KR101409611B1

KR101409611B1 - 제지슬러지 성형체의 제조방법

Info

Publication number: KR101409611B1
Application number: KR1020130161334A
Authority: KR
Inventors: 이남승
Original assignee: 이남승
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2014-06-18
Also published as: CN104725069A

Abstract

본 발명은 함수율 3% 미만의 제지슬러지에 폴리에틸렌(PE) 분말 또는 폴리프로필렌(PP) 분말, 발포제를 10:3~4:0.5~1의 중량비로 교반기에서 혼합하는 단계; 상기 혼합 후 압출기에서 직경 3~7㎜의 두께로 압출하는 단계; 상기 압출 후 3~10㎜의 길이로 절단하는 단계;를 포함하도록 구성되는 제지슬러지 성형체의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명은 폐기처분되는 제지슬러지를 재활용함으로써 해양과 토양의 오염을 방지함과 더불어 소각 및 매립에 따른 경제적 부담감을 해소하고, 외관이 뛰어나며 강도가 강하고 경량이어서 건축물 내외장재, 단열재, 보온재 등으로 다양한 산업분야에 활용 가능하며, 발포제로 인해 성형체에는 무수한 기공이 형성되므로 흡음성과 함께 소음을 차단하는 방음성, 이와 더불어 열을 차단하는 단열성이 우수한 제품의 제조가 가능토록 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

Description

제지슬러지 성형체의 제조방법{Method of manufacturing formed body using paper sluge}

본 발명은 제지슬러지 성형체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기처분되는 제지슬러지를 재활용함으로써 해양과 토양의 오염을 방지함과 더불어 소각 및 매립에 따른 경제적 부담감을 해소하고, 외관이 뛰어나며 강도가 강하고 경량이어서 건축물 내외장재, 단열재, 보온재 등으로 다양한 산업분야에 활용 가능토록 하는 제지슬러지 성형체의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 제지슬러지는 제지과정에서 제지스크린에 의하여 회수되지 않는 미세한 단섬유와 고령토, 활석 등의 무기물질이 주성분인 물질로, 제지산업에서 필수적으로 발생된다.

특히, 국내의 제지산업의 경우 1인당 종이소비량이 연간 200kg 넘어설 만큼 고도의 성장을 지속하고 있으며 그 제지공장 폐수를 처리하는 과정에서 발생하는 제지슬러지 역시 매년 증가하는 추세로서 그 양은 연간 300만 톤 내외로 추정되고 있다.

이러한 제지슬러지를 그대로 자연에 배출하는 경우(해양투기나 소각, 매립 등)에는 환경을 파괴하는 오염원으로 작용하기 때문에 그 재처리나 재활용등이 요구되고 있으나, 이에 소요되는 비용(제지슬러지의 폐기처분에 따른 비용부담과 함께 소각 및 매립을 위한 별도의 소각시설과 매립장소가 요구)이 작지 않은 문제점이 있다.

한편, 경량판재는 건축물 내외장재, 단열재, 인테리어 소재 등으로 광범위하게 사용되고 있으며, 그 사용량은 날로 증가되고 있는 추세이다.

이러한 경량판재를 제조하는 방법으로는 여러 가지 방법이 공지되어 있지만, 경량화, 경제성, 강도 등과 같이 경량판재의 요구 물성을 모두 충족시키지 못하는 단점이 있어 실제적으로 산업에 적용되는 방법은 거의 드물며, 적용된다고 하더라도 여러 가지 문제점이 제기되고 있다.

따라서 종래에는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제지슬러지를 이용하여 경량판재를 제조하는 방법이 국내공개특허 제10-1996-37962호와 제10-1996-29539호에 공개된 바 있지만, 상기한 방법들 또한 대량으로 소비되는 산업용품 등의 소재로서의 적합성이 낮고, 수분에 취약하거나 강도가 만족스럽지 못하고 내열성 및 내연성이 저하되는 여러 단점으로 인해 다른 대안 모색이 계속되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐기처분되는 제지슬러지를 재활용함으로써 해양과 토양의 오염을 방지함과 더불어 소각 및 매립에 따른 경제적 부담감을 해소하고, 외관이 뛰어나며 강도가 강하고 경량이어서 건축물 내외장재, 단열재, 보온재 등으로 다양한 산업분야에 활용 가능토록 하는 제지슬러지 성형체의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제지슬러지 성형체의 제조방법은, 함수율 3% 미만의 제지슬러지에 폴리에틸렌(PE) 분말 또는 폴리프로필렌(PP) 분말, 발포제를 10:3~4:0.5~1의 중량비로 교반기에서 혼합하는 단계; 상기 혼합 후 압출기에서 직경 3~7㎜의 두께로 압출하는 단계; 상기 압출 후 3~10㎜의 길이로 절단하는 단계;를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절단된 펠릿 형태의 성형체에 함수율 70~80%의 제지슬러지, 아크릴에멀젼수지를 8~9:2:3의 중량비로 교반기에서 혼합하는 단계;를 더 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이처럼 본 발명은 폐기처분되는 제지슬러지를 재활용함으로써 해양과 토양의 오염을 방지함과 더불어 소각 및 매립에 따른 경제적 부담감을 해소하고, 외관이 뛰어나며 강도가 강하고 경량이어서 건축물 내외장재, 단열재, 보온재 등으로 다양한 산업분야에 활용 가능하며, 발포제로 인해 성형체에는 무수한 기공이 형성되므로 흡음성과 함께 소음을 차단하는 방음성, 이와 더불어 열을 차단하는 단열성이 우수한 제품의 제조가 가능하다 할 것이다.

