KR101559471B1 - 절연지 재활용 판지 제조장치 및 이를 이용한 판지 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PP시트와 PVC시트 사이에 크라프트지(Kraft Paper)가 적층되어 합지를 이루는 절연지를 재활용하여 판지를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
대부분 소각처리하던 PCB 기판에서 사용되는 상기 절연지를 재활용하여 판지를 제조함으로써, 수분 취약성을 갖는 판지의 방수특성 증가, 압축강도의 증대의 효과를 가질 수 있고, 이로 인해 물건을 올려놓는 파렛트, 전자제품 부속박스, 기타 포장상자로 재활용하기에 매우 유용하다는 장점을 갖는다.

Description

절연지 재활용 판지 제조장치 및 이를 이용한 판지 제조방법{MANUFACTURING DEVICE OF CARDBOARD RECYCLED WASTE INSULATING PAPER AND MANUFACTURING METHOD OF CARDBOARD USING THIS}

본 발명은 PP시트와 PVC시트 사이에 크라프트지(Kraft Paper)가 적층되어 합지를 이루는 절연지를 재활용하여 판지를 제조하는 장치 및 이를 이용한 판지 제조방법에 관한 것이다.

대부분 소각처리하던 PCB 기판에서 사용되는 상기 절연지를 재활용하여 판지를 제조함으로써, 수분 취약성을 갖는 판지의 방수특성 증가, 압축강도의 증대의 효과를 가질 수 있고, 이로 인해 물건을 올려놓는 파렛트, 전자제품 부속박스, 기타 포장상자로 재활용하기에 매우 유용하다는 장점을 갖는다.

기존 PCB 기판에 사용되는 절연지는 대부분 소각처리에 의해 폐기처분됨에 따라 환경오염 및 처리비용 발생 등의 문제를 일으켰다. 이와 같은 문제를 해결하고 자원을 재활용을 위하여 절연지의 효율적인 처리방법이 필요한 실정이다.

PCB 기판에서 사용되는 절연지를 재활용하기 위한 방안으로서, 절연지를 가열하여 수축, 팽창시킨 후 절연지를 이루는 PP시트, PVC시트, 크라프트지(Kraft Paper)를 손을 이용하여 직접 분리하는 방법이 제시되고 있으나, 이와 같은 분리방식은 전기가열에 의한 전력 투입과, 노동력의 투입에 비해 그 회수율이 10%에 그쳐 전력소모량, 노동력 대비 생산성이 극히 낮다는 단점이 있다.

본 발명에서는 이와 같은 절연지를 재활용하여 판지를 제조하고자 하는 것으로서, 판지 제조와 관련하여 대한민국 공개특허 10-2013-0049009(공개일자 2013.05.13) '방수방청골판지, 그 방수방청골판지를 제조하는 방법 및 그 방수방청골판지에 의하여 제조되는 방수방청골판지 박스', 대한민국 등록특허 10-0685533(등록일자 2007.02.14) '종이 및 판지 제조방법, 보유 및 배수 보조제, 및 수득된종이와 판지', 대한민국 공개특허 10-2011-0013480(공개일자 2011.02.09) '높은 건조 강도의 종이, 보드지 및 판지를 제조하는 방법'에 대한 기술이 개시된 바 있다.

그러나 종래 개시된 기술들은 절연지를 재활용하기 위한 기술이 아니며, 또한 본 발명에서 제시하고자 하는 판지의 방수특성 증가, 압축강도의 증대의 효과를 가질 수 없다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2013-0049009(공개일자 2013.05.13) 대한민국 등록특허 10-0685533(등록일자 2007.02.14) 대한민국 공개특허 10-2011-0013480(공개일자 2011.02.09)

본 발명은 재활용되지 못하고 소각 등의 처리방법에 의해 처분되던 PCB 기판에 사용되던 절연지를 재활용하여 판지를 제조하고자 하는 것으로서,

수분 취약성을 갖는 판지의 방수특성 증가, 압축강도의 증대의 효과를 가지며, 이로 인해 물건을 올려놓는 파렛트, 전자제품 부속박스, 기타 포장상자로 재활용할 수 있는 판지를 제조하는 장치 및 이를 이용한 판지 제조방법을 제공하고자 하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 절연지를 동결시키는 냉각기와,

