KR101539663B1 - 폐기물을 이용한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법 - Google Patents

폐기물을 이용한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐기물을 이용한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 스티렌계 중합체; 폐전선으로부터 분리된 제1난연제; 및 제2난연제를 포함하고, 상기 제2난연제는 수산화알루미늄과 황을 함유한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 우수한 난연성을 가짐은 물론 높은 경제성을 갖는다.

Description

폐기물을 이용한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법 {FLAME RETARDANT EXPANDED POLYSTYRENE PARTICLE USING WASTES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 폐기물을 이용한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐전선 등의 폐기물을 이용하여 우수한 난연성을 가짐은 물론 높은 경제성 등을 가지는 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
발포 폴리스티렌(Expanded Polystyrene, EPS)은 건축물 등의 단열재로 유용하게 사용된다. 발포 폴리스티렌 제품(통상, 스티로폼)은 높은 단열성을 가짐과 함께 경량성 및 가공의 용이성 등에서도 유리하다. 일반적으로, 발포 폴리스티렌 제품은 비드(bead) 형상으로 폴리스티렌 입자를 제조한 다음, 이를 가열하여 발포(1차 발포)시킨 후, 성형기에서 스팀(steam)이나 열을 가하여 판넬(panel) 등의 형상으로 성형하는 방법으로 제조된다. 이때, 성형 과정에서도 스팀에 의해 발포(2차 발포)가 진행된다.
그러나 종래의 일반적인 발포 폴리스티렌은 열에 매우 취약하여 쉽게 연소되고, 연소 시에는 유독가스를 발생시키는 문제점이 있다. 이에 따라, 발포 폴리스티렌의 난연성을 개선시키는 기술이 다양한 방법으로 시도되었다. 대부분의 경우는 난연제의 사용이다. 예를 들어, 한국 등록특허 제10-0305711호에는 발포 폴리스티렌 입자 표면에 할로겐계 화합물이나 인계 화합물 등의 난연제를 코팅하는 기술이 제시되어 있고, 한국 공개특허 제10-2001-0072979호에는 발포 폴리스티렌 조성물에 브롬화 유기 화합물의 난연제를 첨가하는 방법이 제시되어 있다.
또한, 한국 등록특허 제10-0991189호에는 물유리, 탄산나트륨, 아황산나트륨, 탄산수소나트륨 및 탄산마그네슘으로 구성된 난연 성분을 도포하는 기술이 제시되어 있으며, 한국 등록특허 제10-1281577호에는 팽창흑연을 첨가하는 기술이 제시되어 있다.
그러나 상기 선행 특허문헌들을 포함하는 종래의 기술은 연기 발생 억제 등의 측면에서 우수한 난연 효과를 보이기 어렵다. 또한, 일반적으로 난연제는 가격이 높다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 난연성 발포 폴리스티렌은 가격이 높아 경제성이 떨어지고, 최종 성형 제품의 경우에는 인장강도 등의 기계적 물성이 떨어지는 문제점이 있다.
한국 등록특허 제10-0305711호 한국 공개특허 제10-2001-0072979호 한국 등록특허 제10-0991189호 한국 등록특허 제10-1281577호
이에, 본 발명은 높은 경제성과 함께 우수한 난연성을 가지는 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 높은 경제성과 함께 우수한 난연성을 가지면서 인장강도 등의 기계적 물성이 우수한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
부가적으로, 본 발명은 폐전선으로부터 수지와 난연제를 각각 분리하되, 분리 효율이 개선된 분리 공정을 포함하는 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 제조방법을 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
스티렌계 중합체;
폐전선으로부터 분리된 제1난연제; 및
제2난연제를 포함하고,
상기 제2난연제는 수산화알루미늄과 황을 함유한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자를 제공한다.
바람직한 실시 형태에 따라서, 본 발명에 따른 난연성 폴리스티렌계 발포 입자는 제3난연제를 더 포함하고, 상기 제3난연제는 아세트기를 가지는 유기물로부터 선택된다. 이때, 상기 제2난연제는 폴리스티렌계 발포 입자의 내부에 분산되고, 상기 제1난연제 및 제3난연제는 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 코팅된다.
또한, 본 발명은,
폐전선으로부터 제1난연제를 분리하는 단계;
스티렌계 중합체 및 제2난연제를 포함하는 혼합물로부터 폴리스티렌계 발포 입자를 얻는 단계; 및
상기 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 상기 폐전선으로부터 분리된 제1난연제를 코팅하는 단계를 포함하고,
상기 제2난연제는 수산화알루미늄과 황을 함유한 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 제조방법을 제공한다.
아울러, 본 발명은,
폐전선으로부터 제1난연제를 분리하는 단계;
스티렌계 중합체 및 제2난연제를 포함하는 혼합물로부터 폴리스티렌계 발포 입자를 얻는 단계;
제3난연제와 상기 폐전선으로부터 분리된 제1난연제를 포함하는 난연 코팅액을 얻는 단계; 및
상기 난연 코팅액을 상기 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 코팅하는 단계를 포함하고,
상기 제2난연제는 수산화알루미늄과 황을 함유하며,
상기 제3난연제는 아세트기를 가지는 유기물로부터 선택되는 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 폐전선으로부터 제1난연제를 분리하는 단계는,
폐전선을 유기 용제에 용해시켜 폐전선으로부터 수지 및 제1난연제를 포함하는 피복 혼합물을 얻는 용해 공정; 및
상기 피복 혼합물을 비중 차이를 통해 제1난연제가 침전되게 한 다음, 상기 피복 혼합물로부터 제1난연제를 분리하는 침전 분리 공정을 포함한다.
아울러, 상기 유기 용제는 폐전선을 구성하는 수지보다 물에 대한 용해도가 높은 수용성의 유기 용제이고,
상기 침전 분리 공정은, 피복 혼합물에 물을 가하여, 수지는 상층으로 부상되게 하고, 제1난연제는 침전되게 하는 제1공정; 및
상기 피복 혼합물로부터 수지와; 유기 용제 및 물을 포함하는 혼합 용액과; 제1난연제를 분리하는 제2공정을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 높은 경제성과 함께 우수한 난연성이 구현되는 효과를 갖는다.
구체적으로, 본 발명에 따르면, 난연제로서 폐전선으로부터 분리된 폐기물(재활용 자원)이 사용되어 높은 경제성을 갖는다. 또한, 제2난연제에 함유된 수산화알루미늄(Al(OH)3)이 수분(H2O)을 생성시켜, 발화 및 열 발생을 억제하고, 이와 함께 제2난연제에 함유된 황(S)이 주위의 산소 농도 등을 감소시키면서 연기 발생 등을 억제하여 우수한 난연성을 도모한다.
아울러, 본 발명에 따르면, 실시 형태에 따라서 유기물로부터 선택된 제3난연제가 코팅된 경우, 난연성이 개선되면서 인장강도 등의 우수한 기계적 물성을 갖는다.
부가적으로, 본 발명에 따르면, 폐전선으로부터 수지와 난연제를 각각 분리하는 분리 공정이 개선되어, 난연제는 물론 폐전선을 구성하는 수지를 효율적으로 재활용할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다.
또한, 본 발명에서 "제1", "제2" 및 "제3" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되며, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시 형태를 설명한다. 이하, 본 발명의 예시적인 실시 형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 하나의 형태에 따라서 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 다른 형태에 따라서, 상기 난연성 폴리스티렌계 발포 입자를 포함하는 성형체 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 난연성 폴리스티렌계 발포 입자는 스티렌계 중합체; 폐전선으로부터 분리된 제1난연제; 및 제2난연제를 포함한다. 이때, 상기 제2난연제는 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 황(S)을 함유한다. 본 발명에서, "난연"은 화재의 발생이 어려운 것, 화재의 퍼짐을 방지하는 것, 연기의 발생을 억제(방염)하는 것, 및/또는 불연 등의 의미를 포함한다.
본 발명에 따른 난연성 폴리스티렌계 발포 입자(이하, "발포 입자"로 약칭한다.)의 형상 및 크기 등은 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 발포 입자는, 예를 들어 비드(bead), 펠릿(pellet) 및/또는 플레이크(flake) 등의 형상을 가질 수 있다. 하나의 예시에서, 본 발명에 따른 발포 입자는 구형, 타원형 및/또는 다각형 등의 비드 형상을 가질 수 있다. 본 발명에서, 구형(및 타원형)은 완전한 구형(및 타원형)만을 의미하는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 따른 발포 입자는, 예를 들어 직경 0.2mm 내지 2cm의 크기를 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 스티렌계 중합체는 폴리스티렌계 수지로서, 이는 분자 내에 적어도 하나 이상의 스티렌 그룹(styrene group)을 포함하는 중합체이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 스티렌계 중합체는 스티렌계 단량체의 단독 중합체 및/또는 공중합체로부터 선택될 수 있다. 상기 스티렌계 단량체는 예를 들어 스티렌; 에틸스티렌, 디메틸스티렌 및 파라-메틸스티렌 등의 알킬스티렌; 알파-메틸스티렌, 알파-에틸스티렌, 알파-프로필스티렌 및 알파-부틸스티렌 등의 알파-알킬스티렌; 클로로스티렌 및 브로모스티렌 등의 할로겐화스티렌; 및/또는 비닐기 함유 스티렌 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 공중합체인 경우, 상기 스티렌계 단량체와 공중합이 가능한 공단량체로는 예를 들어 아크릴로니트릴, 부타디엔, 알킬아크릴레이트, 알킬메타아크릴레이트, 이소부틸렌 및/또는 이소프렌 등을 들 수 있다.
