KR101463400B1 - 폐합성수지 재생용 상용화성 충전재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐합성수지 재생용 상용화성 충전재에 관한 것이다. 이 충전재는 함유된 MgO와 CaO의 상대 성분비가 60-70 : 30-40으로 정의되는 마그네식-돌로마이트(magnesic-dolomite), 비산회(flyash), 비석(zeolite)을 파쇄 및 분쇄한 무기물계 혼합물과; 산화물 전이금속원소와 안정화제를 포함한 첨가물로 이루어진다. 본 발명에 따르면, 종래에 비하여 충분한 마그네시아 함량에 따른 기술적 특성과 경제성 및 생산성 등에서 우월한 특성이 있는 폐합성수지 재생용 상용화성 충전재를 얻을 수 있다.

Description

폐합성수지 재생용 상용화성 충전재{Filler mutually soluble for recycling waste synthetic resin}
본 발명은 폐수지 재생용 상용화(相溶化)성 충전재에 관한 것으로, 특히 무기물계 원료를 주재료로 하여 환경 친화적인 폐합성수지 재생용 충전재에 관한 것이다.
일반적으로 합성수지는: 열가소성 수지 PE(polyethylene), PP(polypropylen-e), PVC(polyvinylchloride), PS(polystyren), ABS(acrylonitille butadiene styr-ene); 열경화성 수지 PF(phenol resin), UF(urea formaldehyde resin), MF(melamin resin), 불포화 수지 UP(unsaturated polyester resin), EP(epoxy resin), PU(pol-yurethan resin) 등이 있다.
이 합성수지들은 그 사용 목적이 끝나면 폐기되어 소각되거나 매립되지만 소각시 다이옥신과 같은 유해물질을 방출하게 되어 심각한 대기오염을 유발하게 되고 매립시에도 토양 속에서 분해되지 않고 남아 생태계를 파괴하는 등 환경오염의 주범이 되고 있다.
최근에는 자원 재활용 차원에서 폐합성수지를 재질별로 선별, 분리하고 세척하여 1차 및 2차까지 재생하여 재활용하는 방법이 개발되고는 있으나, 이러한 기술들은 폐합성수지를 선별, 분리하고, 분쇄 후 세척하는 등의 재생 절차가 복잡하기 때문에 인건비 및 가공비 상승으로 인한 경제성이 저하되므로 영세성을 벗어나지 못한 소규모 기업 상태에서는 적용하기가 어렵다.
이에, 폐합성수지의 재활용을 위한 새로운 기술의 개발이 요구되고 있다. 특히, 친환경적으로 폐합성수지를 재생할 수 있는 충전재 및 그 이용방법이 요구되었으며, 이에 제안된 것이 특허공개 제2003-77517호로 개시된 폐합성수지 재생용 조성제이다.
개시된 바에 따르면, 상기 조성제는 백운석 100 중량부에 비산회 10 내지 20 중량부, 견운모 5 내지 10 중량부 및 비석 5 내지 10 중량부로 구성된 무기물계 혼합물에 전이금속원소 0.01 내지 1.0 중량부와 안정화제 0.1 내지 0.5 중량부를 포함하여 이루어진다. 그리고 특별히 선별 또는 분리 작업을 거치지 않고, 5 내지 10㎟로 분쇄한 폐합성수지 100 중량부에 대하여 20 내지 30 중량부로 혼합하고, 고온에서 가열하고 이를 압출하여 재생 합성수지를 얻는다.
이와 같이, 상기 조성제는 무기물계 혼합물로서 백운석을 주재료로 사용한다. 이는 백운석이 염기성 내화물질로 잘 알려진 마그네시아를 함유하고 있어, 융점 온도가 서로 다른 각종 폐합성수지에 대하여, 용융 온도를 잘 조절해줄 수 있기 때문이다. 그러나 일반적으로 백운석은 마그네시아 이상의 석회질 및 가용성 성분을 함께 포함하고 있기 때문에, 상기한 특성을 충분히 발휘하기 위하여는 상당히 많은 양의 백운석을 필요로 하게 된다. 상기 조성제에서, 백운석 100 중량부를 중심으로 하는 이유도 그것이다.