상기 냉각기를 거쳐 동결된 절연지를 분쇄하는 분쇄기와,

상기 분쇄기를 거쳐 분쇄된 절연지를 저장하는 사일로와,

상기 사일로로부터 공급되는 절연지 분쇄물의 무게를 측량하는 스케일(Scale)과,

상기 스케일(Scale)을 통해 측량된 절연지 분쇄물과 신재의 PVC를 혼합하여 혼합물을 조성하는 교반기와,

상기 교반기를 거친 혼합물을 긴 막대상으로 압출하는 제1압출성형기와,

상기 제1압출성형기로부터 압출되는 긴 막대상의 압출물을 냉각시키는 수조(Water Bath)와,

상기 수조를 거친 압출물을 펠릿(Pellet) 형태로 절단하는 펠릿타이저와,

상기 펠릿타이저를 거쳐 제조된 펠릿을 저장하면서 포장용기계로 공급하는 펠릿호퍼와,

상기 펠릿호퍼로부터 공급되는 펠릿 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위하여 플라스틱 봉투로 포장하는 포장용기계를 포함하여 이루어지는 마스터배치 펠릿제조부(A);

상기 마스터배치 펠릿제조부(A)로부터 제조된 마스터 펠릿과 신재의 폴리스티렌(PS)을 혼합하여 조성된 혼합물을 투입하여 시트를 성형하되, 일측상단에 원료투입을 위한 호퍼와 전단에 티-다이(T-Die)가 형성되어 있는 압출기와,

상기 압출기를 통해 성형된 시트를 냉각시키는 한쌍의 냉각롤과,

상기 냉각롤로부터 시트를 당겨주는 풀-오프롤(Pull-off Roll)과,

상기 풀-오프롤을 거쳐 공급되는 시트의 양측 가장자리를 칼날을 이용하여 절단하는 절단수단과,

상기 절단수단을 거친 시트를 감는 베이스시트권취부를 포함하여 이루어지는 베이스시트 제조부(B);

안쪽라이너지를 공급하는 안쪽라이너지공급부와,

겉라이너지를 공급하는 겉라이너지공급부와,

상기 겉라이너지공급부로부터 공급되는 겉라이너지를 코팅처리하는 코팅처리부와,

상기 코팅처리부를 통해 코팅처리된 겉라이너지를 건조시키는 건조기와,

상기 안쪽라이너지공급부로부터 공급되는 안쪽라이너지와, 상기 건조기로부터 공급되는 겉라이너지와, 상기 안쪽라이너지와 상기 겉라이너지 사이에 삽입되도록 상기 베이스시트권취부로부터 공급되는 베이스시트를 동시에 투입하여 압착시켜 합지를 이루는 한쌍의 냉각롤러·가압롤러와,

상기 합지에 얇은 비닐을 코팅처리하는 한쌍의 라미네이팅롤러와,

라미네이팅과정을 거쳐 최종적으로 제조된 판지를 감는 권취롤을 포함하여 이루어지는 합지 제조부(C);를 포함하여 구성되는 절연지 재활용 판지 제조장치를 제공한다.

그리고, 상기 절연지 재활용 판지 제조장치(1)를 이용하는 절연지 제조방법으로서,

절연지를 -50℃ ~ -60℃에서 30분~60분 동안 동결시키는 단계와,

상기 동결시킨 절연지를 분쇄하는 단계와,

분쇄과정을 거친 절연지 분쇄물에 PVC를 첨가하되, 상기 분쇄물에 대하여 40~50wt%로 첨가하여 제1혼합물을 조성하는 단계와,

상기 제1혼합물을 긴 막대상으로 압출성형하는 단계와,

상기 압출성형된 압출물을 냉각하는 단계와,

상기 냉각된 압출물을 절단하여 마스터배치 펠릿을 제조하는 단계와,

상기 펠릿에 폴리스티렌을 첨가하되, 상기 펠릿에 대하여 20~30wt%로 첨가하여 제2혼합물을 조성하는 단계와,

상기 제2혼합물을 티-다이(T-Die)를 통해 시트형으로 압출하여 베이스시트를 제조하는 단계와,

안쪽라이너지와 코팅처리된 겉라이너지를 서로 맞닿아 회전하는 냉각롤러(30)·가압롤러(31) 사이로 공급하되, 이때 상기 베이스시트를 상기 안쪽라이너지와 겉라이너지 사이로 동시에 공급하는 단계와,

상기 안쪽라이너지, 베이스시트 및 겉라이너지를 합지하는 단계를 거쳐 판지를 제조하는 것임을 특징으로 하는 절연지 재활용 판지 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 절연지를 재활용한 판지 제조방법은 폐기되고 있는 PCB 기판에 사용되는 절연지를 동결 후 미분쇄하여 폴리올레핀(Polyolefin) 계열의 고분자물질과 혼합하여 베이스시트(Base Sheet)를 제작한 후, 판지의 합지과정에서 중간보강제 형태로 넣어줌으로써 수분의 취약성이 있는 판지의 방수특성을 증가시키고, 압축강도의 증대를 갖는 효과를 갖는다.

그리고 본 발명에 따라 제조된 판지는 물건을 올려놓는 파렛트, 전자제품 부속박스, 기타 포장상자로 재활용하는데 매우 유용하다는 장점을 갖는다.

