KR101562336B1 - 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물 및 이를 이용한 열가소성 수지제품의 재활용방법 - Google Patents

열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물 및 이를 이용한 열가소성 수지제품의 재활용방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물은 에틸렌비닐알코올 공중합체를 포함하는 열가소성 수지제품을 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하며 에틸렌비닐알코올을 포함하지 않는 열가소성 수지에 혼합하여 재활용하기 위한 첨가제 조성물로서, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 초산비닐 수지, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지, 및 아크릴 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 열가소성 베이스 수지; 주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며, 8 내지 22의 탄소 원자수를 갖는 산의 금속염; 하이드로탈사이트; 및 폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제;를 포함하고, 이는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 미가공 열가소성 수지 내에서 EVOH를 포함한 열가소성 수지제품의 스크랩이 우수한 분산성을 발휘하도록 하며, 이에 따라 제조된 재활용 수지 제품의 외관 불량률, 강도 측면의 물성 저하 및 이취 발생 정도가 미가공 열가소성 수지 대비 동등한 수준의 우수한 기술적인 효과를 발휘하는 동시에, EVOH를 포함한 열가소성 수지제품의 다양한 제조과정에서 발생되는 잔여물인 스크랩을 활용함으로써 원재료비를 절감하여 식품 용기 등의 최종제품의 생산단가를 낮추는 경제적인 효과 및 자원의 재활용을 통하여 자원의 낭비를 막고 환경오염을 방지하는 우수한 장점 또는 갖는다. 본 발명의 다른 관점은 상기 첨가제 조성물을 이용하여 EVOH를 포함하는 열가소성 수지제품을 재활용하는 방법을 제공하는 데 있다.

Description

열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물 및 이를 이용한 열가소성 수지제품의 재활용방법 {ADDITIVE COMPOSITION FOR RECYCLING OF THE THERMOPLASTIC RESIN PRODUCT AND THE RECYCLING METHOD OF THERMOPLASTIC RESIN PRODUCT USING THE SAME}
본 발명은 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물 및 이를 이용한 열가소성 수지제품의 재활용방법에 관한 것이다.
식품의 포장용기 등에 사용되는 열가소성 수지 다층 시트 (sheet) 또는 필름 (film) 등의 열가소성 수지제품은 일반적으로 폴리프로필렌층 (또는 폴리에틸렌층)-접착제층-에틸렌비닐알코올 공중합체층-접착제층-폴리프로필렌층 (또는 폴리에틸렌층) 등으로 구성된다.
이와 같은 열가소성 수지제품에 사용되는 에틸렌비닐알코올 공중합체 (ethylene vinylalcohol copolymer, EVOH)는 에틸렌과 비닐알코올을 공중합하여 얻어지는 열가소성 수지로서 흔히 EVOH수지라고도 하며, 가스를 차단하는 성질, 내약품성, 및 표면광택성이 뛰어나고 강성이 매우 커 주로 식품의 포장용기 등으로 사용된다. 특히, EVOH는 열가소성이므로 압출성형이 가능해서 주로 식품의 포장용기로 쓰여 다층필름, 젤리 컵, 케첩 병, 주스용 상자의 제조 등 그 응용분야가 매우 다양하다.
한편, 이와 같이 EVOH층을 포함하는 열가소성 수지제품을 제조하는 과정에서 완성된 제품의 제조 후에 제품이 되지 못하고 남는 부분인 다양한 스크랩 (scrap)이 발생하게 되며, 이러한 스크랩의 재활용에 관한 다양한 연구가 진행 중이다.
이러한 스크랩을 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 미가공 열가소성 수지 (virgin thermoplastic resin)와 혼합하여 용융 압출 공정, 몰딩 공정 및 열처리 공정 등을 통하여 필름 또는 시트, 식품 용기(제품) 등으로 제작하는 것이 가능하며, 이와 같이 재활용을 통하여 제조된 필름 또는 시트를 포함한 다양한 제품은 스크랩이 포함되지 않은 열가소성 수지제품에 비하여 가스차단 (gas barrier) 특성은 높아질 수 있으나, 기계적 강도가 저하되고 이취 및 외관의 불량 (흑점 또는 피시아이 등)을 야기할 수 있다.
