 폐폴리에틸렌필름을 3단계의 트윈익스트루더로 가압용융하여 열가소성수지인 폐폴리에틸렌필름을 완전히 용융시켜 결합제로서 사용하여 모래 등의 골재와 혼합한 후 소정형태로 가압하여 압축강도 등에서 우수한 폴리머 콘크리트제품을 저렴하게 제조할 수 있는 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 폐폴리에틸렌필름을 3단계의 트윈익스트루더로 가압용융하여 열가소성수지인 폐폴리에틸렌필름을 완전히 용융시켜 결합제로서 사용하여 모래 등의 골재와 혼합한 후 소정형태로 가압하여 압축강도 등에서 우수한 폴리머 콘크리트제품을 저렴하게 제조할 수 있는 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐기되는 폴리에틸렌필름을 재활용하여 압축강도, 내화성, 내약품성 등이 우수한 기기의 기초대 및 보도블록 등의 자재를 제공하고자 함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 폐기되는 폴리에틸렌필름을 재활용으로 활용함으로써 자연환경을 보호하여 공해를 방지하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 재생이 용이한 저밀도 폴리에틸렌필름뿐만 아니라 재생이 용이하지 않아 폐기가 불가피한 고밀도 폴리에틸렌필름을 재활용할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조방법은 폐폴리에틸렌필름을 수집하고, 모래를 준비하는 원료수집준비공정과; 수집된 폐폴리에틸렌필름을 통상적인 절단기로 절단하는 원료절단공정과; 상 기 절단된 폐폴리에틸렌필름을 1차, 2차, 3차에 걸쳐 용융압축하는 용융압축공정과; 용유압축된 액상의 폐폴리에틸렌과 모래을 균일하게 혼합하는 혼합공정과; 상기 혼합공정에서 생성된 혼합물을 프레스 성형기로 가압하여 소정의 형상으로 성형하여 제품을 생산하는 프레스성형공정 및; 성형된 제품을 냉각기로 냉각한 후 롤컨베이어로 적치장에 적치하는 냉각 및 적치공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치는 폐폴리에틸렌필름을 소정길이로 절단하는 통상의 절단기와; 절단기로 절단된 폐폴리에틸렌필름을 용융압축하는 용융압축기(트윈익스트루더)와; 모래를 저장하는 모래저장호퍼와 모래를 이동시키는 컨베이어, 건조기, 냉각기, 스크린을 구비한 모래가공 공급기와; 상기 용융압축기와 모래가공 공급기의 배출단에 연결되어 용융압축된 액상의 폐폴리에틸렌 및 모래를 공급받아 균일한 혼합물을 만드는 가압혼합기와; 상기 가압혼합기에서 생성된 혼합물을 프레스성형기로 이동시키는 이송컨베이어와; 이송된 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 프레스성형기와; 성형된 제품을 냉각기로 이동시키는 매쉬컨베이어 및; 성형된 제품을 냉각시키는 냉각기로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치 및 그 제조방법을 바람직한 실시예로서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 도 1은 본 발명에 따른 모래가공 공급기의 개략도, 도 2는 본 발명에 따른 용융압축기(트윈익스트루더), 가압혼합기, 프레스 성형기 및 냉각기의 개략 도, 도 3는 본 발명 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조방법을 실현하는 순서도로서, 본 발명 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치는 폐폴리에틸렌필름을 소정길이로 절단하는 통상의 절단기와; 절단기로 절단된 폐폴리에틸렌필름을 용융압축하는 용융압축기(10)와; 모래를 저장하는 모래저장호퍼(21)와 모래를 이동시키는 컨베이어(20'), 건조기(23), 냉각기(24), 스크린(28)을 구비한 모래가공 공급기(20)와; 상기 용융압축기(10)와 모래가공 공급기(20)의 배출단에 연결되어 용융압축된 액상의 폐폴리에틸렌 및 모래를 공급받아 균일한 혼합물을 만드는 가압혼합기(30)와; 상기 가압혼합기(30)에서 생성된 혼합물을 프레스 성형기로 이동시키는 이송컨베이어(30')와; 이송된 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 프레스 성형기(40)와; 성형된 제품을 냉각기로 이동시키는 매쉬컨베이어(40') 및; 성형된 제품을 냉각시키는 냉각기(41)로 구성되어 있다.
상기 절단기는 폐폴리에틸렌필름을 1m 정도로 절단하는 것으로서, 도시하지 않은 통상적인 절단기를 사용하게 된다.