도 1은 본 발명의 판지 제조에 재활용되는 PCB 기판에 사용되는 절연지의 구성을 보인 도면.
도 2는 본 발명의 절연지 재활용 판지 제조장치를 구성하는 마스터배치 펠릿제조부(A)의 전체구성을 보인 도면.
도 3은 본 발명의 절연지 재활용 판지 제조장치를 구성하는 베이스시트 제조부(B)의 전체구성을 보인 도면.
도 4는 본 발명의 절연지 재활용 판지 제조장치를 구성하는 합지 제조부(C)의 전체구성을 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 판지 제조공정도.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 골판지의 구조를 보인 도면.
도 7은 기존 일반판지(a)와 본 발명에 따른 판지(재생제품)(b)의 투수성 실험결과를 보인 사진.
도 8은 기존 일반판지와 본 발명에 따른 판지(재생제품)의 투습율 비교 그래프.

이하, 상기의 기술 구성을 도면과 함께 구체적으로 살펴보고자 한다.

도 1에 도시된 바와 같이,

본 발명에 따른 절연지 재활용 판지제조장치(1)는

절연지를 동결시키는 냉각기(11)와,

상기 냉각기(11)를 거쳐 동결된 절연지를 분쇄하는 분쇄기(12)와,

상기 분쇄기(12)를 거쳐 분쇄된 절연지를 저장하는 사일로(13)와,

상기 사일로(13)로부터 공급되는 절연지 분쇄물의 무게를 측량하는 스케일(Scale)(14)과,

상기 스케일(Scale)을 통해 측량된 절연지 분쇄물과 신재의 PVC를 혼합하여 혼합물을 조성하는 교반기(15)와,

상기 교반기(15)를 거친 혼합물을 긴 막대상으로 압출하는 제1압출성형기(16)와,

상기 제1압출성형기(16)로부터 압출되는 긴 막대상의 압출물을 냉각시키는 수조(Water Bath)(17)와,

상기 수조(17)를 거친 압출물을 펠릿(Pellet) 형태로 절단하는 펠릿타이저(18)와,

상기 펠릿타이저(18)를 거쳐 제조된 펠릿을 저장하면서 포장용기계로 공급하는 펠릿호퍼(19)와,

상기 펠릿호퍼(19)로부터 공급되는 펠릿 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위하여 플라스틱 봉투로 포장하는 포장용기계(20)를 포함하여 이루어지는 마스터배치 펠릿제조부(A);

상기 마스터배치 펠릿제조부(A)로부터 제조된 마스터 펠릿과 신재의 폴리스티렌(PS)을 투입하여 시트를 성형하되, 일측상단에 원료투입을 위한 호퍼(21a)와 전단에 티-다이(T-Die)(21b)가 형성되어 있는 압출기(21)와,

상기 압출기(21)를 통해 성형된 시트를 냉각시키는 한쌍의 냉각롤(22)과,

상기 냉각롤(22)로부터 시트를 당겨주는 풀-오프롤(Pull-off Roll)(23)과,

상기 풀-오프롤(23)을 거쳐 공급되는 시트의 양측 가장자리를 칼날을 이용하여 절단하는 절단수단(24)과,

상기 절단수단(24)을 거친 시트를 감는 베이스시트권취부(25)를 포함하여 이루어지는 베이스시트 제조부(B);

안쪽라이너지를 공급하는 안쪽라이너지공급부(26)와,

겉라이너지를 공급하는 겉라이너지공급부(27)와,

상기 겉라이너지공급부(27)로부터 공급되는 겉라이너지를 코팅처리하는 코팅처리부(28)와,

상기 코팅처리부(28)를 통해 코팅처리된 겉라이너지를 건조시키는 건조기(29)와,

상기 안쪽라이너지공급부(26)로부터 공급되는 안쪽라이너지와, 상기 건조기(29)로부터 공급되는 겉라이너지와, 상기 안쪽라이너지와 상기 겉라이너지 사이에 삽입되도록 상기 베이스시트권취부(25)로부터 공급되는 베이스시트를 동시에 투입하여 압착시켜 합지를 이루는 한쌍의 냉각롤러(30)·가압롤러(31)와,

상기 합지에 얇은 비닐을 코팅처리하는 한쌍의 라미네이팅롤러(32)와,

라미네이팅과정을 거쳐 최종적으로 제조된 판지를 감는 권취롤(33)를 포함하여 이루어지는 합지 제조부(C);를 포함하여 이루어진다.

상기 절연지는 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리프로필렌(PP)과 폴리염화비닐(PVC)의 중간에 종이가 합지되어 이루어진 것으로서, 도 2에 도시된 마스터배치 펠릿제조부(A)로 공급되어 마스터배치 펠릿으로 제조된다.

도 2에 도시된 마스터배치 펠릿제조부(A)의 장치 구성과 함께 마스터배치 펠릿 제조과정에 대해 살펴보면 다음과 같다.