즉, 상기한 조성제가 폐합성수지의 재생을 위하여 유용한 측면이 인정된다고 하더라도, 재료 특히 백운석을 소모적으로 사용하고 있다고 할 수 있으며, 달리 말해서 경제적인 측면에서는 상당히 불리한 것이 사실이다. 따라서 이의 개선이 필요했던 것이다. 이에 제안된 것이 특허공개 제2011-25368호로 개시된 폐합성수지 재생용 충전재이다.
개시된 바에 따르면, 상기 충전재는 마그네시아(苦土, magnesia) 원석, 현무암(玄武岩, basalt), 비산회(飛散灰, flyash), 비석(沸石, zeolite)을 파쇄 및 분쇄한 무기물계 혼합물과; 산화물 전이금속원소와 안정화제를 포함한 첨가물로 이루어진다. 그리고 이 충전재의 경우, 백운석 대신 마그네시아 원석을 사용함으로써 적은 양으로도 종래의 충전재 이상의 기능을 할 수 있는 효과가 있다는 것이다. 이 경우 합성수지와의 용융 결합을 위한 무기질로서 견운모 대신 현무암을 조합하는 것을 전제로 한다.
이 특허에서와 같이, 마그네시아 원석을 사용하는 것은 백운석을 사용하는 것에 비하여 유리한 점이 있음이 인정된다. 그러나 반면에, 용융 결합에 대한 문제가 심각하게 대두될 수 밖에 없으며 , 이에 여기에서는 이를 위한 무기질 재료로서 상당량의 현무암을 조합하여야 한다는 면에서 불리한 점 또한 대등하게 나타난다. 예컨대 바람직한 실시예에서, 상기 혼합물 중 마그네시아 원석과 현무암은 각각 30-40 중량%로서 동일한 함량으로 기재되어 있다.
역으로 보면, 충전재에서 요구되는 현무암의 양만큼 마그네시아 원석을 사용하지 못함으로써, 충전재에서 마그네시아 원석을 사용하지만 실제로 마그네시아 성분의 함량이 실질적으로 증가하지 못하고, 그에 따라 기대한 정도의 특성을 얻지 못하게 되는 문제도 있다. 이러한 문제들은 특허의 유리한 이익을 상쇄하고도 남을 정도의 불이익을 야기하는 것으로서, 궁극적으로는 상기 특허가 실익이 없음을 나타낸다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 마그네시아 성분을 주로 함유하는 무기원료 광물을 주재로 하여 원가, 생산, 특성 등의 모든 측면에서 종래의 것에 비하여 유리한 폐합성수지 재생용 상용화성 충전재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 충전재는:
함유된 MgO와 CaO의 상대 성분비가 60-70 : 30-40으로 정의되는 마그네식-돌로마이트(magnesic-dolomite), 비산회(flyash), 비석(zeolite)을 파쇄 및 분쇄한 무기물계 혼합물과;
산화물 전이금속원소와 안정화제를 포함한 첨가물;
로 이루어진다.
바람직하게, 상기 산화물 전이금속원소는 산화철(Ⅲ), 티타늄, 산화은(Ⅰ), 지르코늄, 코발트, 산화망간(Ⅲ), 중크롬산 칼륨으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 그리고, 상기 안정화제는 반토(alumina) 및 증류 용재 분말 (still clinker powder) 중 적어도 하나를 포함한다.
또한 바람직하게, 상기 무기물계 혼합물은 마그네식-돌로마이트 70-80 중량%, 비산회 5-15 중량%, 비석 5-15 중량%가 혼합되어 구성되며, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 전이금속원소는 0.01-1.0 중량부, 상기 안정화제는 0.1-0.5 중량부가 첨가된다.
