KR101276323B1 - 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폴리에스테르의 표면층; 및 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)의 복합소재로 구성된 기재층을 포함하는 다층구조의 플라스틱 복합소재 폐기물을 재활용하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 재활용 칩의 제조방법은 플라스틱 복합소재 폐기물의 재활용의 어려움을 극복할 수 있고 폐자원을 재활용에 따른 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 탄력성과 내구성을 가지는 재활용 칩의 이용으로 원자재 절감의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩의 제조방법{The manufacturing method of recycling chip using a waste plastic composite sheet}

본 발명은 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 폴리에스테르의 표면층; 및 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)의 기재층;을 포함하는 다층구조의 플라스틱 복합소재 폐기물을 재활용하기 위한 방법에 관한 것이다.

현재 우리나라에서 생산되고 있는 자동차는 연간 400만대 이상이고 이의 생산공정에서 사용되는 플라스틱 부품은 차종마다 그 형상이 다르기 때문에 부품 제조시 발생되는 플라스틱 복합소재 스크랩(scrap)은 월 1000t(울산, 밀양지역)을 상회하고 있으며, 이러한 스크랩의 활용은 원가 절감에서 뿐만 아니라 환경문제의 측면에서 매우 중요하다.

그러나 이와 같은 플라스틱 폐기물은 재질구성에 있어 기재층이 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌, 폴리염화비닐이고, 표면층은 나이론사, 폴리프로필렌사, 폴리에스테르사로 서로 다른 종류의 플라스틱으로 되어 있고, 이들은 물성이 각각 다른 물질로서 분리가 매우 힘들기 때문에 재활용을 못하고 소각처리나 매립처리를 하다 보니 이의 처리비에 과부담이 있고 처리시 또는 처리 후는 지질 및 지하 수질오염, 매연공해를 유발하는 등의 심각한 문제점이 야기되고 있는 것이 현실이다.

자동차용 플라스틱 부품중 표면층이 폴리에스테르 섬유로 되어있고 기재층의 주성분이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 되어있는 플라스틱 복합소재를 많이 사용하고 있는데 이 또한 플라스틱의 상이한 물리적 성질 특히 그 중에서도 용융점의 차이와 상용성의 부재 및 섬유상의 존재에 기인한 혼합의 어려움 때문에 재활용을 할 수가 없었다.

이에 본 발명자들은 상이한 물리적 성질을 가진 다층구조의 플라스틱 복합소재 폐기물을 간단하면서도 생산 수율도 크게 향상된 재활용 방법을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 플라스틱 복합소재 폐기물의 재활용의 어려움을 극복하고, 저 비용으로 플라스틱 복합소재 폐기물을 다시 재활용할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.

보다 상세하게는 플라스틱 복합소재 폐기물의 재질 구성에 있어서, 폴리에스테르 섬유사의 분자 구성을 용이하게 재활용하여 강도가 향상된 재활용 칩의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 플라스틱 복합소재를 서로 다른 물성의 물질을 분리 없이, 표면층을 이루는 폴리에스테르 섬유사의 분자 구성을 이용하기 위하여 폴리에스테르 섬유를 용융시키지 않고 기재층의 수지속에 분산시켜야 하므로, 작업온도를 제어할 필요가 있으며, 그 작업온도는 하기 식 1을 만족하는 것이 특징이다.

[식 1]

Tm¹ < T_P < Tm² (Tm¹ 은 기재층 용융점, Tm² 는 표면층 용융점 및 T_P는 작업온도이다.)