상기 절연지를 먼저 냉각기(11)에서 액화질소(LN2)를 이용하여 동결(Freezing) 처리한다.

이와 같은 동결처리는 이후 분쇄작업을 용이하도록 하기 위함이다.

상기 액화질소는 질소를 액화시킨 것으로서, 분자량은 28.02g이며 액체, 기체 모두 무색, 무취, 무미의 물리적 성질을 갖는다.

액체상태의 질소는 물보다 다소 가벼우며 기화하여 646배의 기체로 되고 액체질소는 피냉각체, 피동결체에 영향을 미치지 않고 급속 냉각으로 동결이 가능하다.

상기 냉각기(11)에 의해 동결처리된 절연지는 분쇄기(12)로 공급되어 3mm 이하의 크기로 분쇄된다.

이와 같이 분쇄과정을 마친 절연지는 사일로(12)로 공급된다.

상기 사일로(Silo)(12)는 원료 및 완제품을 저장하는 기능이 있는 구조물로서, 용도는 밀이나 콩 등을 저장할 수 있는 농업용에서 시멘트 공장의 석회석 및 클링커 또는 석탄 등을 저장하는 공업용 사일로 등을 들 수 있다.

사일로의 형식은 4각형 또는 원통형 모양으로 크기 또한 다양하며 최근 설계 시공되는 사일로는 대형화되어가고 있는 추세이다.

상기 사일로(12)에 저장되어 있던 절연지 분쇄물은 교반기(15)로 공급되기에 앞서, 스케일(Scale)(14)을 통해 무게 측량이 이루어진다.

상기 스케일(14)을 통해 교반기(15)로 일정량의 절연지 분쇄물이 공급되며, 이때 상기 교반기(15)로 신재의 PVC가 함께 공급되어 복합체를 구성하게 된다.

상기 절연지 분쇄물과 PVC의 배합비율은 절연지 분쇄물 50~60wt%와 신재의 PVC 40~50wt%로 한다.

상기 절연지 분쇄물이 50wt% 미만인 경우에는 PVC와 불균일하게 혼합되어 복합체의 물성을 저하시키는 문제가 있고, 60wt%를 초과하게 되는 경우에는 PVC와의 결합력이 감소하여 복합체 제조시 층분리가 형성되며 또한 절연지 가루에 의하여 압출서형기의 스크린을 막히게 하는 문제가 있으므로, 상기 절연지 분쇄물의 사용량은 PVC에 대해 50~60wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 PVC의 사용량이 40wt% 미만인 경우에는 복합체의 용융지수를 저하시키는 문제가 있고, 50wt%를 초과하게 되는 경우에는 복합체의 용융지수를 증가시켜 압출성형기에서 배출되는 복합체의 긴 막대상의 가닥들이 얽힐 정도로 흐름성이 커지는 문제가 있으므로, 상기 PVC의 사용량은 절연지 분쇄물에 대해 40~50wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 교반기(15)를 통해 상기 절연지 분쇄물과 PVC의 혼합이 이루어지고, 이와 같이 혼합과정을 마친 혼합물은 제1압출성형기(16)로 공급되어 120℃의 압출온도에서 긴 막대상으로 압출성형된다.

상기 긴 막대상으로 압출된 압출물은 후단에 놓인 수조(Water Bath)(17)로 이송되어 냉각과정을 거치게 된다.

상기 수조(17)를 통과하여 냉각된 압출물은 펠릿타이저(18)로 공급되어 펠릿(Pellet) 형태로 절단된다.

상기 펠릿타이저(18)에 의해 제조된 펠릿, 즉 마스터배치 펠릿은 펠릿호퍼(19)로 공급되고, 상기 펠릿호퍼(19)로부터 공급되는 펠릿은 수분이 내부로 침투하는 것을 막기 위하여 포장용기계(20)로 공급되어 플라스틱 봉투에 채워진다.

상기 마스터배치(MasterBatch) 펠릿은 압출, 압출 성형시 PVC, PP, PE, PS, ABS, PC 등의 플라스틱 수지에 파우더(Powder) 형태의 첨가제를 넣을 경우 발생하는 문제점, 즉 혼련성이 나빠져서 분산불량이 발생하는 문제를 해결하기 위하여 기본 수지에 첨가제를 고농도로 농축하여 분산시켜 놓은 펠릿을 말하는 것으로서, 플라스틱 수지에 원료를 혼합하여 가공 성형함으로써 원하는 색상 또는 기능을 가진 제품을 생산할 수 있다.

이와 같이 마스터배치 펠릿제조부(A)를 통해 최종적으로 제조된 마스터배치 펠릿은 도 3에 도시된 베이스시트 제조부(B)로 공급되어 베이스시트(base sheet)로 제조된다.