아울러, 본 발명에서, 상기 스티렌계 중합체는 산업 현장이나 가정에서 폐기되는 폐스티렌계 중합체(폐폴리스티렌계 수지)를 포함한다. 하나의 예시에서, 상기 스티렌계 중합체는 폴리스티렌(PS) 및 폐폴리스티렌(폐PS) 등으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 제1난연제는 폐전선으로부터 분리된 난연제로서, 이는 난연성을 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 제1난연제는 폐전선의 종류에 따라 다를 수 있지만, 이는 예를 들어 할로겐계 화합물, 인계 화합물 및/또는 안티몬계 화합물 등으로부터 선택될 수 있으나, 이들에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에서, 상기 제1난연제는 폐전선으로부터 분리된 난연성의 무기물이면 좋다.
상기 제1난연제는 본 발명에 따른 발포 입자에 하기 (a) 내지 (c) 중에서 선택된 어느 하나의 형태로 포함될 수 있다.
(a) 본 발명의 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 내부에 분산
(b) 본 발명의 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 부분 코팅 또는 전면(全面) 코팅
(c) 본 발명의 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 내부에 분산 및 본 발명의 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 부분 코팅 또는 전면(全面) 코팅
구체적으로, 본 발명의 제1구현예에 따라서, (a) 상기 제1난연제는 스티렌계 중합체와 혼합된 다음, 발포되어 본 발명에 따른 발포 입자의 내부에 분산된 형태로 포함될 수 있다. 본 발명의 제2구현예에 따라서, (b) 상기 제1난연제는 본 발명에 따른 발포 입자의 발포 제조된 후, 입자 표면에 부분 코팅(또는 전면 코팅)된 형태로 포함될 수 있다. 또한, 본 발명의 제3구현예에 따라서, (c) 상기 제1난연제는 스티렌계 중합체와 혼합된 다음, 발포되어 본 발명에 따른 발포 입자의 내부에 분산되고, 이후 발포 제조된 후의 입자 표면에도 부분 코팅(또는 전면 코팅)되어, 본 발명에 따른 발포 입자의 내부에 분산되어 있음은 물론 입자의 표면에도 코팅된 형태로 포함될 수 있다.
바람직한 형태에 따라서, 상기 제1난연제는 상기 제2구현예 및 제3구현예를 따르는 것이 좋다. 구체적으로, 상기 제1난연제는 적어도 발포 입자의 표면에 부분 코팅(또는 전면 코팅)된 형태로 포함되는 것이 좋다. 이 경우, 상기 제1난연제가 화염과 직접 접촉되는 발포 입자의 표면 상에 부분 코팅(또는 전면 코팅)되어 있어 난연성이 향상된다.
더욱 바람직한 형태에 따라서, 상기 제1난연제는 상기 제2구현예를 따른 것이 좋다. 구체적으로, 상기 제1난연제는 발포 입자의 내부에는 분산되지 않고, 발포 입자의 표면에 부분 코팅(또는 전면 코팅)된 형태로만 포함되는 것이 좋다. 이 경우, 상기 제1난연제가 화염과 직접 접촉되는 발포 입자의 표면 상에 코팅되어 있어 난연성이 향상되며, 이와 함께 동일 난연성 대비 제1구현예보다 사용량을 줄일 수 있고, 또한 동일 사용량 대비 단위 표면적당 제1난연제의 코팅량이 많아 난연성에서 유리하다.
상기 제2난연제는 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 황(S)을 함유한 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 제2난연제는, 구체적으로 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 포함하는 무기물을 베이스 성분(주성분)으로 하되, 부성분으로서 황(S)을 함유하는 무기물로부터 선택된다. 하나의 예시에서, 상기 제2난연제는 황(S) 및/또는 황(S)을 함유한 화합물과 수산화알루미늄(Al(OH)3)이 혼합된 무기물 분말로부터 선택될 수 수 있다. 상기 제2난연제에 함유된 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 화재 시에 수분(H2O)을 생성시켜, 발화 및 열 발생을 억제한다. 또한, 상기 제2난연제에 함유된 황(S)은 주위의 산소 농도 등을 감소시켜 연소의 진행을 억제하고, 연기 발생 등을 저하(방염)시켜 우수한 난연성을 도모한다.
상기 제2난연제는, 예를 들어 제올라이트 폐촉매로부터 선택될 수 있다. 상기 제올라이트 폐촉매는 산업상에서 폐기된 제올라이트계 촉매로서, 이는 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 황(S)을 함유한 것이면 특별히 제한되지 않는다. 또한, 하나의 구현예에 따라서, 상기 제올라이트 폐촉매는 석유의 열분해 공정 등에서 폐기된 것으로부터 선택될 수 있다.
상기 제2난연제는 본 발명에 따른 발포 입자에 상기 제1난연제와 같은 형태로 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2난연제는 스티렌계 중합체와 혼합된 다음, 발포되어 본 발명에 따른 발포 입자의 내부에 분산된 형태로 포함될 수 있다. 또한, 상기 제2난연제는 본 발명에 따른 발포 입자의 발포 제조된 후, 입자 표면에 부분 코팅(또는 전면 코팅)된 형태로 포함될 수 있다. 아울러, 상기 제2난연제는 스티렌계 중합체와 혼합된 다음, 발포되어 본 발명에 따른 발포 입자의 내부에 분산되고, 이후 발포 제조된 후의 입자 표면에도 부분 코팅(또는 전면 코팅)되어, 본 발명에 따른 발포 입자의 내부에는 물론 입자의 표면에도 코팅된 형태로 포함될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 제2난연제는 본 발명에 따른 발포 입자의 내부에 분산된 형태로 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 본 발명에 따른 발포 입자는 제3난연제를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제3난연제는 아세트기(CH3CO-)를 가지는 유기물로부터 선택된다. 이러한 제3난연제는 본 발명에 따른 발포 입자의 표면에 부분 코팅(또는 전면 코팅)된 형태로 포함된다. 예시적인 형태에 따라서, 상기 제3난연제는 제1난연제 및/또는 제2난연제와 혼합된 다음, 본 발명에 따른 발포 입자의 표면에 부분 코팅(또는 전면 코팅)될 수 있다. 본 발명에 따르면, 아세트기(CH3CO-)를 가지는 유기물로부터 선택된 상기 제3난연제는 난연성의 개선과 함께 발포 입자 간의 결합력(융착성)을 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 제2난연제는 본 발명의 발포 입자의 내부에 분산되고, 상기 제1난연제 및 제3난연제는 본 발명의 발포 입자의 표면에 부분 코팅(또는 전면 코팅)된다. 구체적으로, 본 발명에 따른 발포 입자는 스티렌계 중합체를 주성분으로 하는 발포 입자 본체와, 상기 발포 입자 본체의 표면에 코팅된 난연 코팅층을 포함하되, 상기 발포 입자 본체에는 상기 제2난연제가 분산, 혼재되어 있고, 상기 난연 코팅층은 무기물로서의 제1난연제와 유기물로서의 제3난연제를 포함하는 구성을 갖는다. 이때, 상기 난연 코팅층은 제1난연제(무기물), 제3난연제(유기물) 및 유기 용제를 포함하는 난연 코팅액이 상기 발포 입자 본체의 표면에 분사 코팅 및/또는 함침 코팅 등의 방법으로 코팅되어 형성될 수 있다.
또한, 예시적인 구현예에 따라서, 상기 난연 코팅층은 가소제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 난연 코팅층은 제1난연제(무기물), 제3난연제(유기물), 가소제 및 유기 용제를 포함하는 난연 코팅액이 상기 발포 입자 본체의 표면에 분사(분무) 코팅 및/또는 함침 코팅 등의 방법으로 코팅되어 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따른 발포 입자는, 예를 들어 단열재 등의 용도로 유용하게 사용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 발포 입자는 소정의 형상, 예를 들어 판넬(panel)이나 바(bar) 형상 등으로 성형되어 건물의 단열재 등으로 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 발포 입자는 통상과 같은 발포 공정으로 발포 제조될 수 있으며, 상기 발포 공정은 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 발포 입자는 물리적 및/또는 화학적 수단을 통해 발포될 수 있으며, 예를 들어 가열 및/또는 스팀(steam) 등에 의해 발포될 수 있다. 아울러, 상기 발포 공정은 1회 또는 2회 이상일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 제조방법(이하, "발포 입자의 제조방법"으로 약칭한다.)을 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 발포 입자의 제조방법을 설명하되, 이의 예시적인 실시 형태의 설명을 통하여, 본 발명에 따른 발포 입자의 구체적인 실시 형태를 함께 설명한다.
제1실시 형태
본 발명의 제1실시 형태에 따른 발포 입자의 제조방법은, (S1-1) 폐전선으로부터 제1난연제를 분리하는 단계; (S1-2) 스티렌계 중합체 및 제2난연제를 포함하는 혼합물로부터 폴리스티렌계 발포 입자를 얻는 단계; 및 (S1-3) 상기 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 상기 폐전선으로부터 분리된 제1난연제를 코팅하는 단계를 포함한다. 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.