상기한 목적 및 효과를 달성하기 위한 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 제지슬러지 성형체의 제조방법은, 함수율 3% 미만의 제지슬러지에 폴리에틸렌(PE) 분말 또는 폴리프로필렌(PP) 분말, 발포제를 10:3~4:0.5~1의 중량비로 교반기에서 혼합하는 단계; 상기 혼합 후 압출기에서 직경 3~7㎜의 두께로 압출하는 단계; 상기 압출 후 3~10㎜의 길이로 절단하는 단계;를 포함하도록 구성된다.

상기 함수율 3% 미만의 제지슬러지, 폴리에틸렌(PE) 분말 또는 폴리프로필렌(PP) 분말, 발포제를 10:3~4:0.5~1의 중량비로 교반기에서 혼합하는 단계에 있어서, 상기 함수율 3% 미만의 제지슬러지, 즉 건조된 제지슬러지를 사용하는 이유는 상기 건조된 제지슬러지의 함수율이 3% 이상인 경우에는 폴리에틸렌 분말 또는 폴리프로필렌 분말에 의한 제지슬러지 간의 결속력이 떨어지고 발포제에 의한 발포효과가 미비하기 때문이다.

즉 제지공장 폐수를 처리하는 과정에서 발생하는 제지슬러지는 일정량의 함수율을 갖는데, 이때 상기 제지슬러지를 건조기에서 건조하여 함수율 3% 미만의 섬유질 형태로 제조함으로써 폴리에틸렌 분말 또는 폴리프로필렌 분말에 의한 제지슬러지 간의 결속력을 강화하고 발포제에 의한 발포효과를 극대화하기 하기 위함이다.

상기 폴리에틸렌(PE) 분말 또는 폴리프로필렌(PP) 분말은 제지슬러지 간의 결속력 강화와 함께 강도를 부여하기 위한 결합제로, 매우 가볍고 강도가 크며 내열성 및 제지슬러지에 비해 내연성이 우수한 성질을 갖는다.

상기 폴리에틸렌 분말 또는 폴리프로필렌 분말이 3~4의 중량비를 초과하는 경우에는 상대적으로 제지슬러지의 함량이 줄어드므로 제조단가의 상승과 함께 결합제로서의 효과가 미비하고, 3~4의 중량비 미만인 경우에는 제지슬러지 간의 결속력이 떨어져 적정한 강도구현이 어려우므로 위 혼합조건(10:3~4:0.5~1)을 준수함이 바람직하다.

상기 제지슬러지 간의 결속력 강화를 위해 폴리에틸렌 분말, 폴리프로필렌 분말 중 어느 하나를 선택적으로 사용하거나 또는 상기 폴리에틸렌 분말과 폴리프로필렌 분말을 일정비율로 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 발포제는 플라스틱이나 고무 등과 배합해 기포를 만들어 내는 물질로, 최종적으로 제조되는 성형체(또는 판재)에 무수한 기공을 형성함으로써 상기 성형체에 흡음성, 방음성, 단열성의 특성을 부여하고 경량판재로써의 적합성을 가지게 한다.

상기 발포제는 0.5~1의 중량비로 혼합됨이 바람직한데, 이는 상기 중량비를 초과하는 경우에는 발포효과가 미비할 뿐더러 제조단가 상승의 원인이 되고, 상기 중량비 미만인 경우에는 성형체의 발포효과를 기대하기 어렵기 때문이다.