상기 용융압축기(10)는 도시하지 않은 절단기로부터 공급된 폐폴리에틸렌필름을 1차, 2차, 3차에 걸쳐 가압용융하는 것으로서 3개의 트윈익스트루더(11, 12, 13; Twin Extruder)로 구성되어 있다. 따라서 절단기로 절단된 폐폴리에틸렌필름이 컨베이어(10')로 이송되어 1차 폐폴리에틸렌필름 저장호퍼(11a)에 저장된 후 트윈익스트루더(11)로 인가 되도록 되어 있고, 1차로 트윈익스트루더(11)에서 용융압축된 폐폴리에틸렌은 폐폴리에틸렌 저장호퍼(12a)를 통해 트윈익스트루더(12)로 인가 되어 2차로 용융압축되도록 되어 있으며, 2차로 트윈익스트루더(12)에서 용융압축 된 폐폴리에틸렌은 폐폴리에틸렌 저장호퍼(13a)를 통해 트윈익스트루더(13)로 인가 되어 3차로 용융압축되도록 되어 있다.
상기 트윈익스트루더(13)에서 3차로 용유압축된 액상의 폐폴리에틸렌을 상기 모래가공 공급기(20)를 거친 모래와 혼합하기 위한 가압혼합기(30)가 상기 트윈익스트루더(13)의 배출단에 설치되어 있고, 이 가압혼합기(30)에는 상기 모래가공 공급기(20)에서 배출되는 모래도 공급되도록 되어 있다.
상기 모래가공 공급기(20)는 모래를 저장하는 모래저장호퍼(21)와, 상기 모래저장호퍼(21)에 저장된 모래를 건조기(23)로 이송하는 이송컨베이어(20')와, 상기 이송컨베이어(20')로 이송되어온 모래를 건조시키는 건조기(23)와, 상기 건조기(23)로 건조된 모래를 냉각시키는 냉각기(24)와, 상기 냉각기(24)에서 냉각된 모래를 사일로(27)로 이동시키는 브래킷 피더(26)와, 상기 브래킷 피더(26)로 이송되어온 모래를 저장하는 사이로(27)와, 상기 사이로(27)에 저장된 모래를 선별하는 스크린(28)과, 상기 스크린(28)에서 선별된 모래를 이송하는 브래킷 피더(26')와, 상기 브래킷 피더(26')로 이송되어온 모래를 저장하는 사이로(29)로 구성되어 있다.
상기 가압혼합기(30)에서 액상의 폐폴리에틸렌과 혼합된 모래를 프레스 성형기(40)로 이송하도록 가압혼합기(30)의 배출단에 이송컨베이어(30')가 설치되어 있고, 이송컨베이어(30')의 배출단에 프레스성형기(40)가 설치되어 있다.
그리고 상기 프레스성형기(40) 다음 단에는 성형된 제품을 냉각기(41)로 이송하는 매쉬컨베이어(40')가 설치되어 있고, 상기 매쉬컨베이어(40') 다음 단에는 성형된 제품을 냉각시키는 냉각기(41)가 설치되어 있다.
다음에는 이와 같이 구성된 본 발명 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치로 폴리머콘크리트제품을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조방법을 실현하는 순서도로서, 먼저 원료수집준비공정에서 폐폴리에틸렌필름을 수집하고, 모래를 준비하여 모래저장호퍼(21)에 저장한다(S1단계).
다음에 원료절단공정에서 수집된 폐폴리에틸렌필름을 통상의 절단기로 길이 1m 정도로 절단하고(S2단계), 이어 절단된 폐폴리에틸렌필름을 1차, 2차, 3차에 걸쳐 용융압축하며, 준비한 모래는 가공처리한다. 즉, 1차 용융압축공정을 실행하여 트윈익스트루더(11)에서 폐폴리에틸렌필름을 온도 230 ∼ 250℃로 1차 용융압축하고(S3단계), 모래건조공정에서 모래저장호퍼(21)에 저장된 모래를 이송컨베이어(20')로 건조기(23)에 이송하여 건조시킨다(S4단계).
다음으로 2차 용융압축공정을 실행하여 트윈익스트루더(12)에서 상기 1차 용융압축공정(S3단계)에서 용융압축된 폐폴리에틸렌을 온도 225 ∼ 230℃로 2차 용융압축하고(S5단계), 모래냉각공정을 실행하여 건조된 모래를 냉각기(24)에서 냉각시킨다(S6단계).
계속하여 3차 용융압축공정을 실행하여 트윈익스트루더(13)에서 상기 2차 용융압축공정(S5단계)에서 용융압축된 폐폴리에틸렌을 온도 190 ∼ 195℃로 3차 용융압축하고(S7단계), 냉각된 모래는 브래킷 피더(26)로 사이로(27)에 이송하여 저장한 후 모래선별공정에서 스크린(28)으로 모래를 선별한다(S8단계).
그 다음 혼합공정을 실행하여 가압혼합기(30)에서 상기 3차 용융압축공정을 통해 용융된 액상의 폐폴리에틸렌과 모래선별공정에서 선별된 모래를 혼합하여 혼합물을 생성한다(S9단계).
그 후 프레스성형공정을 실행하여 상기 혼합공정(S9)에서 생성된 혼합물을 프레스성형기(40)로 가압하여 소정의 형상으로 성형하여 제품을 생산한다(S10단계).