상기 마스터배치 펠릿은 압출기(21)의 호퍼(21a)로 공급되되, 이때 폴리스티렌(PS)와의 혼합물 형태로 공급된다.

상기 혼합물은 마스터배치 펠릿 70~80wt%와 폴리스티렌 20~30wt%의 배합비율로 조성된다.

상기 마스터배치 펠릿의 사용량이 70wt% 미만인 경우에는 베이스시트 제조시 마스터배치 복합체가 한쪽으로 머무는 현상으로 베이스시트의 부분적 강도 저하를 발생시키는 문제가 있고, 80wt%를 초과하게 되는 경우에는 폴리스티렌과 혼합하여 T-다이 배출시 베이스시트의 부분적인 트임현상을 야기하는 문제가 있으므로, 상기 마스터 배치 펠릿의 사용량은 폴리스티렌(PS)에 대해 70~80wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 폴리스티렌의 사용량이 20wt% 미만인 경우에는 용융지수의 저하로 베이스시트 제조시 T-다이 압력을 상승시키는 문제가 있고, 30wt%를 초과하게 되는 경우에는 흐름성이 증가하여 마스터배치가 한쪽으로 뭉쳐 베이스시트의 강도를 불균일하게 하는 문제가 있으므로, 상기 폴리스티렌의 사용량은 마스터배치 펠릿에 대해 20~30wt%의 범위 내로 한정하는 것이 바람직하다.

상기 압출기(21)는 T-다이 압출기로서, 압출기(21)의 전단에 티-다이(T-Die)(21b)가 형성되어 있어 상기 마스터배치 펠릿과 폴리스티렌의 혼합물을 이용하여 필름 형태의 얇은 시트가 압출된다.

상기 압출기(21)를 통해 압출 성형된 시트는 상·하로 인접하여 회전하는 한쌍의 냉각롤(22)를 통과하면서 냉각과정을 거치고, 냉각된 시트는 풀-오프롤(Pull-off Roll)(23)에 의해 팽팽하게 당겨져 시트의 면이 평평하게 된다.

상기 풀-오프롤(Pull-off Roll)(23)를 거친 시트는 시트가 지나가는 방향의 양측 가장자리에 설치되어 있는 칼날 등의 절단수단(24)에 의해 시트가 균일한 폭을 갖도록 양측 가장자리를 절단하여 준다.

이와 같은 과정을 거쳐 제조된 베이스시트(base sheet)는 베이스시트권취부(25)에 최종적으로 권취된다.

이와 같이 베이스시트 제조부(B)를 통해 최종적으로 제조된 베이스시트(base sheet)는 도 4에 도시된 합지 제조부(C)로 공급되어 합지로 제조된다.

상기 합지 제조부(C)를 통해 제조되는 합지는 안쪽라이너지와 접착제가 도포된 겉라이너지 사이에 상기 베이스시트를 위치시켜 가압시킴으로써 제조되는 것으로서, 보다 구체적인 내용을 도면과 함께 설명하도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이,

안쪽라이너지공급부(26)로부터 안쪽라이너지(261)가 공급되고,

겉라이너지공급부(27)로부터 겉라이너지(271)가 공급되며,

베이스시트권취부(25)로부터 베이스시트(251)가 공급된다.

상기 안쪽라이너지(261), 겉라이너지(271) 및 베이스시트(251)는 냉각롤러(26a)와 가압롤러(26b)가 서로 인접하여 회전하면서 합지를 제조하는 합지생성부(26)로 공급되며,

이때 안쪽라이너지(261)와 겉라이너지(271) 사이로 베이스시트(251)가 합지생성부(26) 공급되어 합지를 이루게 된다.

상기 겉라이너지(271)는 겉라이너지공급부(27)로부터 합지생성부(26)로 공급되되, 상기 합지생성부(26)로 공급되기에 앞서, 코팅처리부(28)에서의 코팅처리와 건조부(29)에서의 건조과정을 거친다.

상기 코팅처리부(28)는 베이스시트와 겉라이너지의 밀착성을 증가시키기 위해 겉라이너지를 코팅처리하는 것으로서, 코팅에 사용되는 바인더는 전분 10~40wt%와, 백토 25~45wt%와, 가성소다 5~20wt%와, 붕사 1~10wt%와, 물 20~40wt%의 혼합으로 조성된 현탁액으로서,

구체적인 배합예로서, 전분 20wt%, 백토 35wt%, 가성소다 10wt%, 붕사 5wt%, 물 30wt%로 제조된 현탁액을 사용한다.

상기 건조부(29)는 겉라이너지에 코팅된 바인더의 수분을 제거하기 위한 것으로서, 상기 코팅처리부(28)를 거쳐 바인더 코팅처리된 겉라이너지를 110~130℃의 온도조건에서 15~35m/min의 속도로 건조처리한다.