본 발명에 따른 재활용 칩의 제조방법은 플라스틱 복합소재 폐기물을 재질 구성이 서로 다른 물성을 분리하여 재활용 하는 기존의 방법과 달리, 표면층의 폴리에스테르 섬유를 용융시키지 않고 기재층의 수지속에 분산시키는 간단한 방법으로 경제적이면서도 물성이 우수한 재활용 칩을 제조할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 재활용 칩의 제조방법은 플라스틱 복합소재 폐기물의 재활용의 어려움을 극복할 수 있어 폐자원을 재활용에 따른 환경오염을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 탄력성과 내구성을 가지는 재활용 칩의 이용으로 원자재 절감의 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조공정을 도식화한 것이고,
도 2는 다양한 다층구조의 플라스틱 복합소재 폐기물을 재활용한 칩의 사진이다.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이며 과장되어 도시될 수 있다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명은 폴리에스테르 섬유의 표면층; 및 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)을 포함하는 기재층으로 되어 있는 다층구조의 플라스틱 복합소재 폐기물의 재활용 방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 폴리에스테르의 섬유의 표면층; 및 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE)을 주성분으로 하고 목분, 대나무, 마, 왕겨, 탈크, 탄산칼슘 등의 충전제를 추가 함유하는 기재층으로 되어 있는 다층구조의 플라스틱 복합소재 폐기물에 있어서, 표면층의 폴리에스테르 섬유를 용융시키지 않고 기재층의 수지속에 분산시켜 물성이 우수한 재활용 칩을 제조할 수 있는 것이 특징이다.

본 발명에 따른 플라스틱 복합소재 폐기물은 자동차 소재 및 부품의 생산 공정 또는 폐차시 발생되는 불량품, 또는 이들의 혼합물인 것이며, 보다 상세하게는 상기 스크랩(scrap)이 우드 플라스틱의 스크랩(wood plastic scrap) 또는 폴리프로필렌 랜덤 공중합체의 스크랩(PPR sheet scrap)인 것을 재활용하게 되므로 원자재 절감 및 고품질의 재활용 칩을 제조할 수 있는 특징이 있다.

본 발명은 1) 용융점이 높은 섬유(폴리에스테르, 나일론, 면, 마 등)로 되어 있는 표면층과 용융점이 낮은 플라스틱(폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등)을 주성분으로 기재층을 포함하는 다층구조의 플라스틱 복합소재 폐기물을 예비 분쇄하여 예비 분쇄물을 제조하는 단계;

2) 상기 예비 분쇄물을 하기 식 1을 만족하는 작업온도(TP)에서 작업하여 용융압출물을 제조하는 단계;

[식 1]

Tm¹ < T_P < Tm² (Tm¹ 은 기재층 용융점, Tm² 는 표면층 용융점 및 T_P는 작업온도이다.)

3) 상기 용융압출물을 냉각 및 분쇄하기 용이한 형상 및 크기로 성형하는 단계; 및

4) 상기 성형된 용융압출물을 냉각하여 분쇄하고 입자크기별로 선별하는 단계; 를 포함하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 플라스틱 복합소재는 폴리에스테르 표면층과 목분, 대나무, 마, 왕겨, 탈크, 탄산칼슘 등의 충전제와 카본블랙, 안정제, 마스터배치, 항균제 및 냄새 제거제로부터 선택되는 어느 한 종 이상의 첨가제를 포함한 기재층으로 구성된 다층구조의 플라스틱 복합소재로,

상기 1) 단계의 예비 분쇄는 가로ㆍ세로 20 내지 30 ㎜ 범위에서 분쇄하는 것을 특징으로 하며, 이는 플라스틱 복합소재의 서로 다른 물성의 물질이 서로 분리되어 분쇄시 폴리에스테르 섬유사가 솜 형상으로 부풀어 불균일하게 되는 것을 예방하기 위한 것이다.

본 발명의 제조방법에 있어서, 상기 1) 단계의 플라스틱 복합소재는 복합소재의 서로 다른 물성의 플라스틱 물질을 분리 없이, 표면층을 이루는 폴리에스테르 섬유사의 분자 구성을 이용하기 위하여 폴리에스테르 섬유를 용융시키지 않고 기재층의 수지속에 분산시켜야 하므로, 작업온도를 제어할 필요가 있으며, 그 작업온도는 하기 식 1을 만족하는 것이 특징이다.

[식 1]

Tm¹ < T_P < Tm² (Tm¹ 은 기재층 용융점, Tm² 는 표면층 용융점 및 T_P는 작업온도이다.)