마지막으로 냉각ㆍ적치공정을 실행하여 성형된 제품을 매쉬컨베이어(40')로 냉각기(41)를 통과하도록 하여 냉각시킨 후 적치장에 적치함으로써 폴리머콘크리트제품의 제조를 완료한다.
도 4는 본 발명에 따른 프레스성형기로 플륨관을 성형하는 상태의 단면도이다. 도면에서 도면부호 50은 플륨관이고, 51은 상부 성형틀이며, 52는 하부 성형틀이다. 이와 같은 형상을 갖는 플륨관(50)은 프레스에 의해 평판의 혼합물을 약 2,000 Ton으로 가압하여 성형하는데, 그때 혼합물에 철근들을 일정간격으로 넣어 압인함으로써 폴리머-철근콘크리트 성형품을 제조할 수도 있다. 이와 같이 하면, 철근은 성형품 내에 띠형상으로 삽입되어 성형되게 된다.
한편, 프레스의 금형의 형상을 달리하여 혼합물을 성형함으로써 농수로용플륨(Flume), U 형플륨, 도로측구 등의 수로류와 농업용 수로관, 상하수도관, 전선관 등의 파이프류 및, 동력전선형 트라후, 철도용 트라후(Trough)와, 배수용, 전력용, 통신용맨홀과, 하천용, 도로법면용의 호안블럭 및, 차도용, 보도용의 블록들을 성형제조할 수 있다.
지금까지 설명에서 모래를 예로서 설명하였지만 결합제인 폴리에틸렌과 혼합되는 골재는 자갈 및 모래를 함께 사용할 수도 있고, 무기안료나 자외선 차단제 등의 다른 첨가제를 추가하여 배합할 수도 있다. 이때 결합제인 폴리에틸렌과 골재의 중량비는 20 ∼ 40% : 60 ∼ 80%인 것이 바람직하고, 모래와 자갈을 함께 사용할 경우 모래와 자갈의 중량비는 20 ∼ 80% : 10 ∼ 60%인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 폐폴리에틸렌필름을 3단계의 트윈익스트루더로 가압용융하여 열가소성수지인 폐폴리에틸렌필름을 완전히 용융시켜 결합제로하여 모래 등의 골재와 혼합한 후 소정형태로 가압하여 제조함으로써 압축강도 등에서 우수한 폴리머 콘크리트제품을 저렴하게 제조할 수 있고, 폐기되는 폴리에틸렌필름을 재활용함으로써 자연환경을 보호하여 공해를 방지할 수 있으며, 재생이 용이한 저밀도 폴리에틸렌필름뿐만 아니라 재생이 용이하지 않아 폐기가 불가피한 고밀도 폴리에틸렌필름도 재활용할 수 있는 각별한 장점이 있는 유용한 발명이다.

Claims (4)

  1. 폐폴리에틸렌필름을 수집하고, 모래를 준비하는 원료수집준비공정과; 수집된 폐폴리에틸렌필름을 통상적인 절단기로 절단하는 원료절단공정과; 상기 절단된 폐폴리에틸렌필름을 1차, 2차, 3차에 걸쳐 용융압축하는 용융압축공정과; 모래를 가공하는 모래가공공정과; 용융압축된 액상의 폐폴리에틸렌과 모래를 균일하게 혼합하는 혼합공정과; 상기 혼합공정에서 생성된 혼합물을 프레스성형기로 가압하여 소정의 형상으로 성형하여 제품을 생산하는 프레스성형공정 및; 성형된 제품을 냉각기로 냉각한 후 롤컨베이어로 적치장에 적치하는 냉각 및 적치공정으로 이루어진 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조방법에 있어서,
    상기 용융압축공정의 1차, 2차, 3차 용융압축은 각각 1차 230 ∼ 250℃, 2차 225 ∼ 230℃, 3차 190 ∼ 195℃로 단계별로 온도를 낮추면서 폐폴리에틸렌을 트윈익스트루더로 용융압축하는 것임을 특징으로 하는 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 폐폴리에틸렌필름을 소정길이로 절단하는 통상의 절단기와; 절단기로 절단된 폐폴리에틸렌필름을 3차에 걸쳐 용융압축하는 트윈익스트루더와; 모래를 저장하는 모래저장호퍼와 모래를 이동시키는 컨베이어, 건조기, 냉각기, 스크린을 구비한 모래가공 공급기와; 상기 트윈익스트루더와 모래가공 공급기의 배출단에 연결되어 용융압축된 액상의 폐폴리에틸렌 및 모래를 공급받아 균일한 혼합물을 만드는 가압혼합기와; 상기 가압혼합기에서 생성된 혼합물을 프레스성형기로 이동시키는 이송컨베이어와; 이송된 혼합물을 소정의 형상으로 성형하는 프레스성형기와; 성형된 제품을 냉각기로 이송하는 매쉬컨베이어 및 성형된 제품을 냉각시키는 냉각기로 구성된 것을 특징으로 하는 폐폴리에틸렌을 이용한 폴리머콘크리트제품 제조장치.
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