즉, 이와 같이 발생하는 다양한 스크랩 (scrap)을 고르게 분쇄하거나 용융시켜 펠릿화시킨 후 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지와 혼합하여 재활용할 경우, 상기 스크랩에 포함된 EVOH와 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌은 서로 용이하게 혼합되지 못하는 특성을 지닌다. 즉, EVOH와 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌은 서로 비상용계에 속하는 물질이기 때문에 상기 스크랩을 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지와 혼합하는 경우, 스크랩 성분이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지 내에서 충분히 분산되지 못하게 되고, 이에 따라 EVOH의 상분리 등의 현상이 발생하게 되며, 이는 재활용을 통하여 제조된 최종 제품에서 피시아이 (fish-eye) 또는 흑점 (black specks) 등의 외관 불량을 야기하는 원인이 된다.
또한, 이와 같이 미가공 열가소성 수지와 균일하게 혼합되지 못한 EVOH는 가공에 사용되는 압출기의 스크류 (screw) 및 바렐 (barrel)에 장기 잔류하게 되어, 연이은 압출 공정을 통하여 제조되는 재활용품에 피시아이 (fish-eye) 또는 흑점 (black specks) 등의 외관 불량을 발생시키는 원인이 되며, 이에 따라 제조된 재활용 제품은 인장강도(tensile strength) 및 인장응력(tensile stress)등의 물성이 저하되는 문제가 있다.
또한, 상기 스크랩을 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지와 혼합하여 재활용 제품을 제조하는 경우, 이취 (off-odor)가 발생하여 상기 재활용품을 식품 포장용기 등으로 사용하는 것이 부적합하게 되며, 이에 따라 상기 스크랩을 식품용기 등의 제조 분야에서 응용하는 것은 기술적으로 더욱 어려운 문제이다.
따라서, EVOH를 포함하는 열가소성 수지제품의 제조공정 부산물인 스크랩을 미가공 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지 내에서 균일하게 분산시키고, 재활용 제품의 이취를 제거할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되는 실정이다.
이에 본 발명에서는 상기 문제점 등을 해결하고자 열가소성 베이스 수지, 주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며 8 내지 22의 탄소 원자수를 갖는 산의 금속염, 하이드로탈사이트 및 폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제를 포함하는 첨가제 조성물인 마스터 배치 (master batch)를 이용하여 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 미가공 열가소성 수지 내에서 EVOH를 포함한 열가소성 수지제품의 스크랩이 우수한 분산성을 보이고, 이에 따라 제조된 재활용 수지 제품의 외관 불량률 및 이취 발생 정도가 미가공 열가소성 수지와 동등한 수준으로 감소 되며, 스크랩을 사용하지 않은 제품과 동등 수준의 기계적 물성을 유지한다는 점을 발견하였고, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.
따라서, 본 발명의 하나의 관점은 우수한 EVOH 분산성을 나타내고, 이취 발생을 미가공 열가소성 수지와 동등한 수준으로 감소시키는 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 첨가제 조성물을 이용하여 EVOH를 포함하는 열가소성 수지제품을 재활용하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 하나의 관점을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현 예에 따른 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물은 에틸렌비닐알코올 공중합체를 포함하는 열가소성 수지제품을 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 열가소성 수지에 혼합하여 재활용하기 위한 첨가제 조성물로서, 상기 첨가제 조성물은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 초산비닐 수지, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지, 및 아크릴 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 열가소성 베이스 수지; 주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며, 8 내지 22의 탄소 원자수를 갖는 산의 금속염; 하이드로탈사이트; 및 폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제;를 포함하고, 상기 하이드로탈사이트는 Mg6Al2CO3(OH)164(H2O)의 분자식을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물에 있어서, 상기 열가소성 수지제품과 상기 열가소성 수지는 5:95 내지 60:40의 중량비로 혼합될 수 있으며, 상기 첨가제 조성물은 상기 열가소성 수지제품과 상기 열가소성 수지의 합계 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물에 있어서, 상기 열가소성 수지제품, 상기 열가소성 수지, 및 상기 첨가제 조성물 중 어느 하나 이상은 펠릿화된 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물에 있어서, 상기 첨가제 조성물은 산화방지제를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현 예에 따른 열가소성 수지제품의 재활용 방법은 에틸렌비닐알코올 