상기 함수율 3% 미만의 제지슬러지, 폴리에틸렌(PE) 분말 또는 폴리프로필렌(PP) 분말, 발포제를 10:3~4:0.5~1의 중량비로 교반기에서 혼합하는 시간은 5~10분이 바람직한데, 이는 5분 미만인 경우에는 조성물 간의 혼합이 제대로 이루어지지 않고 10분 초과인 경우에는 10분 이전에 조성물 간의 고른 혼합이 완료된 상태이므로 무의미하기 때문이다.

상기 혼합 후 압출기에서 직경 3~7㎜의 두께로 압출하는 단계; 상기 압출 후 3~10㎜의 길이로 절단하는 단계에 있어서, 상기한 조건(직경 3~7㎜의 두께, 3~10㎜의 길이)으로 압출 후 절단하는 이유는 두께 3㎜와 길이 3㎜ 미만인 경우에는 판재 등의 제품 성형시 제품 강도가 현저하게 떨어지고, 두께 7㎜와 길이 10㎜ 초과인 경우에는 제품 성형을 위한 재료 혼합과 그 혼합된 재료의 성형이 제대로 이루어지지 않기 때문이다.

상기 압출기에서 압출된 성형체는 수수깡 형상을 갖고, 압출 후 일정길이(3~10㎜의 길이)로 절단된 성형체는 펠릿 형태를 가지며, 상기 성형체에는 무수한 기공이 형성된다.

상기 압출기에서의 발포 온도는 180~220℃로 이루어짐이 바람직하다.

한편, 상기 절단된 펠릿 형태의 성형체에 함수율 70~80%의 제지슬러지, 아크릴에멀젼수지를 8~9:2:3의 중량비로 교반기에서 혼합하는 단계;를 더 포함하도록 구성된다.

즉 제지공장 폐수를 처리하는 과정에서 발생하는 제지슬러지를 바로 사용하거나 또는 상온에서 일정시간 건조한 후 함수율 70~80%의 제지슬러지에 상기한 공정에서 제조된 펠릿 형태의 성형체, 아크릴에멀젼수지를 2:8~9:3의 중량비로 교반기에서 5~10분 동안 혼합함으로써, 후기 경량판재의 제조를 위한 성형재료로서의 준비를 마치게 되는 것이다.

이때 상기 함수율 70~80%의 제지슬러지를 2 중량비로 한정하는 이유는, 상기 2 중량비를 초과하는 경우에는 펠릿 형태의 성형체의 결합과 아크릴에멀젼수지에 의한 효과를 기대하기 어렵고, 상기 2 중량비 미만인 경우에는 제지공장에서 회수된 함수율이 상당한 제지슬러지의 사용이 제한되기 때문이다.

상기 아크릴에멀젼수지는 펠릿 형태의 성형체와 함수율 70~80%의 제지슬러지 간의 결합력 강화와 후기 공정에서 제조되는 경량판재의 강도를 강화하기 위한 접착제로, 3 중량비로 혼합됨이 바람직하다.

이는 상기 아크릴에멀젼수지의 중량비가 3 미만인 경우에는 후기공정에서의 경량판재로서의 성형이 만족스럽지 못할 뿐더러 성형 후 판재의 강도가 저하되고, 중량비가 3 초과인 경우에는 경제적 부담과 함께 판재의 내수성, 내열성, 내연성이 저하되기 때문이다.

상기한 조건과 공정으로 제조된 성형재료(성형체)는 판재성형장치(본 출원인의 국내특허출원 제10-2013-0035619호)를 통해 경량판재로 제조된다.

이처럼 상기한 공정으로 제조된 경량판재는 기존의 제지슬러지를 이용한 경량판재에 비해 강도, 내열성, 내연성, 흡음성, 방음성 등이 우수하므로, 건축물 내외장재, 단열재, 보온재 등으로 다양한 산업분야에 활용 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

Claims

제지슬러지, 폴리에틸렌(PE) 분말 또는 폴리프로필렌(PP) 분말, 발포제를 이용한 제지슬러지 성형체의 제조방법에 있어서,
함수율 3% 미만의 제지슬러지에 폴리에틸렌(PE) 분말 또는 폴리프로필렌(PP) 분말, 발포제를 10:3~4:0.5~1의 중량비로 교반기에서 5~10분 동안 혼합한 후, 압출기에서 직경 3~7㎜의 두께로 압출한 다음, 3~10㎜의 길이로 절단하는 단계; 상기 절단된 펠릿 형태의 성형체에 함수율 70~80%의 제지슬러지, 아크릴에멀젼수지를 8~9:2:3의 중량비로 교반기에서 혼합하는 단계;를 포함하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 제지슬러지 성형체의 제조방법.
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