(S1-1)단계 : 폐전선으로부터 제1난연제의 분리
본 발명은 산업 및/또는 가정 등에서 폐기되는 폐전선을 재활용한다. 본 발명에서, 재활용의 대상이 되는 폐전선은 특별히 제한되지 않으며, 이는 일반적인 전선은 물론, 통신용으로 사용되는 통신 케이블 등을 통칭한다. 상기 폐전선은 난연제를 포함하는 것이면 좋다. 본 발명에 따라서, 상기 폐전선으로부터 난연제를 분리, 회수하여, 이를 본 발명의 제1난연제로 사용한다. 이때, 분리, 회수된 회수물에는 적어도 제1난연제를 포함하며, 제1난연제 이외에 분리 공정에서 사용된 유기 용제 등의 부가물이 더 혼합되어 있을 수 있다.
일반적으로, 폐전선은 하나 이상의 금속선(주로, 구리선)과, 상기 금속선을 보호하는 외피(피복재)를 갖는다. 이때, 폐전선을 구성하는 대부분의 외피(피복재)는 수지(고분자)와 난연제를 포함한다. 폐전선의 종류에 따라 다를 수 있지만, 폐전선의 외피를 구성하는 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리우레탄(PU) 및/또는 에폭시수지 등을 포함하며, 대부분의 경우 폴리염화비닐(이하, 경우에 따라서 "PVC"로 약칭한다.)을 포함한다.
또한, 상기 폐전선의 외피를 구성하는 난연제는 주로 2등급 이상의 난연 효과를 가지는 무기물 난연제로서, 이는 예를 들어 할로겐계 화합물, 인계 화합물 및/또는 안티몬계 화합물 등의 무기물 난연제로 구성된다.
본 발명에 따라서, 폐전선으로부터 위와 같은 수지와 제1난연제를 분리한다. 본 발명에서 제1난연제는 폐전선에 포함된 것으로서, 이는 구체적으로 폐전선의 외피를 구성하는 상기와 같은 무기물 난연제를 의미한다. 폐전선으로부터 수지와 제1난연제를 분리하는 공정은 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 폐전선을 절단, 절개, 압착, 가열 및/또는 용해 등의 공정을 통해 분리할 수 있다. 이때, 제1난연제의 분리 공정은, 예를 들어 유기 용제를 이용한 용해 공정을 적어도 포함할 수 있다.
하나의 구현예에 따라서, 폐전선으로부터 제1난연제를 분리하는 본 (S1-1)단계는 용해 공정과 침전 분리 공정을 포함할 수 있다. 각 공정의 실시 형태를 설명하면 다음과 같다.
[1] 용해 공정
용해조에 폐전선과 유기 용제를 투입하여 외피를 용해시킨다. 이러한 용해에 의해, 폐전선을 구성하는 외피(피복재)가 분리된다. 즉, 폐전선의 수지와 제1난연제를 포함하는 피복 혼합물이 용해에 의해 분리된다. 이때, 폐전선은 소정의 크기로 절단, 및/또는 약 20㎛ 내지 5mm의 크기로 분쇄된 다음, 용해조에 투입될 수 있다. 또한, 절단 및/또는 분쇄된 폐전선은 가압 롤러를 통해 압착된 다음, 용해조에 투입될 수 있다. 폐전선을 용해조에 투입 시, 위와 같은 절단, 분쇄 및/또는 압착한 후에 투입하는 경우, 유기 용제와의 접촉 면적이 넓어져 용해성이 향상될 수 있다.
또한, 상기 용해는 상온에서 진행하거나 열을 가하면서 진행할 수 있다. 구체적으로, 용해조에 폐전선과 유기 용제를 투입한 후, 상온에서 용해시키거나, 용해조 내에 열을 가하면서 용해시킬 수 있다. 본 발명에서, 상온은 계절에 따라 다를 수 있지만, 이는 예를 들어 -5℃ 내지 30℃의 범위가 될 수 있다. 그리고 열을 가하면서 용해시키는 경우에는, 예를 들어 유기 용제의 온도를 25℃ 내지 150℃로 유지하면서 용해시킬 수 있다. 이때, 온도가 25℃ 미만이면, 열을 가함에 따른 용해 개선 효과가 미미할 수 있다. 그리고 온도가 150℃를 초과하는 경우, 예를 들어 유기 용제의 휘발량이 많아질 수 있다. 열을 가하는 방법은, 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 용해조의 내부 벽면 및/또는 외부 벽면에 히팅 코일(heating coil) 등의 열 공급수단을 설치하여 열을 가할 수 있다.
본 발명에서, 상기 유기 용제는 폐전선의 외피를 구성하는 수지(예를 들어, PVC 등)를 용해시킬 수 있는 것이면 제한되지 않는다. 상기 유기 용제는, 예를 들어 탄화수소계 유기 용제로부터 선택될 수 있다. 상기 유기 용제는 외피를 구성하는 수지의 종류에 따라 다를 수 있지만, 이는 구체적인 예를 들어 아세톤(Acetone), 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디이소부틸케톤(DIBK) 및 부틸메틸케톤(BMK) 등의 케톤류; 테트라하이드로푸란(THF ; Tetrahydrofuran) 등의 에테르류; 메탄올, 에탄올, 부탄올 등의 알콜류; 및/또는 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 등의 방향족류 등으로부터 선택된 탄소수소계 유기 용제가 사용될 수 있다.
상기 유기 용제는, 바람직하게는 폐전선을 구성하는 수지(예, PVC 등)보다 물에 대한 용해도가 높은 수용성의 유기 용제로부터 선택되는 것이 좋다. 상기 유기 용제는, 예를 들어 아세톤(Acetone), 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디이소부틸케톤(DIBK) 및 부틸메틸케톤(BMK) 등으로부터 선택된 하나 이상의 케톤류를 사용하는 것이 좋다. 본 발명에 따르면, 상기 유기 용제로서 폐전선을 구성하는 수지보다 물에 대한 용해도가 높은 수용성인 것(예를 들어, 케톤류)를 사용하는 경우, 추후에 수지(예, PVC)와 제1난연제의 분리, 및/또는 유기 용제의 분리, 회수가 용이한 장점이 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
또한, 위와 같이 유기 용제로서 폐전선을 구성하는 수지(예, PVC 등)보다 물에 대한 용해도가 높은 수용성을 사용하되, 유기 용제의 종류에 따라 예를 들어 55℃ ~ 130℃의 온도로 가열하여 용해시키는 것이 좋다. 바람직하게는, 유기 용제의 비점 정도(비점의 ± 5℃)에서 가열하여 용해시키는 것이 좋다. 구체적으로, 유기 용제의 비점이 Tb℃라고 할 때, Tb℃ ± 5℃로 가열하여 용해시키는 것이 좋다. 이와 같은 온도에서 가열하는 경우, 높은 용해성과 함께 낮은 휘발량을 가질 수 있다.
위와 같은 용해 공정을 통하여, 폐전선으로부터 수지와 제1난연제를 포함하는 피복 혼합물을 분리한다. 이때, 상기 피복 혼합물은 용해조의 하단으로 배출시켜 분리, 회수할 수 있다. 그리고 용해조 내에 잔류한 금속선은 별도로 꺼내어 회수할 수 있다. 또한, 본 용해 공정을 통해 분리된 상기 피복 혼합물은 수지, 제1난연제 및 유기 용제를 포함하는 액상 또는 겔상일 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 피복 혼합물은 수지(예, PVC), 제1난연제 및 유기 용제를 0.5 ~ 40 : 0.1 ~ 30 : 10 ~ 150의 중량비로 포함할 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 수지(예, PVC), 제1난연제 및 유기 용제를 5 ~ 30 : 0.5 ~ 20 : 30 ~ 120의 중량비로 포함할 수 있다.
[2] 침전 분리 공정
다음으로, 상기 피복 혼합물로부터 제1난연제를 분리한다. 즉, 수지와 제1난연제의 혼합물로부터 수지와 제1난연제를 각각 분리한다. 폐전선을 구성하는 수지를 분리하지 않고, 이를 본 발명에 따른 발포 입자의 재료로 사용하는 경우를 고려해 볼 수 있지만, 이 경우 독성 가스를 배출할 수 있다. 구체적으로, 폐전선의 대부분은 외피를 구성하는 수지가 폴리염화비닐(PVC)을 포함하고 있는데, 이러한 폴리염화비닐(PVC)는 연소 시 다이옥신 등의 독성 가스를 배출할 수 있다. 이에, 상기 피복 혼합물로부터 수지(예, PVC)와 제1난연제를 각각 분리하고, 분리된 제1난연제는 본 발명에 따른 발포 입자의 난연성을 위해 사용한다. 그리고 분리된 수지(예, PVC)는 별도의 용도로 재사용할 수 있다.
이때, 상기 피복 혼합물로부터 제1난연제의 분리는 비중 차이를 통한 침전을 이용하여 분리한다. 예를 들어, 상기 용해조 내에서 피복 혼합물을 소정 시간 동안 방치하여, 비중이 큰 제1난연제(무기물 입자)가 용해조 하단으로 침전되게 하여, 상기 피복 혼합물로부터 제1난연제를 분리, 회수한다. 이때, 회수된 제1난연제에는 소량의 용제가 잔존할 수 있는데, 이는 경우에 따라서 가열 등을 통한 휘발 및/또는 건조 등을 통해 완전히 제거하여 순수한 제1난연제만을 회수할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 피복 혼합물에 물을 더 가한 후에 제1난연제를 분리하는 것이 좋다. 구체적으로, 본 침전 분리 공정은 상기 피복 혼합물에 물을 더 가하여, 수지는 상층으로 부상되게 하고, 제1난연제는 침전되게 하는 제1공정; 및 상기 피복 혼합물로부터 수지와; 유기 용제 및 물을 포함하는 혼합 용액과; 제1난연제를 각각 분리하는 제2공정을 포함하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이, 상기 용해 공정에서 얻어진 피복 혼합물은 유기 용제 및 수지를 포함하는 수지 용액(유기 용제에 수지가 용해된 액상 또는 겔상)을 포함하되, 이 용액의 하단에는 제1난연제(무기물 입자)가 침전되어 있다. 이때, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라서, 상기와 같이 피복 혼합물에 물을 가하게 되면, 물에 대한 용해도가 낮은 수지(예, PVC)는 회합(응집)되어 고상으로 변하게 된다.