공중합체를 포함하는 열가소성 수지제품을 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 열가소성 수지에 혼합하여 재활용하는 방법으로서, 상기 방법은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 초산비닐 수지, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지, 및 아크릴 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 열가소성 베이스 수지; 주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며, 8 내지 22의 탄소 원자수를 갖는 산의 금속염; Mg6Al2CO3(OH)164(H2O)의 분자식을 갖는 하이드로탈사이트; 및 폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제;를 압출기에 넣고 압출하여 첨가제 압출물을 제조하는 제1단계; 상기 첨가제를 상기 열가소성 수지제품 및 상기 열가소성 수지와 혼합하여 혼합물을 제조하는 제2단계; 및 상기 제2단계에서 혼합된 혼합물을 압출기에 투입하고 압출하여 재활용 열가소성 수지제품을 제조하는 제3단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따른 열가소성 수지제품의 재활용 방법에 있어서, 상기 첨가제 압출물을 제조하는 제1단계는 상기 첨가제 압출물을 펠릿화하는 공정을 더욱 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 열가소성 수지제품의 재활용 방법에 있어서, 상기 혼합물을 제조하는 제2단계에 사용되는 열가소성 수지제품 또는 열가소성 수지는 펠릿화된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 미가공 열가소성 수지 내에서 EVOH를 포함한 열가소성 수지제품의 스크랩이 우수한 분산성을 발휘하도록 하며, 이에 따라 제조된 재활용 수지 제품의 외관 불량률 및 이취 발생 정도를 미가공 열가소성 수지와 동등한 수준으로 감소시키는 우수한 기술적인 효과를 발휘하는 동시에, EVOH를 포함한 열가소성 수지제품의 다양한 제조과정에서 발생되는 잔여물인 스크랩을 활용함으로써 원재료비를 절감하여 식품 용기 등의 최종제품의 생산단가를 낮추는 경제적인 효과 및 자원의 재활용을 통하여 자원의 낭비를 막고 환경오염을 방지하는 우수한 장점 또한 갖는다.
본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예의 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물 및 이를 이용하여 열가소성 수지제품을 재활용하는 방법에 관한 것이며, 특히 에틸렌비닐알코올 공중합체 (EVOH)를 포함하는 열가소성 수지제품을 재활용하여 이를 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지와 혼합 사용시, 이들 간의 혼화성 (miscibility)을 증가시킬 수 있는 첨가제 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 첨가제 조성물은 기본적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 초산비닐 수지, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지, 및 아크릴 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 열가소성 베이스 수지, 주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며 8 내지 22의 탄소 원자수를 갖는 산의 금속염, 하이드로탈사이트 (hydrotalcite), 및 폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제 (adhesive)를 포함한다.
특히, 상기 하이드로탈사이트는 Mg6Al2CO3(OH)164(H2O)의 분자식을 갖는다.
일반적으로 식품의 포장용기 등으로 사용되는 열가소성 수지 다층 시트 (sheet) 또는 필름 (film) 등의 열가소성 수지제품은 일반적으로 폴리프로필렌층 (또는 폴리에틸렌층)-접착제층-에틸렌비닐알코올공중합체층-접착제층-폴리프로필렌층 (또는 폴리에틸렌층) 등으로 구성된다.
이와 같이 열가소성 수지 다층 시트 또는 필름을 제품의 규격에 맞게 가공시 제품이 되지 못하는 부분인 스크랩 (scrap)이 발생하게 된다. 이와 같은 스크랩을 수거하여 압출공정 등을 통하여 재활용하는 경우, 최초 스크랩에 포함된 EVOH가 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 사이에 반드시 균일하게 분산되어야만 한다. 또한, 이러한 스크랩을 미가공 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지 등과 혼합하여 압출공정 등을 통해 재활용하는 경우에도 EVOH가 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 사이에 균일하게 분산되고, 둘 사이에 상용성이 부여되어야 한다.
그러나, EVOH는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 사이에 용이하게 분산되지 못하는 비상용계에 속하는 물질이다. 따라서, 이들을 단순히 혼합하는 경우에는 EVOH가 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지에 균일하게 분산되지 못하고, 혼화되지 못하는 문제가 발생하게 되며, 이에 따라 재활용 제품의 외관에 피시아이 (fish-eye) 또는 흑점 (black specks) 등의 발생과 물성이 저하되는 문제가 있다. 또한, 이와 같이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지에 균일하게 분산되지 못한 EVOH는 압출공정에 사용되는 압출기의 바렐 또는 스크류 등에 장기간 잔류하여 후속 공정을 통하여 생산되는 재활용 제품의 외관 불량을 야기하는 문제가 되기도 한다.