상기 합지에 얇은 비닐을 코팅처리하는 한쌍의 라미네이팅롤러(30)와,

라미네이팅과정을 거쳐 최종적으로 제조된 판지를 감는 권취롤(31)를 포함하여 이루어지는 합지 제조부(C)로 구성된다.

이하, 본 발명에 따른 판지 제조방법에 대해 살펴보고자 한다.(도 5)

본 발명에 따른 판지 제조방법은 상기 절연지 재활용 판지 제조장치(1)를 이용하여 이루어지는 것으로서,

절연지를 -50℃~-60℃에서 30분~60분 동안 동결시키는 단계와,

상기 동결시킨 절연지를 분쇄하는 단계와,

분쇄과정을 거친 절연지 분쇄물에 PVC를 첨가하되, 상기 분쇄물에 대하여 40~50wt%로 첨가하여 제1혼합물을 조성하는 단계와,

상기 제1혼합물을 긴 막대상으로 압출성형하는 단계와,

상기 압출성형된 압출물을 냉각하는 단계와,

상기 냉각된 압출물을 절단하여 마스터배치 펠릿을 제조하는 단계와,

상기 펠릿에 폴리스티렌을 첨가하되, 상기 펠릿에 대하여 20~30wt%로 첨가하여 제2혼합물을 조성하는 단계와,

상기 제2혼합물을 티-다이(T-Die)를 통해 시트형으로 압출하여 베이스시트를 제조하는 단계와,

안쪽라이너지와 코팅처리된 겉라이너지를 서로 맞닿아 회전하는 냉각롤러(30)·가압롤러(31) 사이로 공급하되, 이때 상기 베이스시트를 상기 안쪽라이너지와 겉라이너지 사이로 동시에 공급하는 단계와,

상기 안쪽라이너지, 베이스시트 및 겉라이너지를 합지하는 단계를 거쳐 판지를 제조한다.

상기 절연지의 동결은 파쇄를 용이하게 이루기 위한 것으로서, 그 동결온도가 -60℃ 미만의 온도를 유지하게 되는 경우에는 너무 많은 에너지 소모가 발생하고, -50℃를 초과하는 온도를 유지하게 되는 경우에는 절연지의 분쇄가 용이하게 이루어지지 않을 수 있으므로, 상기 절연지의 동결온도는 -50℃~-60℃의 온도범위를 유지하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 동결시간이 30분 미만인 경우에는 급속동결에 따른 많은 에너지를 필요로하는 문제가 있고, 60분을 초과하게 되는 경우에는 충분한 동결이 이루어진 상태이기 때문에 무의미하여, 상기 동결시간은 30분~60분의 범위 내로 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 동결과정을 마친 절연지는 분쇄과정을 거치게 되며, 이때 분쇄는 3mm 이하로 한다. 더욱 구체적으로는 0.5mm~3mm의 범위 내로 분쇄한다.

이때 분쇄크기가 0.5mm 미만인 경우에는 분쇄를 위한 에너지 소모량이 많고, 3mm 이상인 경우에는 절연지에 의하여 PVC와의 균일배합이 잘 이루어지지 않을 수 있으므로, 상기 절연지의 분쇄크기는 0.5mm~3mm의 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.

상기 분쇄과정을 마친 절연지에 PVC를 첨가하게 되며, 이때 첨가량은 앞서 살펴본 바와 같이, 절연지 분쇄물에 대해 40~50wt%로 한다.

상기 절연지 분쇄물에 PVC를 첨가한 후에는 혼합과정이 이루어지고, 이와 같이 혼합 조성된 제1혼합물은 제1압출성형기(16)를 통해 긴 막대상으로 압출성형된다.

이때 압출조건은 130℃, 토출량 1~1.4kg/hr이다.

상기 제1혼합물을 긴 막대상으로 압출성형한 후에는 바로 수조(Water Bath)(17)로 이송되어 냉각과정을 거치게 되며, 이때 수조의 온도는 80~90℃를 유지한다.

상기 수조의 온도가 80℃ 미만인 경우에는 급속 냉각에 의해 제1압출성형기(16)의 노즐을 막을 수 있고, 90℃를 초과하게 되는 경우에는 냉각이 제대로 이루어지지 않을 수 있으므로, 상기 수조의 온도는 80~90℃를 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이 냉각과정을 거친 긴 막대상의 압출물을 펠릿타이저(18)를 이용하여 절단함으로써, 마스터배치 펠릿이 완성된다.

다음으로, 상기 마스터배치 펠릿을 티-다이(T-Die) 압출기(21)로 투입하여, 시트형으로 압출함으로써 판지를 제조함에 있어, 안쪽라이너지 및 겉라이너지 사이에 삽입하는 베이스시트(base sheet)가 제조된다.

이때 압출조건은 150℃, 토출량 1~1.4kg/hr이다.