만약, 상기 작업온도가 기재층의 폴리프로필렌(PP, 용융온도 160℃) 또는 폴리에틸렌(PE, 용융온도 120℃)의 융점보다 낮을 경우 기재층을 이루는 다양한 수지들이 분포도가 고른 액체상의 혼합 수지물로 제조할 수가 없으며, 상기 작업온도가 표면층 폴리에스테르(PET, 용융온도 250℃)의 용융점보다 높을 경우 폴리에스테르 섬유를 용융시키지 않고 수지속에 분산시킬 수가 없게 된다. 이는 상기 용융압출물로 냉각 및 분쇄하기 용이하게 제조되어지는 3) 단계의 용융압출물 성형체의 표면이 솜처럼 엉켜진 섬유사로 불균일하게 되고, 결국, 목적으로 하는 폴리에스테르의 결착력을 내포하고 있는 강도가 강해진 칩을 제조하기 힘들게 되므로, 바람직한 작업온도는 180 내지 250℃이고, 보다 바람직하게는 220℃ 로 작업하여 제조한다.

본 발명에 따른 상기 3) 단계의 용융압출물의 성형은 압출설비, 냉각설비, 분쇄설비, 기타 설비의 형태에 따라 냉각 및 분쇄하기 용이한 크기로 시트상, 또는 원통상(고구마상) 또는 원반상(호떡상) 등 다양한 형태에서 선택하여 성형함으로써 냉각이나 칩을 제조하는 단계를 효율적으로 수행할 수 있다. 일실시예로서. 시트상은 상기 2) 단계의 용융압출물을 성형하여 제조된 시트상으로 2 내지 5㎜ 두께로 제조하고, 성형된 시트상은 가로ㆍ세로 100 내지 350 ㎜ 범위로 절단하는 단계를 더 포함하여 제조될 수 있으며,

상기 4) 단계는 성형된 용융압출물을 냉각 후 2 내지 10 ㎜의 입자크기로 분쇄하여 입자크기별로 선별하는 단계 후 재활용 칩(chip)을 제조하여 완성한다. 도 1 및 도 2를 참조한다.

본 발명에 따른 재활용 칩은 2 내지 10 ㎜의 입자크기를 가지는 것을 특징으로 하며, 이는 재활용의 경제성 측면을 고려한 것 뿐만 아니라 재활용 칩의 사용범위를 극대화 시켜 제 2의 공해발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 재활용 칩은 상기 기재의 플라스틱류 및 충전재 등 원재료에 포함되어 기재층을 제조함과 동시에 표면층을 포함하는 다층구조의 적층시트인 플라스틱 복합소재를 제조할 수 있다.

이하 실시예를 들어 본 발명에 따른 재활용 칩의 제조방법을 설명하나 제시되는 실시예가 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

자동차용 플라스틱 복합소재 폐기물 즉, 재질구성에 있어 표면층이 폴리에스테르이고, 기재층이 복합 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE) 등으로 구성된 시트 폐기물 100 ㎏을 가로ㆍ세로의 길이를 20 × 30 ㎜ 크기로 1차 예비분쇄를 하여 섬유질 성분을 가진 폴리에스테르와 고형 성분을 가진 폴리프로필렌(PP) 등의 수지입자가 혼합된 혼합물을 수득한 후, 수득된 혼합물을 twin screw 압출기에 220℃의 열로 용융압출물을 제조하였다. 상기 제조된 용융압출물내에는 폴리에스테르 성분의 섬유질이 녹지 않은 상태로 존재하게 되며, 이렇게 제조된 용융압출물을 일차 냉각하면서 통상의 Roller 압출기를 이용하여 두께 2 내지 5 ㎜ 크기의 압착 시트로 압출하여 성형하였다. 상기 성형된 압출 시트를 가로ㆍ세로의 길이를 100 × 350 ㎜ 크기로 절단한 후 2차 냉각하고, 10 ㎜ 이하의 입자크기를 가지는 칩으로 재분쇄하여 8 내지 10 ㎜ 범위의 망목을 가진 진동 여과망을 통과시켜 여과공으로 낙하된 칩을 수득하여 재활용 칩을 제조하였다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 플라스틱 복합소재 폐기물의 물질이나 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