이에 본 발명자는 EVOH를 함유하는 열가소성 수지 제품의 스크랩 등을 재활용할 때 발생하는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지와의 상용성 및 EVOH의 분산성 문제를 해결하고자 신규한 첨가제 조성물을 개발하게 되었다.
즉, 본 발명에 따른 첨가제 조성물은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 열가소성 베이스 수지를 기반으로 주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며 8 내지 22의 탄소 원자수를 갖는 산의 금속염과 하이드로탈사이트 (hydrotalcite), 및 폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제 (adhesive)를 포함한다.
이와 같은 첨가제 조성물은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 열가소성 수지 내에 EVOH가 균일하게 분산되도록 하여 재활용 제품의 이취를 제거하는 역할을 수행한다.
상기 열가소성 베이스 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 초산비닐 수지, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지, 및 아크릴 수지 또는 이들의 혼합물일 수 있으며, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 열가소성 베이스 수지는 첨가제 조성물 내에 포함되는 금속염 및 하이드로탈사이트를 서로 용이하게 혼합시키는 역할을 수행한다.
한편, 상기 금속염 (metal salt)은 주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며, 탄소원자수가 8 내지 22인 산을 이용하여 제조될 수 있다. 이와 같은 금속염은 EVOH와 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지 간의 균일한 혼화성을 증가시키는 역할을 수행한다. 상기 금속염은 본 발명에 따른 첨가제 조성물에 포함되는 열가소성 베이스 수지 100 중량부에 대하여 약 1 내지 15 중량부로 포함될 수 있다. 금속염의 함량이 1 중량부 미만인 경우는 EVOH와 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지 간의 균일한 혼화성을 얻을 수 없고, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌의 촉매와 EVOH의 반응에 의한 겔(gel)화를 방지할 수 없으며 열가소성 수지제품 내 EVOH가 스크류 및 바렐에 잔류되는 것을 막을 수 없다. 또한 15 중량부를 초과하는 경우는 시트 (sheet) 및 제품 가공 시 문제가 발생할 수 있다.
한편, 상기 하이드로탈사이트는 Mg6Al2CO3(OH)164(H2O)의 분자식을 갖는다. 상기 하이드로탈사이트는 상기 금속염과 함께 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지 내에서 EVOH의 분산성을 증가시키는 역할을 수행한다. 상기 하이드로탈사이트는 본 발명에 따른 첨가제 조성물에 포함되는 열가소성 베이스 수지 100 중량부에 대하여 약 1 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 하이드로탈사이트의 함량이 1 중량부 미만인 경우는 EVOH와 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 수지 간의 균일한 분산성을 얻을 수 없으며, 10 중량부를 초과하는 경우는 첨가제의 점성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 상기 접착제 (adhesive)는 폴리프로필렌에 시클로-에스터 (cyclo-ester)가 그라프팅 (grafting)된 것이다. 상기 접착제는 열가소성 수지제품 내 EVOH와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 미가공 열가소성 수지 사이의 상용성을 부여하는 역할을 수행한다. 상기 접착제는 본 발명에 따른 첨가제 조성물에 포함되는 열가소성 베이스 수지 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 접착제의 함량이 2 중량부 미만인 경우는 열가소성 수지제품 내 EVOH와 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 미가공 열가소성 수지 사이에 상용성을 부여하지 못하며, 10 중량부를 초과하는 경우는 본 발명에 따른 첨가제의 거동이 저하되는 문제가 있다.