종래 충전재의 경우 일반적인 구조의 백운석(dolomite) 또는 마그네이사 원석을 이용함으로써. 그 자체가 소모적으로 이용되거나 또는 다량의 결합용 재료를 필요로 한 반면, 본 발명 충전재에서는 마그네식-돌로마이트를 사용함으로써 적은 양으로도 종래의 충전재와 동등한 능력을 얻을 수 있는 동시에 견운모나 현무암과 같은 결합용 재료를 따로 사용하지 않음에 따라, 기능적으로 그리고 경제적으로 보다 유리한 효과가 있다.
이상 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명의 특징과 효과들은, 이하에서 설명하는 실시예를 통하여 명백해질 것이다.
본 발명에 따른 폐합성수지 재생용 상용화성 충전재는 마그네식-돌로마이트(magnesic-dolomite), 비산회(flyash), 비석(zeolite)을 파쇄 및 분쇄하여 얻은 무기물계 혼합물에, 산화물 전이금속원소와 안정화제를 첨가하여 이루어진다. 그리고 이 충전재는 분쇄된 각종 폐합성수지와 혼합되며, 고온에서 소성되고 압출되어 재생 합성수지를 제조할 수 있다.
여기에서 상기 마그네식-돌로마이트는, 함유된 MgO와 CaO 성분비가 60-70 : 30-40으로 정의되는 것으로 한다. 이하, 같다.
알려진 바와 같이 백운석(dolomite)은 마그네시아 원료로서 광상(鑛狀)에서 는 언제나 석회석이 수반되기 마련이며, 성분 및 함량 이론값이 MgO 21.9%, CaO 30.4%, CO2 47.7%로 되어 있어, 일반적으로는 MgO보다 CaO가 많은 것이 보통이다. 그러나 마그네식-돌로마이트는 일반적으로 MgO가 상기 이론값보다 많은 것을 지칭한다.
특히, 본 발명에 적용되는 마그네식-돌로마이트는 MgO가 CaO보다 많은 것 중에서도 MgO와 CaO의 상대 성분비가 60-70 : 30-40으로 정의되는 것으로 한다. 예컨대 이 정의에 비하여 MgO가 적으면 필요한 정도의 마그네시아 특성을 얻기 위하여 더 많은 양의 재료가 요구되고, 반대로 많으면 폐합성수지와의 용융결합을 위하여 종래의 경우처럼 현무암 등의 특별한 재료를 많이 사용하여야 한다.
이와 같이 특별한 다른 재료들을 사용하는 경우에는, 충전재 자체에 그만큼의 마그네시아 함량이 줄어들 수밖에 없다. 그에 비하면 본 발명의 충전재는 원재료 즉, 마그네식-돌로마이트를 거의 손실됨이 없이 사용하므로 마그네시아 성분의 함량이 더 크다고 할 수 있다. 그러므로 본 발명에서 상기 마그네식-돌로마이트와 그 성분비는 최적인 것으로 판단된다.
바람직하게, 상기 무기물계 혼합물은 마그네식-돌로마이트 70-80 중량%, 비산회 5-15 중량%, 비석 5-15 중량%로 구성된다. 한편, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 전이금속원소 0.01-1.0 중량부, 상기 안정화제 0.1-0.5 중량부가 첨가된다.
이와 같이 본 발명의 충전재는 무기물계 혼합물로서 염기성 내화물질로 알려진 마그네시아 원료인 마그네식-돌로마이트를 주재료로 사용한다. 특히 이 재료는 석회질에 비하여 마그네시아 성분을 다량으로 함유하고 있어, 적은 양으로도 각종 폐합성수지의 용융온도를 적정하게 조절하여 적용되도록 할 수 있다.