구체적으로, 상기 유기 용제로서 폐전선을 구성하는 수지보다 물에 대한 용해도가 높은 수용성인 것을 사용하고, 이를 포함하는 상기 피복 혼합물에 물을 가하게 되면, 유기 용제에 대한 용해도가 물의 첨가로 인하여 희석되어 수지의 용해도가 감소한다. 이때, 수지는 회합(응집)되어 고상으로 변하게 된다. 그리고 상기 고상으로 변한 수지는 비중이 낮아 상층으로 부상된다. 따라서 상기 피복 혼합물에 물을 가하는 경우, 수지는 회합(응집)되어 고상으로 변하게 되고, 비중 차이에 의해 수지는 상층으로 부상되며, 비중이 큰 제1난연제(무기물 입자)는 아래로 침전된다. 이와 같이, 상층으로 부상된 수지는 여과 등을 통해 쉽게 분리, 회수할 수 있다.
또한, 본 발명의 예시적인 구현예에 따라서, 상기 침전 분리 공정은 콘(corn) 형태의 분리조에서 구현될 수 있다. 구체적으로, 하부가 콘(corn) 형태로 테이퍼(taper)진 분리조가 이용될 수 있다. 이때, 콘(corn)의 말단은 고상의 수지가 걸러질 수 있는 직경을 갖는다. 또한, 상기 분리조의 하측에는 필터(거름망)이 설치될 수 있다. 이와 같은 분리조로 피복 혼합물을 투입하게 되면, 분리조의 하부로 용액(유기 용제 + 물)과 침전된 제1난연제를 동시에 배출시켜, 침전된 제1난연제는 필터(거름망)를 통해 여과하여 회수한다. 그리고 고상의 수지는 분리조의 콘(corn) 말단에 걸리어 분리조 내에 남아 있으므로 회수가 용이하다.
위와 같이 분리, 회수된 제1난연제는, 예를 들어 분쇄를 통하여 0.1㎛ 내지 200㎛의 평균 크기를 갖도록 한 다음, 하기 (S1-3)단계에서 사용될 수 있다. 이때, 제1난연제의 크기가 상기 범위를 벗어나 너무 작거나 큰 경우 분산성, 코팅성 및 난연성 등에서 바람직하지 않을 수 있다.
따라서 폐전선으로부터 수지와 제1난연제를 용해를 통해 분리하고, 이후 수지와 제1난연제를 침전 분리를 통해 각각 분리함에 있어서, 상기 피복 혼합물에 물을 더 가하여 분리하는 경우, 수지의 분리, 회수는 물론 유기 용제의 분리, 회수가 매우 용이하고 경제적이다. 구체적으로, 상기 피복 혼합물로부터 수지를 분리함에 있어 분별 증류 등의 방법을 이용하지 않고도, 비용 및 공정상에서 유리한 회합(응집) 및 여과 등의 방법으로 용이하게 수지를 분리, 회수할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 혼합 용액으로부터 유기 용제를 분리하는 공정을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 침전 분리 공정은 상기와 같이 피복 혼합물에 물을 가한 다음(제1공정), 상층으로 부상된 수지와, 유기 용제 및 물을 포함하는 혼합 용액과, 아래로 침전된 제1난연제를 각각 분리하여 회수(제2공정)하는데, 이때 상기 제2공정에서 분리, 회수된 유기 용제 및 물을 포함하는 혼합 용액으로부터 유기 용제를 별도로 분리, 회수할 수 있다. 상기 유기 용제는, 예를 들어 분별 증류 등을 통해 분리, 회수할 수 있다. 그리고 상기 회수된 유기 용제는 용해 공정에서 재사용될 수 있다.
한편, 분별 증류를 이용함에 있어서, 수지와 유기 용제의 분리보다는 물과 유기 용제를 분리하는 것이 공정이 간편하고 빠르며, 열에너지 사용 등에 따른 비용 면 등에서 유리하다. 그리고 유기 용제의 회수율이 높다. 따라서 상기 용해 공정에서 얻어진 피복 혼합물에 물을 가하는 경우, 물을 가하지 않은 경우보다 효율적인 분리 및 경제성 등이 도모된다.
또한, 상기 피복 혼합물에 물을 가함에 있어서, 상기 수지 100중량부에 대하여 20 내지 85중량부의 물을 가할 수 있다. 이때, 수지에 대한 물의 함량이 20중량부 미만인 경우, 회합(응집)되지 않은 수지가 남아 있을 수 있으며, 물의 함량이 85중량부를 초과하는 경우 과잉 사용에 따른 상승 작용이 그다지 크지 않다. 이러한 점을 고려할 때, 수지 100중량부에 대하여 50 내지 85중량부의 물을 가하는 것이 바람직하다. 이때, 50중량부 이상의 물을 가하는 경우, 예를 들어 95% 이상의 수지 회수율을 도모할 수 있다.
(S1-2)단계 : 폴리스티렌계 발포 입자 제조
본 (S1-2)단계는 스티렌계 중합체 및 제2난연제를 포함하는 혼합물(폴리스티렌계 조성물)로부터 폴리스티렌계 발포 입자를 얻는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 스티렌계 중합체는 앞서 예시한 바와 같다. 상기 혼합물(폴리스티렌계 조성물)은 통상과 같이 조성되되, 이는 본 발명에서 특정하는 제2난연제를 포함하는 것이면 특별히 제한되지 않는다.
상기 혼합물(폴리스티렌계 조성물)은 스티렌계 중합체를 주성분으로 하되, 통상적으로 사용되는 발포제(예, 펜탄 등) 및 분산제(예, 트리칼슘 포스페이트 등) 등을 포함할 수 있다. 그리고 상기 혼합물은 본 발명에서 특정하는 제2난연제를 더 포함한다. 또한, 상기 혼합물은 첨가제로서 기포 조절제 및/또는 발포력 개선제 등을 더 포함할 수 있다. 이러한 혼합물로부터 폴리스티렌계 발포 입자를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 이는 통상과 같은 방법으로 진행될 수 있다.
상기 제2난연제는 앞서 설명한 바와 같이 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 황(S)을 함유한 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 제2난연제는, 예를 들어 제올라이트 폐촉매로부터 선택될 수 있다. 본 발명에서, 제올라이트 폐촉매는 화학공업 등의 산업 상에서 그 사용을 다하고 폐기된 제올라이트계 촉매로서, 이는 제올라이트(zeolite)를 베이스 조성으로 하되, 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 황(S)을 함유한 것이면 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라서, 상기 제올라이트 폐촉매는 열분해 공정(cracking process) 등에서 사용된 FCC 폐촉매로부터 선택될 수 있다. 본 발명에서, FCC 폐촉매는 유동층 분해 공정(FCC ; Fluidized catalytic cracking)에서 그 사용을 다하고 폐기된 촉매로서, 이는 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 황(S)을 함유한 것이면 제한되지 않는다. 일반적으로, 석유의 정유 공정이나 가스의 분해 공정 등과 같은 대부분의 열분해 공정(cracking process)에서는 분해 촉매로서 FCC 촉매가 사용된다. FCC 촉매는 다공성으로서, 이는 수산화알루미늄(Al(OH)3)을 함유한 제올라이트계 다공질체가 대표적이다.
본 발명에서, FCC 폐촉매는 석유의 정유 공정 등의 열분해 공정에서 그 사용을 다하고 폐기되는 폐촉매로서, 이는 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 황(S)을 함유한 것으로부터 선택된다. 이때, 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 FCC 촉매의 자체 원료로부터 유래된 성분이며, 황(S)은 별도로 도입된다. 황(S)은, 예를 들어 흡착을 통해 FCC 촉매에 인위적으로 도입될 수 있다. 하나의 구현예에 따라서, 상기 FCC 폐촉매는 석유의 열분해 공정(정유 공정)에서 그 사용을 다하고 폐기된 제올라이트계 FCC 폐촉매일 수 있다. 이때, 석유의 정유 공정에서는 열분해 시 원유로부터 황 성분이 발생되며, 이러한 황 성분은 FCC 촉매에 흡착된다. 따라서, 석유의 열분해 공정에서 폐기된 FCC 폐촉매는 자체 원료로부터 유래된 수산화알루미늄(Al(OH)3)과, 열분해 공정에서 흡착된 황(S)을 함유하여, 본 발명에 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 상기 제2난연제로서 석유의 열분해 공정에서 폐기된 FCC 폐촉매를 사용하는 경우, 이는 세척 용제를 통해 세척한 후에 사용하는 것이 좋다. 예를 들어, 중질유를 경질유로 열분해하는 공정에서 사용된 FCC 폐촉매에는 중질유나 경질유 등의 유분이 잔존할 수 있으며, 이러한 유분은 난연성에 악영향을 끼칠 수 있다. 이에 따라, 유분은 세척을 통해 제거되는 것이 좋다. 본 발명에서, 상기 세척은 FCC 폐촉에 잔존하는 유분(예, 중질유나 경질유 등)을 제거할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 세척 용제를 통한 세척 공정으로부터 선택될 수 있다. 이때, 상기 세척 용제는 유기 용제로서, 이는 유분(예, 중질유나 경질유 등)을 세척할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 탄소수 6개 이상의 알칸계 탄화수소 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 세척 용제는, 구체적인 예를 들어 n-헥산 및/또는 n-헵탄 등의 알칸계 탄화수소를 사용할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
위와 같은 제2난연제를 혼합 및 분산시켜 본 발명에 따른 발포 입자의 제조를 위한 발포성 혼합물(폴리스티렌계 조성물)을 얻는다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시 형태에 따라서, 상기 제2난연제(예, 제올라이트 폐촉매)는 볼밀 등을 통하여, 예를 들어 1 ~ 200 메쉬(mesh)의 크기로 분쇄하여 사용할 수 있으며, 보다 구체적인 예를 들어 5 ~ 150 메쉬(mesh)의 크기로 분쇄하여 사용할 수 있다. 이와 같은 크기로 분쇄하여 사용하는 경우, 발포성 혼합물(폴리스티렌계 조성물)에 균일하게 분산, 혼합될 수 있으며, 난연성의 개선에도 효과적일 수 있다.