한편, 본 발명에 따른 첨가제 조성물은 EVOH를 포함하는 열가소성 수지제품을 9:95 내지 60:40의 중량비로 열가소성 수지와 혼합하여 재활용하는 경우에 적용할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 첨가제 조성물은 상기 열가소성 수지제품과 상기 열가소성 수지의 합계 100 중량부에 대하여 1 내지 5 중량부로 사용될 수 있다. 상기 열가소성 수지제품과 상기 열가소성 수지의 합계 100중량부에 대하여 본 발명에 따른 첨가제 조성물이 1 중량부 미만으로 포함되는 경우는 EVOH가 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌에 충분히 분산되지 못하며, 5 중량부를 초과하는 경우는 재활용 제품이 되는 열가소성 수지제품 및 열가소성 수지의 함량에 비하여 너무 많은 양이 첨가되어, 최종 제품의 물성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 첨가제 조성물은 펠릿 (pellet)으로 제조하여 EVOH를 포함하는 열가소성 수지제품 및 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 미가공 열가소성 수지에 첨가할 수 있다. 한편, 상기 열가소성 수지제품 (또는 이의 스크랩)과 미가공 열가소성 수지를 펠릿화하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 첨가제 조성물은 상기 성분 이외에 산화방지제를 더욱 포함할 수 있다. 첨가제 조성물이 산화방지제를 포함하는 경우는 본 발명에 따른 첨가제 조성물을 이용하여 제조된 재활용제품의 이취가 더욱 감소하는 효과를 발휘하게 된다. 한편, 상기 산화방지제는 첨가제 조성물에 포함되는 열가소성 베이스 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 3 중량부로 포함될 수 있다. 상기 산화방지제의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우는 산화방지효과가 미흡하며, 3 중량부를 초과하는 경우는 비경제적이다.
이하, 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 첨가제 조성물 및 이를 이용하여 EVOH를 포함하는 열가소성 수지제품을 재활용하는 방법을 살펴본다.
실시예 1 - 첨가제 조성물의 제조
폴리에틸렌 (polyethylene) 100g에 지방산 나트륨염 15g, 하이드로탈사이트 (Mg6Al2CO3(OH)164(H2O)) 5g, 폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제 10g을 혼합하여 본 발명에 따른 첨가제 조성물을 제조하였으며, 이와 같이 제조된 첨가제 조성물을 이축 압출기에 넣고 압출하여 펠릿화 (Pelletizing)하였으며, 압출기의 조건은 C1(180℃), C2(120℃), C3~9(105℃), 다이 (Dies) (150℃), 진공도 800mm/Hg, 스크루 속도 280rpm 피드속도 250rpm으로 설정하였다.
실시예 2 - 첨가제 조성물을 이용한 열가소성 수지제품의 재활용
폴리프로필렌-EVOH-폴리에틸렌이 각각 10:20:10의 중량비로 적층된 다층 시트를 가로×세로 1㎝×1㎝로 절단하여, 총 중량이 150g인 스크랩을 준비하였다. 한편, 이와 같이 준비된 스크랩 150g과 폴리에틸렌 수지 필름 850g 및 상기 실시예 1에서 제조된 첨가제 조성물 5g을 압출기 호퍼에 투입하고 골고루 혼합한 후, 압출기를 통하여 시트로 압출하여 재활용 시트제품을 생산하였다.
실시예 3 내지 34
폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 (베이스 수지), 접착제, 하이드로탈사이트, 및 고지방산 금속염의 함량을 달리하여, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 첨가제 조성물을 제조하였으며, 이를 이용하여 실시예 2와 동일한 방법으로 재활용 시트제품을 제조하였다 (표 1 참고).
비교예 1 - 본 발명에 따른 첨가제 조성물을 이용하지 않은 경우
폴리프로필렌-EVOH-폴리에틸렌이 각각 10:20:10의 중량비로 적층된 다층 시트를 가로×세로 1㎝×1㎝로 절단하여, 총 중량이 150g인 스크랩을 준비하였다. 한편, 이와 같이 준비된 스크랩 150g과 폴리에틸렌 수지 필름 850g을 압출기 호퍼에 투입하고 골고루 혼합한 후, 압출기를 통하여 시트로 압출하여 재활용 시트제품을 생산하였다.