또한 상기 혼합물은 폐합성수지와의 원활한 용융과 결합체의 형성을 위하여 일정 양의 비산회 및 비석을 포함하는데, 이들은 상기 마그네식-돌로마이트의 소량의 석회질과 함께 폐합성수지의 융점과 속도를 조절하면서 밀도 결합체의 형성을 원활하게 한다. 이것은 별도의 결합 재료로써 견운모나 현무암 등을 사용하는 종래의 방법에 비하여 훨씬 효과적이다.
통상적으로는 각종 폐합성수지를 혼합, 분쇄한 후 재결정 온도 이상으로 가열하여 압출하는 가열 압출을 행하면, 각기 융점 및 밀도가 다르기 때문에 탄화되고 분해되어 가열 압출이 불가능해지는데, 본 발명의 무기물 혼합물은 이러한 용융점의 차이를 표준화하면서 습기 등을 제거하고 특정 결합체로의 형성을 유도하게 되는 것이다.
본 발명의 산화물 전이금속원소는 이물질을 중화하고 가열 압출시 발생하는 다이옥신, 염소가스 등의 유독가스를 포함하는 매연을 중화, 탈취, 제거하여 결합체의 유도를 더욱 원활하게 하는 역할을 한다. 본 발명에 사용될 수 있는 산화물 전이금속원소로는 산화철(Ⅲ), 티타늄, 산화은(Ⅰ), 지르코늄, 코발트, 산화망간(Ⅲ) 또는 중크롬산 칼륨 등이 있으며, 이들로부터 선택된 하나 이상의 전이금속원소가 첨가된다.
상기 산화물 전이금속원소는, 상기 혼합물 100 중량부에 대하여 산화철(Ⅲ), 티타늄, 산화은 (Ⅰ), 지르코늄, 코발트를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 안정화제는 열팽창 계수를 안정화 내지 극소화시키는 작용을 하는데, 반토(礬土, alumina), 증류용재 분말(still clinker powder)을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 참고로, 상기 증류용재 분말(still clinker powder)이란, 용광로 내부의 고온에서 증류되어 생성되는 용재 덩어리를 미세하게 분쇄한 가루를 의미하는 것이다.
다만, 이상의 전이금속원소 및 안정화제가 본 발명에서 특별한 것은 아니다.
본 발명의 폐합성수지 재생용 충전재는 먼저 적정량의 마그네식-돌로마이트와, 비산회, 비석을 파쇄하고, 약 320 메쉬로 분쇄하여 무기물계 혼합물을 만든다. 그리고 여기에 적정량의 산화물 전이금속원소와 안정화제를 소량 첨가하여 200 내지 300℃의 고온에서 소성하여 얻어진다.
상기 충전재는 선별, 분리, 세척과정 없이 적당한 크기, 바람직하게는 5 내지 10㎣로 분쇄한 폐합성수지 100 중량부에 대하여 10 내지 20 중량부로 혼합되며, 이 혼합물이 고온으로 가열 압출 방법으로 재생된 합성수지가 얻어지는 것이다.
<실시예 1>
폐합성수지 재생을 위하여 먼저, 마그네식-돌로마이트 70 중량%, 비산회 15 중량%, 비석 15 중량%를 파쇄하고 이들을 320 메쉬로 분쇄하여 무기질 혼합물을 제조한 후, 상기 혼합물 100 중량부에 산화물 전이금속원소로 산화철(Ⅲ), 은(Ⅰ)을 혼합하고, 안정화제로 반토 분말 및 증류용재 분말을 혼합하여 250℃에서 소성하여, 본 발명의 충전재를 얻었다.
다른 실시예에서는 동일 조건에서, 산화물 전이금속원소로 산화철(Ⅲ), 티타늄, 지르코늄, 코발트(Ⅱ) 및 은(Ⅰ)을 혼합하였으나, 결과적으로 위 실시예와 유의할 차이는 없었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1에서 제조된 각각의 폐합성수지 재생용 충전재를 이용하여 재생합성수지를 제조하였다. 각종 폐합성수지는 폐기장으로부터 입수하였고, 이들을 선별없이 10㎣ 크기로 분쇄하였다. 분쇄한 폐합성수지 100 중량%에 대하여 본 발명의 충전재를 20 중량%로 첨가하여 혼합한 후 가열 압출하여 재생 합성수지를 제조하였다.