아울러, 상기 발포성 혼합물(폴리스티렌계 조성물)은 스티렌계 중합체와 제2난연제를 5 : 0.1 ~ 5의 중량비로 포함할 수 있다. 이때, 제2난연제의 사용량이 상기 범위보다 작은 경우, 이의 사용에 따른 난연성 개선 효과가 미미할 수 있고, 상기 범위보다 큰 경우에는 최종 제품의 연성이나 취성 등에서 바람직하지 않을 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 발포성 혼합물(폴리스티렌계 조성물)은 스티렌계 중합체와 제2난연제를 5 : 1 ~ 3의 중량비로 포함하는 것이 좋다. 즉, 본 발명에 따른 발포 입자는 스티렌계 중합체와 제2난연제(예, 제올라이트 폐촉매)를 5 : 1 ~ 3의 중량비로 포함하는 것이 좋다.
상기 발포성 혼합물(폴리스티렌계 조성물)은 비드 등의 입자 상으로 성형된 다음, 발포되거나, 입자 상으로 성형됨과 동시에 발포될 수 있다. 본 발명에서, 발포는 물리적 및/화학적 발포를 포함하며, 이는 예를 들어 통상과 같은 공정으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 통상과 같이 고압/고온 조건에서, 화학 발포제(예, 펜탄 등)에 의해 가열 발포되거나 스팀에 의해 발포되어 적절한 발포 구조를 가지는 발포 입자로 제조될 수 있다.
(S1-3)단계 : 제1난연제의 코팅
위와 같이 얻어진 발포 입자의 표면에 상기 폐전선으로부터 분리된 제1난연제를 코팅한다. 코팅 방법은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어 분사 코팅 및/또는 함침 코팅 등의 방법으로부터 선택될 수 있다. 이때, 제1난연제는 유기 용제와 혼합되어 코팅될 수 있다.
상기 유기 용제는 상기 나열한 바와 같은 탄화수소계 유기 용제로부터 선택될 수 있다. 상기 유기 용제는, 구체적인 예를 들어 아세톤(Acetone), 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디이소부틸케톤(DIBK) 및 부틸메틸케톤(BMK) 등의 케톤류 ; 테트라하이드로푸란(THF ; Tetrahydrofuran) 등의 에테르류; 메탄올, 에탄올, 부탄올 등의 알콜류; 및/또는 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 등의 방향족류 등으로부터 선택된 탄소수소계 유기 용제가 사용될 수 있다.
또한, 상기 제1난연제의 코팅 시, 부착성의 개선을 위해, 유기 바인더가 더 사용될 수 있다. 구체적으로, 제1난연제, 유기 바인더 및 유기 용제를 포함하는 난연 코팅액을 제조한 다음, 이를 발포 입자의 표면에 코팅, 경화(건조)시켜 발포 입자의 표면에 상기 폐전선으로부터 분리된 제1난연제가 코팅되게 할 수 있다. 이와 같이 유기 바인더를 더 혼합하여 사용하는 경우, 제1난연제의 부착성 개선은 물론, 발포 입자 간의 결합력(융착성) 개선에도 유리할 수 있다.
상기 유기 바인더는 접착성을 가지는 것이면 제한되지 않는다. 유기 바인더는, 예를 들어 스티렌계 중합체, 아크릴 수지, 폴리우레탄 및/또는 에폭시 수지 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 난연 코팅액은, 난연 코팅액 전체 중량 기준으로 제1난연제 5 내지 60중량% 및 유기 바인더 2 ~ 30중량%을 포함할 수 있으며, 잔량은 유기 용제로 구성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2실시 형태에 따른 발포 입자의 제조방법을 설명한다. 본 발명의 제2실시 형태를 설명함에 있어, 상기 제1실시 형태의 제조방법과 동일하게 사용되는 용어는 동일한 기능을 나타내므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 구체적으로 설명되지 않는 부분이 있다면, 이는 상기 제1실시 형태를 설명한 바와 같다. 아울러, 경우에 따라서, 상기 제1실시 형태는 이하에서 설명되는 제2실시 형태의 구성을 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1실시 형태에서 설명되지 않는 부분이 있다면, 이는 하기 제2실시 형태를 설명한 바와 같다.
제2실시 형태
본 발명의 제2실시 형태에 따른 발포 입자의 제조방법은, (S2-1) 폐전선으로부터 제1난연제를 분리하는 단계; (S2-2) 스티렌계 중합체 및 제2난연제를 포함하는 혼합물로부터 폴리스티렌계 발포 입자를 얻는 단계; (S2-3) 제3난연제와 상기 폐전선으로부터 분리된 제1난연제를 포함하는 난연 코팅액을 얻는 단계; 및 (S2-4) 상기 난연 코팅액을 상기 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 코팅하는 단계를 포함한다. 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.
(S2-1)단계 : 폐전선으로부터 제1난연제의 분리
본 제2실시 형태의 (S2-1)단계는 폐전선으로부터 제1난연제의 분리하는 공정을 포함하면 특별히 제한되지 않는다. 본 (S2-1)단계는 상기 제1실시 형태의 (S1-1)단계를 설명한 바와 같으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
(S2-2)단계 : 폴리스티렌계 발포 입자 제조
본 제2실시 형태의 (S2-2)단계는 스티렌계 중합체 및 제2난연제를 포함하는 혼합물(폴리스티렌계 조성물)로부터 폴리스티렌계 발포 입자를 얻는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 본 (S2-2)단계는 상기 제1실시 형태의 (S1-2)단계를 설명한 바와 같으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
(S2-3)단계 : 난연 코팅액의 제조
제3난연제와 제1난연제를 포함하는 난연 코팅액을 얻는다. 구체적으로, 상기 난연 코팅액은 본 발명에서 특정하는 제3난연제와 상기 폐전선으로부터 분리된 제1난연제를 포함한다. 이때, 경우에 따라서, 상기 난연 코팅액은 유기 용제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 난연 코팅액은 제3난연제, 제1난연제 및 유기 용제를 포함할 수 있다.
이때, 상기 유기 용제는 탄화수소계로서, 이는 상기 예시한 것들로부터 선택될 수 있다. 상기 유기 용제는, 예를 들어 아세톤(Acetone), 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디이소부틸케톤(DIBK) 및 부틸메틸케톤(BMK) 등의 케톤류 ; 테트라하이드로푸란(THF ; Tetrahydrofuran) 등의 에테르류; 메탄올, 에탄올, 부탄올 등의 알콜류; 및/또는 벤젠, 톨루엔 및 자일렌 등의 방향족류 등으로부터 선택된 탄소수소계 유기 용제가 사용될 수 있다.
본 발명에서, 상기 제3난연제는 유기물로서, 이는 분자 내에 하나 이상의 아세트기(CH3CO-)를 가지는 유기물로부터 선택된다. 본 발명에 따르면, 이러한 제3난연제(유기물)는 다른 유기물과 비교하여 난연성을 도모한다. 즉, 제3난연제의 아세트기(CH3CO-)는 불이 잘 붙지 않는 성질을 가지고 있다. 또한, 상기 제3난연제(유기물)는 발포 입자 간의 결합력(융착성)을 향상시킨다. 이에 따라, 아세트기(CH3CO-)를 가지는 제3난연제는 다른 유기 바인더보다 난연성에서 유리하며, 또한 발포 입자 간의 결합력(융착성)을 향상시키고, 인장강도 등의 기계적 물성을 개선한다.
본 발명에서, 상기 제3난연제는 아세트기(CH3CO-)를 가지는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 제3난연제는, 바람직하게는 셀룰로오스 아세테이트 및 셀룰로오스 트리아세테이트 등으로부터 선택된 하나 이상이 사용될 수 있으며, 이들은 난연성과 함께 생분해성을 가져 친환경적인 측면에서도 바람직하다.