예를 들면 폴리프로필렌(PP) 섬유와 폴리에스테르(PET), 나일론 섬유 또는 마, 면 등의 천연섬유를 혼합하여 판상으로 만든 플라스틱 복합소재 또는 다층 복합소재의 경우도 상기와 같은 방법으로 재활용 칩의 제조가 가능하고, 폴리프로필렌(PP)의 함량이 낮아 용융압출물의 제조가 어려운 경우에는 폴리프로필렌(PP)을 추가하여 혼련 압출, 재활용 칩을 제조할 수도 있으며, 상기의 재활용 칩들을 이용하여 만든 단층 또는 다층의 복합소재, 또는 플라스틱 부품에 흡음기능을 향상시키기 위하여 폴리에스테르(PET) 섬유로 만든 흡음재를 부착한 복합소재도 동일한 원리로 재활용 칩의 제조가 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

도 2의 재활용 칩의 사진에서
A: 우드, B: 폴리프로필렌 랜덤 공중합체

Claims (12)

1) 폴리에스테르 표면층과 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌의 기재층을 포함하는 다층구조의 플라스틱 복합소재 폐기물을 예비 분쇄하여 예비 분쇄물을 제조하는 단계;
2) 상기 예비 분쇄물을 하기 식 1을 만족하는 작업온도(T_P)에서 작업하여 용융압출물을 제조하는 단계;
[식 1]
Tm¹ < T_P < Tm²
(Tm¹ 은 기재층 용융점, Tm² 는 표면층 용융점 및 T_P는 작업온도이다.)
3) 상기 용융압출물을 냉각 및 분쇄하기 용이한 시트상 또는 원통상 또는 원반상 중 어느 하나의 형상으로 성형하며, 용융압출물이 시트상인 경우 두께가 2 내지 5mm 두께로 성형하는 단계; 및
4) 상기 성형된 용융압출물을 냉각하여 분쇄하고 입자크기별로 선별하는 단계; 를 포함하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조방법.

제 1항에 있어서, 상기 1) 단계의 다층구조의 플라스틱 복합소재는 목분, 대나무, 마, 왕겨, 탈크, 탄산칼슘 중에서 선택되는 어느 한 종 이상의 충전제와 카본블랙, 안정제, 마스터배치, 항균제 및 냄새 제거제로부터 선택되는 어느 한 종 이상의 첨가제를 포함한 기재층으로 구성된 다층구조인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조방법.

제 1항에 있어서, 상기 1) 단계의 예비 분쇄는 가로ㆍ세로 20 내지 30㎜ 범위에서 분쇄하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조방법.

제 1항에 있어서, 상기 2) 단계의 작업온도(T_P)는 180 내지 250℃ 인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조방법.

삭제

제 1 항에 있어서, 상기 3) 단계 진행 후, 성형된 시트상은 가로ㆍ세로 100 내지 350 ㎜ 범위로 절단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조방법.

삭제

제 1항 내지 제 4항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 복합소재 폐기물은 플라스틱 복합소재 생산 및 부품제조 공정에서 발생되는 스크랩과 불량품, 자동차 폐차시 발생되는 스크랩(scrap) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조방법.

제 8항에 있어서, 상기 스크랩(scrap)는 우드플라스틱의 스크랩(wood plastic scrap) 또는 폴리프로필렌 랜덤 공중합체의 스크랩퍼(PPR board scraper)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용 칩(chip)의 제조방법.

제 1항 내지 제 4항, 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재활용 칩은 입자의 크기가 2 내지 10 ㎜인 것을 특징으로 하는 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용칩(chip)의 제조방법.

제 1항 내지 제 4항, 제 6 항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 플라스틱 복합소재 폐기물을 이용한 재활용칩(chip)을 사용하여 제조된 다층구조의 적층시트인 플라스틱 복합소재.

삭제

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