이와 같이 제조된 베이스시트(Base sheet)는 쌍을 이루어 맞물려 회전하는 냉각롤(22) 사이를 통과하면서 냉각과정을 거친 후, 풀-오프롤(Pull-off Roll)(23)에 의해 시트를 평평하게 당겨준다.

그리고 상기 풀-오프롤(Pull-off Roll)(23)를 거친 베이스시트(Base sheet)의 가장자리를 깔끔하게 처리하기 위하여, 시트의 양측 가장자리를 칼날 등의 절단수단(24)을 통해 가장자리를 절단한다.

이와 같은 과정을 거친 베이스시트는 베이스시트권취부(25)에 권취되어, 이후 설명하는 판지 제조에 이용된다.

본 발명에 따른 판지는 상기 베이스시트를 안쪽라이너지 및 겉라이너지 사이에 두어 합지를 이룸으로써, 본 발명에서 제시하고자 하는 판지를 제공하게 된다.

상기 겉라이너지는 서로 맞닿아 회전하는 한쌍의 냉각롤러(30)·가압롤러(31) 사이로 공급하기에 앞서, 바인더로 코팅처리한 후, 건조기(29)를 통과하여 건조과정을 마친다.

상기 안쪽라이너지와 겉라이너지가 공급되고, 그 사이로 베이스시트(Base sheet)가 냉각롤러(30)·가압롤러(31) 사이로 공급되어 합지를 이룬 후에는 서로 맞닿아 쌍을 이루는 라미네이팅롤러(32)를 거쳐 최종적으로 판지(100)가 제작된다.

그리고 이와 같이 제작된 판지는 권취롤(33)에 감기게 된다.

[시험예]

본 발명에서 제시된 제조공정에 따라 제조된 합지(판지)를 전자현미경을 통해 확인한 결과 도 6에 도시된 바와 같은 구조를 이루고 있음을 확인하였다.

그리고 이와 같이 제조된 판지의 투수성 실험을 위해, 25℃ 물 100㎖를 일반판지(비교예)와 본 발명에 따라 제조된 판지(시험예)의 표면에 뿌린 다음, 2분 경과 후 일반판지와 본 발명에 따라 제조된 판지의 앞·뒷면을 확인하였다.

이와 같은 실험결과는 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 판지가 투수가 되지 않음을 직관적으로 확인할 수 있다.

즉, 도 7의 (a)인 기존 일반판지의 경우에는 앞 표면에 뿌린 물이 거의 대부분 투수됨을 알 수 있으나, 도 7의 (b)의 본 발명에 따른 판지(재생 제품)의 경우에는 앞 표면에 뿌린 물이 육안상으로는 거의 투수되지 않음을 알 수 있다.

도 8은 기존 일반판지와 본 발명에 따른 판지(재생 제품)의 투습율을 비교한 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이 기존 일반판지의 투습율은 100%이나, 본 발명에 따른 판지(재생 제품)은 30% 정도에 그치는 것으로 확인된다.

산업활동으로부터 배출되는 절연지는 단순히 소각처리에 의존하였기에 단순 폐기방법의 한계를 가지고 있어 폐기더미로 무단방치되고 있으며, 본 발명에서는 이와 같이 폐기처분되는 절연지를 동결건조시킨 후, 미분쇄하여 폴리올레핀 계열의 고분자물질과 혼합하여 베이스시트(Base Sheet)를 제작한 후, 판지의 합지과정에서 중간보강제 형태로 넣어주면 수분의 취약성을 가지고 있는 판지의 방수특성을 강화시켜주고, 압축강도의 증대를 가져오기 때문에, 물건을 올려놓는 파렛트, 전자제품 부속박스, 기타 포장상자로 재활용하는데 매우 유용하여 산업상 이용가능성이 크다.

11: 냉각기 12: 분쇄기
13: 사일로 14: 스케일
15: 교반기 16: 제1압출성형기
17: 수조(Water Bath) 18: 펠릿타이저
19: 펠릿호퍼 20: 포장용기계
21a: 호퍼 21b: 티-다이(T-Die)
21: 압출기 22: 냉각롤
23: 풀-오프롤 24: 절단수단
25: 베이스시트권취부 26: 안쪽라이너지공급부
27: 겉라이너지공급부 28: 코팅처리부
29: 건조기 30: 냉각롤러
31: 가압롤러 100: 판지

Claims (5)