[분산성 및 이취 테스트]
상기 실시예 3 내지 34를 를 통하여 제조된 시트를 가로×세로 20㎝×30㎝로 절단하여, 혼화성 및 이취를 테스트 하였다. 혼화성은 제품의 외관에 피시아이 또는 흑점이 발생한 정도 (피시아이 및 흑점의 수를 측정)를 기준으로 테스트 하였고, 혼화성의 정도에 따라 0~3점으로 테스트하였으며 (3점: 혼화성이 가장 우수, 0점: 혼화성이 가장 낮음), 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 이취 (odor)는 술을 마시지 않고 화장을 하지 않은 비흡연자 5명을 대상으로 관능검사를 실시하였고, 이취감의 정도에 따라 0~3점으로 테스트하였으며 (3점: 이취가 없음, 0점: 이취가 가장 심함), 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

샘플
실시예		 베이스
수지
(PP, PE)		 접착제
(ester-grafted)
(PP-based, PE-based)
하이드로탈사이트
(중량부,part)		 고지방산
금속염
(중량부,
part)
혼화성
이취
(odor)
L 3 LDPE A (4중량부) 1 내지 6 1 내지 6 3 3
L-1 4 LDPE A (4중량부) 1 내지 6 7 내지 15 2 3
L-2 5 LDPE A (4중량부) 7 내지 10 1 내지 6 2 3
L-3 6 LDPE A (4중량부) 7 내지 10 7 내지 15 2 2
M 7 LDPE B (4중량부) 1 내지 6 1 내지 6 3 1
M-1 8 LDPE B (4중량부) 1 내지 6 7 내지 15 2 1
M-2 9 LDPE B (4중량부) 7 내지 10 1 내지 6 2 1
M-3 10 LDPE B (4중량부) 7 내지 10 7 내지 15 2 1
N 11 LDPE A (2중량부) 1 내지 6 1 내지 6 2 2
N-1 12 LDPE A (2중량부) 1 내지 6 7 내지 15 1 2
N-2 13 LDPE A (2중량부) 7 내지 10 1 내지 6 1 2
N-3 14 LDPE A (2중량부) 7 내지 10 7 내지 15 1 1
O 15 LDPE B (2중량부) 1 내지 6 1 내지 6 2 1
O-1 16 LDPE B (2중량부) 1 내지 6 7 내지 15 1 1
O-2 17 LDPE B (2중량부) 7 내지 10 1 내지 6 1 1
O-3 18 LDPE B (2중량부) 7 내지 10 7 내지 15 1 1
P 19 PP A (4중량부) 1 내지 6 1 내지 6 3 3
P-1 20 PP A (4중량부) 1 내지 6 7 내지 15 2 3
P-2 21 PP A (4중량부) 7 내지 10 1 내지 6 2 3
P-3 22 PP A (4중량부) 7 내지 10 7 내지 15 2 2
Q 23 PP B (4중량부) 1 내지 6 1 내지 6 2 1
Q-1 24 PP B (4중량부) 1 내지 6 7 내지 15 2 1
Q-2 25 PP B (4중량부) 7 내지 10 1 내지 6 2 1
Q-3 26 PP B (4중량부) 7 내지 10 7 내지 15 1 1
R 27 PP A (2중량부) 1 내지 6 1 내지 6 2 2
R-1 28 PP A (2중량부) 1 내지 6 7 내지 15 1 2
R-2 29 PP A (2중량부) 7 내지 10 1 내지 6 1 2
R-3 30 PP A (2중량부) 7 내지 10 7 내지 15 1 1
S 31 PP B (2중량부) 1 내지 6 1 내지 6 2 1
S-1 32 PP B (2중량부) 1 내지 6 7 내지 15 1 1
S-2 33 PP B (2중량부) 7 내지 10 1 내지 6 1 1
S-3 34 PP B (2중량부) 7 내지 10 7 내지 15 1 1
(A 및 B는 모두 PE 또는 PP에 에스터가 그라프팅된 접착제이며, 각각 용융지수 (Melting index, MI)가 1.8 ~ 5인 물질임)
상기 표 1의 결과를 살펴보면, 샘플 중 P, Q, R, S는 베이스 수지 (LDPE 또는 PP)만 달리하고 나머지는 동일한 제법으로 제조한 첨가제 조성물의 실험실 테스트 결과이며, 상기 표 1의 결과를 살펴보면, 베이스 수지에 의한 혼화성 또는 이취의 차이는 관찰되지 않았다.
상기 표 1의 결과에 따라 혼화성 및 이취제거 효과가 가장 우수한 것으로 판단되는 첨가제 조성 L 유형을 이용하여 재가공 (Regrinding)된 스크랩과 미가공 열가소성 수지의 비율을 조정하며 실험실 규모의 테스트를 진행하였다.