상기 난연 코팅액은 위와 같은 제3난연제, 제1난연제 및 유기 용제를 포함하되, 난연 코팅액 전체 중량 기준으로 제3난연제 2 ~ 30중량% 및 제1난연제 5 내지 60중량%를 포함할 수 있다. 그리고 잔량은 유기 용제이다. 이때, 상기 제3난연제의 함량이 2중량% 미만인 경우, 이의 사용에 따른 난연성 및 결합력(융착성) 등의 개선 효과가 미미할 수 있고, 30중량%를 초과하는 경우 상대적으로 제1난연제의 함량이 낮아져 바람직하지 않을 수 있다. 또한, 상기 제1난연제의 함량이 5중량% 미만인 경우, 이의 사용에 따른 난연성 개선 효과가 미미할 수 있고, 60중량%를 초과하는 경우 분산성 및 코팅성 등에서 바람직하지 않을 수 있다. 상기 제1난연제는 폐전선으로부터 분리된 무기물 난연제로서, 이는 전술한 바와 같이 0.1㎛ 내지 200㎛의 평균 크기를 가질 수 있다.
바람직한 실시 형태에 따라서, 상기 난연 코팅액은 가소제를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 난연 코팅액은 제3난연제, 제1난연제, 가소제 및 유기 용제를 포함할 수 있다. 이러한 가소제의 첨가에 의해, 예를 들어 제품으로의 성형 시 성형성이 개선될 수 있으며, 또한 셀룰로오스 아세테이트 등과 같은 제3난연제의 유리전이 온도가 낮아져 저온(예를 들어, 130℃ ~ 150℃)에서도 발포 입자 간이 양호한 결합력(융착성)으로 접착(저온 접착)될 수 있다.
상기 가소제는 제3난연제의 열가소성을 향상시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 상기 가소제는, 예를 들어 프탈레이트계 화합물로부터 선택될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 디메틸프탈레이트(DMP ; Dimethyl phthalate), 디부탈프탈레이트(DBP ; Dibutyl phthalate) 및/또는 디옥틸프탈레이트(DOP ; Dioctyl phthalate) 등으로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 가소제는 난연 코팅액 전체 중량 기준으로, 예를 들어 0.5 ~ 10중량%로 포함될 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 난연 코팅액은 가소제를 더 포함하되, 난연 코팅액 전체 중량 기준으로 제3난연제 2 ~ 30중량%, 제1난연제 5 내지 60중량% 및 가소제 0.5 ~ 10중량%를 포함할 수 있다. 그리고 잔량은 유기 용제이다. 이때, 상기 가소제의 함량이 0.5중량% 미만인 경우, 이의 첨가에 따른 성형성 및 저온 접착 특성 등의 개선 효과가 미미할 수 있다. 아울러, 가소제의 함량이 10중량%를 초과하여 과량 사용된 경우, 과량 사용에 따른 상승효과가 그다지 크지 않고, 경우에 따라서는 예를 들어 난연 코팅액의 유동성이 너무 높아져 코팅 작업성 및/또는 코팅량 등이 낮아질 수 있다.
(S2-4)단계 : 난연 코팅액의 코팅
상기 얻어진 난연 코팅액을 상기 (S2-2)단계에서 얻어진 발포 입자의 표면에 코팅한다. 코팅 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 분사 코팅 및/또는 함침 코팅 등의 방법으로부터 코팅할 수 있다. 그리고 코팅 후에는 건조(경화)될 수 있다. 건조는, 예를 들어 자연 건조, 열풍 건조, 적외선(IR) 건조 및/또는 자외선(UV) 건조 등으로부터 선택될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 성형체는 상기한 바와 같은 본 발명의 발포 입자를 포함하는 것이면 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 성형체는 상기한 바와 같은 본 발명의 발포 입자를 포함하는 것으로서, 예를 들어 판넬(panel) 형상이나 바(bar) 형상 등을 갖거나, 입체적 형상을 가질 수 있다.
하나의 구현예에 따라서, 본 발명에 따른 성형체의 제조방법은 상기 본 발명의 발포 입자를 성형기에 투입한 다음, 스팀이나 열을 가하면서 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 성형기는 판넬(panel)이나 바(bar) 등의 형상을 갖도록 하기 위한 몰드(mold)를 포함할 수 있다. 이러한 성형에 의해, 발포 입자는 소정의 형상을 가지는 성형체로 성형되면서 스팀이나 열에 의해 발포가 진행될 수 있다. 이때, 성형 시의 스팀의 온도 및 압력 등의 조건은 통상과 같이 진행될 수 있다.
바람직한 형태에 따라서, 본 발명에 따른 성형체의 제조방법은 상기 스팀이나 열을 가하기 전에 발포 입자에 유기 용제를 코팅하는 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 상기 유기 용제의 코팅 공정은 스팀이나 열을 가하기 이전에만 진행되는 것이면 좋으며, 이는 구체적으로 발포 입자를 성형기에 투입하기 이전에 진행하거나, 발포 입자를 성형기에 투입한 후에 진행될 수 있다. 이후, 스팀이나 열을 가하여 성형과 동시에 소정의 발포가 진행되도록 한다. 이때, 상기 발포 입자로는 전술한 바와 같은 제3난연제가 코팅된 것을 사용하며, 상기 유기 용제는 발포 입자를 구성하는 스티렌 중합체와 제3난연제 둘 모두를 용해시킬 수 있는 유기 용제로부터 선택된다. 이에 따르면, 제3난연제 간의 결합력은 물론, 제3난연제와 스티렌 중합체 간의 결합력이 향상되어 성형체의 물성이 효과적으로 개선된다.
구체적으로, 상기 제3난연제로서 셀룰로오스 아세테이트를 사용한 경우를 예로 들면, 상기 발포 입자를 성형기에 투입하기 전에, 또는 상기 발포 입자를 성형기에 투입한 후, 상기 발포 입자에 유기 용제(스티렌 중합체와 셀룰로오스 아세테이트를 용해시킬 수 있는 유기 용제)를 코팅한 다음, 스팀이나 열을 가하게 되면, 발포 입자의 표면에서 스티렌 중합체와 셀룰로오스 아세테이트가 소정량 용해되면서 셀룰로오스 아세테이트 상호간이 용융 회합되고, 이와 함께 셀룰로오스 아세테이트와 스티렌 중합체 상호간에도 용융 회합된다. 이에 따라, 발포 입자 상호간은 물론, 발포 입자 본체와 표면을 구성하는 물질이 상호 침투(함침)되어 우수한 결합력을 가지며, 이는 결국 성형체의 기계적 물성 등을 개선한다.
상기 유기 용제는 스티렌 중합체와 제3난연제(셀룰로오스 아세테이트 등)를 용해시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 아세톤(Acetone), 메틸에틸케톤(MEK), 메틸이소부틸케톤(MIBK), 디이소부틸케톤(DIBK) 및/또는 부틸메틸케톤(BMK) 등의 케톤류; 및/또는 테트라하이드로푸란(THF ; Tetrahydrofuran) 등의 에테르류 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 유기 용제는, 예를 들어 분무 코팅 및/또는 함침 코팅 등의 방법으로 성형체에 코팅될 수 있으며, 열풍 건조나 자연 건조를 통해 건조될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 우수한 난연성과 함께 높은 경제성을 갖는다. 먼저, 폐전선으로부터 분리된 제1난연제(2등급 이상의 난연 효과)에 의해 우수한 난연성을 갖는다.
또한, 제2난연제(예, 제올라이트 폐촉매 등)에 의해 난연성이 효과적으로 개선된다. 구체적으로, 화재 시에, 제2난연제에 함유된 수산화알루미늄(Al(OH)3)이 수분(H2O)을 생성시켜 발화 및 열 발생을 억제한다. 보다 구체적으로, 화재가 발생되면, 제2난연제에 함유된 수산화알루미늄(Al(OH)3)이 열분해되어 수분(H2O)을 생성[2Al(OH)3 + 가열 --> Al2O3 + 3H2O]시킨다. 이때, 상기 생성된 수분(H2O)은 발화를 억제시키고, 화재 발생 초기의 흡열을 유도하여 주위의 온도를 낮춰 화재의 퍼짐을 방지한다. 이와 함께, 제2난연제에 함유된 황(S)은 화재 발생 시 탈리되어, 주위의 산소나 수소 등과 같은 발화 제공 요소의 농도를 감소[S + O2 --> SOx]시켜 연소의 진행을 억제한다. 아울러, 황(S)은 화재 시에 발생된 연소 가스의 농도를 감소시켜 연기 발생을 억제시켜 우수한 방염성을 도모한다.
아울러, 본 발명에 따르면, 제1난연제 및 제2난연제로서 폐전선과 폐촉매 등의 폐기물이 사용되어 높은 경제성을 갖는다. 또한, 제2난연제는 제올라이트 폐촉매 등의 무기물로부터 선택되어 기계적 강도 등을 개선한다.
부가적으로, 본 발명에 따르면, 아세트기(CH3CO-)를 가지는 유기물로부터 선택된 제3난연제가 코팅된 경우, 난연성이 개선되면서 발포 입자 간의 결합력(융착성)이 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면, 폐전선으로부터 수지와 제1난연제를 각각 분리하는 분리 공정이 개선되어, 난연제는 물론 폐전선을 구성하는 수지를 효율적으로 재활용할 수 있는 효과를 갖는다. 특히, 폐전선으로부터 수지와 제1난연제를 각각 분리함에 있어서, 용해 공정에서는 폐전선을 구성하는 수지보다 물에 대한 용해도가 높은 수용성의 유기 용제를 사용하고, 침전 분리 공정에서는 피복 혼합물(수지 + 제1난연제)에 물을 더 가하여 분리하게 되면, 수지는 회합(응집)되어 고상으로 변하여 상층으로 부상되고, 비중이 큰 제1난연제는 아래로 침전되어, 여과 등을 통해 수지와 제1난연제를 용이하게 각각 분리, 회수할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기의 비교예는 종래 기술을 의미하는 것은 아니며, 이는 단지 실시예와의 비교를 위해 제공된다.