1. 절연지를 동결시키는 냉각기(11)와,
   상기 냉각기(11)를 거쳐 동결된 절연지를 분쇄하는 분쇄기(12)와,
   상기 분쇄기(12)를 거쳐 분쇄된 절연지를 저장하는 사일로(13)와,
   상기 사일로(13)로부터 공급되는 절연지 분쇄물의 무게를 측량하는 스케일(Scale)(14)과,
   상기 스케일(Scale)을 통해 측량된 절연지 분쇄물과 신재의 PVC를 혼합하여 혼합물을 조성하는 교반기(15)와,
   상기 교반기(15)를 거친 혼합물을 긴 막대상으로 압출하는 제1압출성형기(16)와,
   상기 제1압출성형기(16)로부터 압출되는 긴 막대상의 압출물을 냉각시키는 수조(Water Bath)(17)와,
   상기 수조(17)를 거친 압출물을 펠릿(Pellet) 형태로 절단하는 펠릿타이저(18)와,
   상기 펠릿타이저(18)를 거쳐 제조된 펠릿을 저장하면서 포장용기계로 공급하는 펠릿호퍼(19)와,
   상기 펠릿호퍼(19)로부터 공급되는 펠릿 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위하여 플라스틱 봉투로 포장하는 포장용기계(20)를 포함하여 이루어지는 마스터배치 펠릿제조부(A);
   상기 마스터배치 펠릿제조부(A)로부터 제조된 마스터 펠릿과 신재의 폴리스티렌(PS)을 혼합하여 조성된 혼합물을 투입하여 시트를 성형하되, 일측상단에 원료투입을 위한 호퍼(21a)와 전단에 티-다이(T-Die)(21b)가 형성되어 있는 압출기(21)와,
   상기 압출기(21)를 통해 성형된 시트를 냉각시키는 한쌍의 냉각롤(22)과,
   상기 냉각롤(22)로부터 시트를 당겨주는 풀-오프롤(Pull-off Roll)(23)과,
   상기 풀-오프롤(23)을 거쳐 공급되는 시트의 양측 가장자리를 칼날을 이용하여 절단하는 절단수단(24)와,
   상기 절단수단(24)을 거친 시트를 감는 베이스시트권취부(25)를 포함하여 이루어지는 베이스시트 제조부(B);
   안쪽라이너지를 공급하는 안쪽라이너지공급부(26)와,
   겉라이너지를 공급하는 겉라이너지공급부(27)와,
   상기 겉라이너지공급부(27)로부터 공급되는 겉라이너지를 코팅처리하는 코팅처리부(28)와,
   상기 코팅처리부(28)를 통해 코팅처리된 겉라이너지를 건조시키는 건조기(29)와,
   상기 안쪽라이너지공급부(26)로부터 공급되는 안쪽라이너지와, 상기 건조기(29)로부터 공급되는 겉라이너지와, 상기 안쪽라이너지와 상기 겉라이너지 사이에 삽입되도록 상기 베이스시트권취부(25)로부터 공급되는 베이스시트를 동시에 투입하여 압착시켜 합지를 이루는 한쌍의 냉각롤러(30)·가압롤러(31)와,
   상기 합지에 얇은 비닐을 코팅처리하는 한쌍의 라미네이팅롤러(32)와,
   라미네이팅과정을 거쳐 최종적으로 제조된 판지를 감는 권취롤(33)를 포함하여 이루어지는 합지 제조부(C);를 포함하여 구성되는 것임을 특징으로 하는 절연지 재활용 판지 제조장치.
   
2. 청구항 1의 절연지 재활용 판지 제조장치(1)를 이용하는 절연지 제조방법으로서,
   절연지를 -50℃ ~ -60℃에서 30분~60분 동안 동결시키는 단계와,
   상기 동결시킨 절연지를 분쇄하는 단계와,
   분쇄과정을 거친 절연지 분쇄물에 PVC를 첨가하여 제1혼합물을 조성하는 단계와,
   상기 제1혼합물을 긴 막대상으로 압출성형하는 단계와,
   상기 압출성형된 압출물을 냉각하는 단계와,
   상기 냉각된 압출물을 절단하여 마스터배치 펠릿을 제조하는 단계와,
   상기 펠릿에 폴리스티렌을 첨가하여 제2혼합물을 조성하는 단계와,
   상기 제2혼합물을 티-다이(T-Die)를 통해 시트형으로 압출하여 베이스시트를 제조하는 단계와,
   안쪽라이너지와, 바인더로 코팅 후 건조과정을 거친 겉라이너지를 서로 맞닿아 회전하는 냉각롤러(30)·가압롤러(31) 사이로 공급하되, 이때 상기 베이스시트를 상기 안쪽라이너지와 겉라이너지 사이로 동시에 공급하는 단계와,
   상기 안쪽라이너지, 베이스시트 및 겉라이너지를 합지하는 단계를 거쳐 판지를 제조하는 것에 있어서,
   상기 겉라이너지는 전분 10~40wt%와, 백토 25~45wt%와, 가성소다 5~20wt%와, 붕사 1~10wt%와, 물 20~40wt%의 혼합으로 조성된 바인더로 코팅 후,
   110~130℃의 온도조건에서 15~35m/min 속도로 건조하여 바인더코팅이 이루어진 것임을 특징으로 하는 절연지 재활용 판지 제조방법.
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