그 결과, 재활용된 재생 합성수지는 무기물 혼합물에 산화물인 전이금속원소와 반토 및 증류 용재 분말을 첨가하여 가열 압출함으로써 다이옥신 등의 유독가스를 포함하는 매연과 악취가 제거되었고, 흙이나 합성수지 표면에 인쇄되어 있던 색도 등의 이물질이 중화되었고, 열팽창 계수가 고르게 극소화됨을 확인하였다.
이와 같이 제조된 재생 합성수지의 인장강도, 굽힘강도 및 열팽창 계수를 측정하였다. 이때, 인장강도는 KSM 3006-193 1호형 (시험핀 인장속도 50 ㎜/분), 굽힘강도는 KSM 3008-'83, 열팽창 계수는 KSM 3015-'97에 따라 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
시험항목 대조실험(1) 대조실험(2) 본 발명
인장강도 (N/㎟) 10.2 11.2 11.5
굽힘강도 (N/㎟) 18.4 19.4 19.8
열팽창 (20∼80℃) 6.04×10-5 6.03×10-5 6.03×10-5
위 [표 1]에서 대조실험(1)은 종래 백운석 주재의 조성제로 얻은 재생 합성수지에 대한 실험이고, 대조실험(2)는 역시 종래 마그네시아 원석 주재의 충전재로 얻은 재생 합성수지에 대한 실험이다. 여기에서 알 수 있듯이, 본 발명의 충전재는 종래 백운석 주재의 조성제와 비교하여 그로부터 얻어지는 재생 합성수지의 특성에 있어서 우수함을 알 수 있다.
한편, 종래 마그네시아 원석 주재의 충전재와 비교하여 그로부터 얻어지는 재생 합성수지의 특성이 거의 유사하거나 그 이상임을 알 수 있는데, 본 발명의 경우 마그네시아 원석 주재의 충전재에서 요구되는 결합 재료로서의 현무암 등을 필요로 하지 않는다는 점에서, 본 발명 충전재는:
종래 이상의 충분한 마그네시아 함량에 따른 기술적 특성;
충전재의 경제성 및 생산성 등에서 우월한 특성;
이 있다고 할 것이며, 이러한 점을 고려하면 본 발명 충전재는 종래의 것에 비하여 충분히 경쟁력이 있을 것으로 판단된다.

Claims (4)

  1. 함유된 MgO와 CaO의 상대 성분비가 60-70 : 30-40으로 정의되는 마그네식-돌로마이트(magnesic-dolomite), 비산회(flyash), 비석(zeolite)을 파쇄 및 분쇄한 무기물계 혼합물과;
    산화물 전이금속원소와 안정화제를 포함한 첨가물;
    로 이루어지며,
    상기 무기물계 혼합물은 마그네식-돌로마이트 70-80 중량%, 비산회 5-15 중량%, 비석 5-15 중량%로 구성된 것;
    을 특징으로 하는 폐합성수지 재생용 상용화성 충전재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화물 전이금속원소는 산화철(Ⅲ), 티타늄, 산화은(Ⅰ), 지르코늄, 코발트, 산화망간(Ⅲ), 중크롬산 칼륨으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하며, 상기 안정화제는 반토(礬土, alumina) 및 증류용재 분말 (still clinker powder) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지 재생용 충전재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물 100 중량부에 대하여 상기 전이금속원소는 0.01-1.0 중량부를 포함하고, 상기 안정화제는 0.1-0.5 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐합성수지 재생용 충전재.
KR1020120090428A 2012-08-20 2012-08-20 폐합성수지 재생용 상용화성 충전재 KR101463400B1 (ko)

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