[실시예 1]
< 제1난연제의 분리 >
외피로서 PVC와 2급 난연제(인계 난연제)가 사용된 폐전선(가정용 TV 전선)을 준비하였다. 이후, 용해조에 폐전선을 약 5cm의 길이로 절단하여 투입한 다음, 유기 용제로서 수용성의 메틸에틸케톤(MEK)을 투입하였다. 그리고 용해조 내의 온도를 약 80℃로 유지시켜 1시간 동안 용해시켰다. 다음으로, 여과를 통해 구리선을 제거하고, 여액(피복 혼합물)을 회수하여 별도의 콘(corn) 형태의 분리조에 투입하였다. 이때, 상기 여액(피복 혼합물)은 PVC, 제1난연제(인계 난연제) 및 유기 용제(MEK)를 포함한다.
이후, 상기 분리조에 물을 가한 다음, 상온(약 15℃)에서 약 30분 동안 방치하였다. 물을 가한 후, 소정 시간 방치한 결과, 회합(응집)에 의해 PVC가 고형화되어 상층으로 부상됨을 알 수 있었다. 다음으로, 분리조의 하단으로 제1난연제, 유기 용제(MEK) 및 물을 포함하는 용액을 배출시킨 다음, 거름망을 통해 제1난연제를 분리, 회수하였다. 그리고 회수된 제1난연제를 건조시킨 다음, 볼밀을 이용하여 평균 크기 약 12㎛를 갖도록 분쇄하였다.
< 발포 입자 제조 >
반응기에 물과 분산제(트리칼슘 포스페이트)를 투입하여 교반시킨 다음, 폴리스티렌(PS)과 제2난연제를 혼합하였다. 이후, 통상적인 공정에 따라 약 125℃로 승온시키고, 발포제(펜탄)을 질소 압력으로 투입한 다음 소정 압력으로 유지시켜 비드(bead)의 발포 폴리스티렌(EPS) 입자를 제조하였다.
이때, 상기 제2난연제는 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 황(S)을 함유한 무기물로서, 중질유를 경질유로 열분해하는 공정에서 사용된 FCC 폐촉매(제올라이트 폐촉매)를 구입한 다음, 이를 n-헥산을 통해 수회 세척하고, 이후 볼밀 분쇄와 체(sieve) 거름을 통해 약 120 mesh의 평균 크기를 가지는 것을 사용하였다. 또한, 상기 반응기에는 폴리스티렌(PS)과 제2난연제가 5 : 1의 중량비가 되도록 사용되었다.
< 제1난연제의 코팅 >
상기 제1난연제를 메틸에틸케톤(MEK)에 분산시킨 난연 코팅액(제1난연제 25중량%)을 준비한 다음, 이를 상기 발포 폴리스티렌(EPS) 입자의 표면에 분사(spray) 코팅 및 건조시켰다.
< 성형 >
다음으로, 상기 제1난연제가 코팅된 발포 폴리스티렌(EPS) 입자를 성형기에 투입하여 밀폐시킨 다음, 성형기에 고온의 스팀을 주입하면서 성형하여 판넬 형상의 발포 폴리스티렌(EPS) 시편(성형품)을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폐전선으로부터 제1난연제의 분리 시에 사용된 유기 용제와, 발포 폴리스티렌(EPS) 입자의 표면에 제1난연제의 코팅 시에 사용된 난연 코팅액을 달리한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
구체적으로, 먼저 폐전선으로부터 제1난연제를 분리함에 있어서는 용해 시 유기 용제로서 수용성의 아세톤(Acetone)을 사용하고, 용해조 내의 온도를 약 60℃로 유지시켜 용해시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
또한, 발포 폴리스티렌(EPS) 입자의 표면에 제1난연제를 코팅함에 있어서는 제3난연제와 가소제를 더 혼합한 난연 코팅액을 사용하였다. 구체적으로, 제1난연제 25중량%, 제3난연제 5중량%, 가소제 2중량% 및 잔량의 메틸에틸케톤(MEK)을 포함하는 난연 코팅액을 준비한 다음, 이를 발포 폴리스티렌(EPS) 입자의 표면에 분사(spray) 코팅 및 건조시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 판넬 형상의 발포 폴리스티렌(EPS) 시편을 제조하였다. 이때, 상기 제3난연제로는 셀룰로오스 아세테이트를 사용하였으며, 상기 가소제로는 디메틸프탈레이트(DMP)를 사용하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제2난연제로서 FCC 폐촉매 대신에 일반적인 제올라이트 촉매를 사용하였다. 구체적으로, 제2난연제로서 황(S)을 함유하지 않은 제올라이트 촉매를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 판넬 형상의 발포 폴리스티렌(EPS) 시편을 제조하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제2난연제를 혼합하지 않는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 판넬 형상의 발포 폴리스티렌(EPS) 시편을 제조하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 폐전선으로부터 분리한 제1난연제를 코팅하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 실시하여 판넬 형상의 발포 폴리스티렌(EPS) 시편을 제조하였다.
상기 각 실시예 및 비교예에 따른 EPS 시편(성형품)에 대하여, 다음과 같이 난연성 및 인장강도를 평가하였다. 그 결과를 하기 [표 1]에 나타내었다.
< 난연성 평가 >
먼저, 밀폐 가능한 챔버(chamber) 내에 각 실시예 및 비교예에 따른 EPS 시편(성형품)을 넣고, 착화기(토치)를 통해 10초 동안 각 시편을 착화시킨 다음, 챔버 내의 이산화탄소(CO2) 농도, 압력 및 온도 변화(△T)를 측정하였다. 이때, 상기 온도 변화(△T)는 착화 후(10초 후)의 온도에서 착화 전(초기)의 온도를 뺀 값이다. 또한, 착화기(토치)의 제거 후, 불꽃 존재 시간을 측정하였다.
< 인장강도 평가 >
EPS 시편(성형품)의 발포 입자간 결합력을 알아보기 위해, 각 EPS 시편(성형품)을 막대 모양으로 재단한 다음, 인장강도 시험기를 이용하여 인장강도(N/cm2)를 측정하였다.
< 난연성 및 인장강도 평가 결과 >
비 고 CO2 농도
(ppm)		 챔버 내 압력
(mmHg)		 온도 변화
(△T)		 불꽃 존재 시간(초) 인장강도
(N/cm2)
실시예 1 1,131 1,075 15℃ 토치 제거와 동시에 사라짐 19
실시예 2 1,107 1,042 14℃ 토치 제거와 동시에 사라짐 26
비교예 1
 1,340 1,453 24.1℃ 5초 18
비교예 2
 1,547 1,604 26.4℃ 15초 21
비교예 3
 1,182 1,518 29.3℃ 8초 20
1. 실시예-비교예 1의 비교
비교예 1의 경우, 황(S)이 존재하지 않으므로 챔버 내에서 산소와 충분히 반응하여 실시예에 비하여 CO2 농도가 높게 평가됨. 또한, 챔버 내의 압력을 비교하였을 때, 비교예 1의 경우 연소 기체 생성량이 많아 압력이 높게 평가됨. 이는 비교예 1의 경우, 산소와 지속적인 연소 반응에 따른 전체 연소 기체 생성량이 증가한 것으로 사료됨. 그러나 실시예의 경우, 황(S)이 챔버 내의 산소와 반응하여 연소를 억제하여, CO2 농도와 전체 압력이 비교예 1보다 낮게 평가됨. 또한, 실시예의 경우, 불꽃이 착화기(토치)의 제거와 동시에 사라짐. 이는 제2난연제 내 황(S)의 존재가 연소 방지 및 방염에 효과적임을 의미함.
2. 실시예-비교예 2의 비교
비교예 2의 경우, 챔버 내 온도가 실시예보다 높은 결과를 나타냄. 이는 비교예 2(제2난연제를 사용하지 않음)는, 수산화알루미늄이 존재하지 않으므로 물의 생성량이 상대적으로 적기 때문(흡열이 적기 때문)인 것으로 사료됨. 또한, 비교예 2의 경우에도, 황이 존재하지 않으므로 CO2 농도와 압력이 실시예보다 높게 평가됨. 또한, 비교예 2의 경우에는 무기물인 제2난연제가 발포 입자 내부에 존재하지 않으므로 연소가 고분자 입자 사이에서 연속적으로 이루어져 불꽃 존재 시간이 매우 길어짐.
따라서, 제2난연제로부터 유래된 수산화알루미늄 및 황의 존재가 방열 억제에 효과적임을 확인할 수 있으며, 이는 또한 연소시간을 단축시키는 효과가 있는 것으로 판단됨.
3. 실시예-비교예 3의 비교
비교예 3은 폐전선으로부터 분리된 제1난연제의 존재에 따른 난연 효과를 비교하기 위한 것으로, 비교예 3은 발포 입자 표면에 제1난연제가 존재하지 않아 실시예보다 난연 효과가 약간 감소하는 것으로 평가됨.
4. 인장강도 비교
EPS 시편(성형품)의 인장강도에 있어서, 상기 [표 1]에 나타난 바와 같이 발포 입자 표면에 제3난연제(셀룰로오스 아세테이트)가 더 코팅된 경우(실시예 2)가 가장 우수하게 평가됨을 알 수 있음.
이상의 실험예를 통해 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따라서 제1난연제 및 제2난연제가 모두 적용되는 경우 우수한 난연성을 가짐을 알 수 있다. 특히, 수산화알루미늄 및 황을 함유한 제2난연제를 사용하는 경우, 그러지 않은 경우보다 연소 방지 및 방염 등에 매우 효과적임을 알 수 있다. 또한, 제3난연제가 더 코팅된 경우, 난연성은 물론 성형품의 인장강도가 개선됨을 알 수 있다.
[실시예 3]
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 판넬 형상의 발포 폴리스티렌(EPS) 시편(성형품)의 성형 공정을 달리하였다. 구체적으로, 발포 폴리스티렌(EPS) 입자를 실시예 2와 동일한 방법으로 제조한 다음, 성형기에 투입하는 과정에서 발포 폴리스티렌(EPS) 입자에 아세톤을 분무하였다. 이후, 약 30분 정도 방치한 다음, 스팀을 가하여, 판넬 형상의 발포 폴리스티렌(EPS) 시편(성형품)을 제조하였다.
위와 같이 제조된 판넬 형상의 발포 폴리스티렌(EPS) 시편(성형품)에 대하여 상기와 동일한 방법으로 인장강도(N/cm2)를 측정하고, 그 결과를 하기 [표 2]에 나타내었다. 하기 [표 2]에 보인 바와 같이, 스팀을 가하기 전에 아세톤을 코팅한 경우(실시예 3)가 그렇지 않은 경우(실시예 2)보다 인장강도가 높게 평가됨을 알 수 있다.
< 인장강도 평가 결과 >
비 고
 실시예 2 실시예 3
인장강도
(N/cm2)		 26 31
한편, 폐전선으로부터 수지와 제1난연제를 분리함에 있어서, 용해 후에 얻어진 피복 혼합물에 물을 가하여 진행하는 것이 바람직한데, 아래의 실시예들은 이를 보여준다.
[실시예 4 내지 10]
물의 첨가에 따른 분리 효율을 알아보고자 다음과 같이 실험하였다.
폐전선의 외피 제조에 주로 사용되고 있는 PVC 입자를 준비하였다. 그리고 교반기가 달린 반응기에 PVC 입자를 넣은 다음, 여기에 유기 용제로서 수용성의 메틸에틸케톤(MEK)을 투입하였다. 그리고 반응기 내의 온도를 약 80℃로 유지시켜 주면서 1시간 동안 혼합, 교반하여 PVC를 완전히 용해시켰다. 용해 후, PVC는 겔 상태가 되었다.
다음으로, 상기 용해된 용액에 물을 가하여 교반하되, 각 실시예에 따라 물의 함량을 달리하였다. 물을 가한 후, 약 30분 동안 방치한 결과, 회합(응집)에 의해 PVC가 고형화되어 상층으로 부상됨을 알 수 있었다. 각 실시예에 따른 물의 함량은 하기 [표 3]에 보인 바와 같다. 하기 [표 3]에서 물의 함량(중량부)은 PVC 입자 100중량부를 기준으로 한 것이다.
이후, 여과를 통해 상기 고형화된 PVC를 용액으로부터 분리, 회수하였다. 그리고 회수된 PVC를 건조시킨 후 중량을 측정한 다음, PVC의 회수율(%)을 평가하였다. 그 결과를 하기 [표 3]에 함께 나타내었다. 이때, 회수율(%)은 하기 수학식을 통해 산출하였다.
[수학식]
회수율(%) = [회수된 PVC의 중량(고형화된 PVC의 건조 중량)/초기에 사용된 PVC 입자의 중량(용해 전의 PVC)] x 100
< 수지(PVC)의 회수율 평가 결과 >
비 고
 실시예 4 실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10
물의 함량
(중량부)		 0(zero) 10 20 50 80 85 90
수지의
회수율(%)		 - 45.8 88.6 98.4 99.2 99.6 99.6
한편, 상기 실시예 4과 실시예 7에 따른 각 용액에 대하여, 증류기를 이용하여 분별 증류하였다. 이때, 실시예 4는 물을 포함하지 않은 용액으로서, 이는 PVC와 유기 용제(MEK)를 포함하는 용액(PVC : MEK = 1 : 2.5의 중량비)이다. 그리고 실시예 7은 물을 포함하되, PVC가 거의 제거된 용액으로서, 이는 물과 유기 용제(MEK)를 포함하는 용액(물 : MEK = 1 : 2.5의 중량비)이다. 이러한 각 용액 1리터(L)에 대하여, 분별 증류를 실시하여 유기 용제(MEK)를 분리, 회수한 다음, 유기 용제(MEK)의 회수율(%)을 비교하였다. 그 결과를 하기 [표 4]에 나타내었다. 이때, 증류 시에는 전기 히터(0.8 kW로 1시간 동안 가열)를 이용하여, 실시예 4 및 실시예 7에 따른 용액에 증류 열원을 가하였다.
< 유기 용제(MEK)의 회수율 평가 결과 >
비 고 실시예 4
(PVC + MEK)		 실시예 7
(물 + MEK)
MEK의
회수율(%)		 76.8 92.3
상기 [표 3] 및 [표 4]에 보인 바와 같이, 물을 가한 경우, PVC가 고형화되어 분리 효율이 개선됨을 알 수 있다. 즉, PVC가 고형화되어 여과를 통해 쉽게 분리할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 유기 용제(MEK)를 분리함에 있어서, PVC와 유기 용제(MEK)의 혼합 용액의 경우가 물과 유기 용제(MEK)의 혼합 용액의 경우보다 용제 회수율이 낮은 결과를 보였다. 이는 PVC 내부에 용제(MEK)가 함유되어 용제(MEK)의 회수율이 물과 유기 용제(MEK)의 혼합 용액의 경우 보다 낮은 것으로 판단된다. 이와 같이, 물과 유기 용제(MEK)의 혼합 용액의 경우가 용제(MEK)의 회수율(%)이 향상됨을 알 수 있다. 아울러, 이러한 결과를 통해, 동일한 용제 회수율(%)에서, 물을 가한 경우에 열을 가하는 시간이 단축될 수 있음을 알 수 있으며, 이는 에너지 절감(증류 열원 사용량 감소)을 의미한다.
따라서 위와 같은 실시예들에 의해 확인되는 바와 같이, 물을 가한 경우에 수지(PVC)의 분리 및 용제(MEK)의 회수가 효율적으로 진행되며, 에너지 효율 면에서도 효과적임을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 난연성 폴리스티렌계 발포 입자에 있어서,
    스티렌계 중합체;
    폐전선으로부터 분리된 제1난연제;
    제2난연제; 및
    제3난연제를 포함하되,
    상기 제2난연제는 수산화알루미늄과 황을 함유하고,
    상기 제3난연제는 아세트기를 가지는 유기물로부터 선택되며,
    상기 제2난연제는 상기 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 내부에 분산되고,
    상기 제1난연제 및 제3난연제는 상기 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 코팅된 것을 특징으로 하는 난연성 폴리스티렌계 발포 입자.
  3. 제2항에 따른 난연성 폴리스티렌계 발포 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형체.
  4. 폐전선으로부터 제1난연제를 분리하는 단계;
    스티렌계 중합체 및 제2난연제를 포함하는 혼합물로부터 폴리스티렌계 발포 입자를 얻는 단계;
    제3난연제와 상기 폐전선으로부터 분리된 제1난연제를 포함하는 난연 코팅액을 얻는 단계; 및
    상기 난연 코팅액을 상기 폴리스티렌계 발포 입자의 표면에 코팅하는 단계를 포함하고,
    상기 제2난연제는 수산화알루미늄과 황을 함유하며,
    상기 제3난연제는 아세트기를 가지는 유기물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 폐전선으로부터 제1난연제를 분리하는 단계는,
    폐전선을 유기 용제에 용해시켜 폐전선으로부터 수지 및 제1난연제를 포함하는 피복 혼합물을 얻는 용해 공정; 및
    상기 피복 혼합물을 비중 차이를 통해 제1난연제가 침전되게 한 다음, 상기 피복 혼합물로부터 제1난연제를 분리하는 침전 분리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유기 용제는 폐전선을 구성하는 수지보다 물에 대한 용해도가 높은 수용성의 유기 용제이고,
    상기 침전 분리 공정은, 피복 혼합물에 물을 가하여, 수지는 상층으로 부상되게 하고, 제1난연제는 침전되게 하는 제1공정; 및
    상기 피복 혼합물로부터 수지와; 유기 용제 및 물을 포함하는 혼합 용액과; 제1난연제를 분리하는 제2공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리스티렌계 발포 입자의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06157812A (ja) * 1992-11-27 1994-06-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 難燃性樹脂組成物成形体の再生方法
KR19990057647A (ko) * 1997-12-30 1999-07-15 조옥현 폐수지 재생방법 및 이 방법에 의해 제조된 재생수지
KR20120120282A (ko) * 2010-02-05 2012-11-01 바스프 에스이 할로겐-부재 인-함유 방염 중합체 발포체

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06157812A (ja) * 1992-11-27 1994-06-07 Furukawa Electric Co Ltd:The 難燃性樹脂組成物成形体の再生方法
KR19990057647A (ko) * 1997-12-30 1999-07-15 조옥현 폐수지 재생방법 및 이 방법에 의해 제조된 재생수지
KR20120120282A (ko) * 2010-02-05 2012-11-01 바스프 에스이 할로겐-부재 인-함유 방염 중합체 발포체

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101807648B1 (ko) * 2016-04-14 2017-12-11 손민일 난연성 폴리스티렌계 발포 입자 및 그 제조방법

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