시판 테스트 전에 실험실 규모의 압출물을 이용하여 아래와 같은 조건으로 시트 및 필름을 제조하여 시트 및 필름의 혼화성 및 이취상태를 확인하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 혼화성은 제품의 외관에 피시아이 또는 흑점이 발생한 정도 (피시아이 및 흑점의 수를 측정)를 기준으로 테스트하였고, 혼화성의 정도에 따라 0~3점으로 테스트하였으며 (3점: 혼화성이 가장 우수, 0점: 혼화성이 가장 낮음), 이취 (odor)는 술을 마시지 않고 화장을 하지 않은 비흡연자 5명을 대상으로 관능검사를 실시하였고, 이취감의 정도에 따라 0~3점으로 테스트 하였다 (3점: 이취가 없음, 0점: 이취가 가장 심함).
스크랩 미가공
열가소성 수지		 샘플 L
(중량부)		 혼화성 이취
A B
8 92 1 내지 5 3 3
15 85 1 내지 5 3 3
20 80 1 내지 5 3 3
30 70 1 내지 5 2 3
(샘플 L은 스크랩 (A) 및 미가공 열가소성 수지 (B)를 합한 중량에 대한 상대 중량부로 표시됨)
상기 표 2의 결과를 살펴보면, EVOH를 함유하는 스크랩 (A)과 미가공 열가소성 수지를 8: 92 내지 20:80으로 혼합하는 경우, 우수한 혼화성 및 이취제거 효과를 동시에 달성할 수 있음을 확인할 수 있다.
[비교예 1과의 비교 테스트]
상기 비교예 1을 통하여 제조된 시트제품을 가로×세로 20㎝×30㎝의 크기로 절단하여 샘플 1 내지 5를 제조하였으며, 이와 같이 제조된 비교예 1의 샘플 1 내지 5와 상기 실시예 3을 통하여 제조된 시트제품을 가로×세로 20㎝×30㎝의 크기로 절단하여 샘플 1 내지 5를 제조하였으며, 이들 샘플을 이용하여 상기 테스트 방법과 동일한 방법으로 혼화성 및 이취 정도를 테스트하였고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
샘플 혼화성 이취
실시예 3 샘플 1 3 3
실시예 3 샘플 2 3 3
실시예 3 샘플 3 3 3
실시예 3 샘플 4 3 3
실시예 3 샘플 5 3 3
비교예 1 샘플 1 0 1
비교예 1 샘플 2 1 0
비교예 1 샘플 3 0 0
비교예 1 샘플 4 1 1
비교예 1 샘플 5 1 0
상기 표 3의 결과를 살펴보면, 본 발명에 따른 첨가제 조성물을 이용하지 않고 제조된 재활용 시트제품의 경우는 다수의 피시아이 및 흑점을 보여 EVOH와 폴리에틸렌/폴리프로필렌 간의 혼화성이 매우 낮음을 확인할 수 있으며, 이취도 매우 심하여 식품용기의 포장재로 사용하기에 매우 부적합하다는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 첨가제 조성물을 이용하여 제조된 재활용 시트제품의 경우는 매우 우수한 혼화성을 보임과 동시에 이취가 거의 없어 식품용기의 포장재로 사용되기에 매우 적합하다는 것을 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. 에틸렌비닐알코올 공중합체를 포함하는 열가소성 수지제품을 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 열가소성 수지에 혼합하여 재활용하기 위한 첨가제 조성물로서, 상기 첨가제 조성물은
    폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 초산비닐 수지, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지, 및 아크릴 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 열가소성 베이스 수지;
    주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며, 8 내지 22의 탄소 원자수를 갖는 산의 금속염;
    하이드로탈사이트; 및
    폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제;를 포함하고,
    상기 하이드로탈사이트는 Mg6Al2CO3(OH)164(H2O)의 분자식을 갖는 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 열가소성 수지제품과 상기 열가소성 수지는 5:95 내지 60:40의 중량비로 혼합되며,
    상기 첨가제 조성물은 상기 열가소성 수지제품과 상기 열가소성 수지의 합계 100중량부에 대하여 1 내지 5중량부로 포함되는 것인 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 열가소성 수지제품, 상기 열가소성 수지, 및 상기 첨가제 조성물 중 어느 하나 이상은 펠릿화된 것인 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 첨가제 조성물은 산화방지제를 더욱 포함하는 열가소성 수지제품의 재활용을 위한 첨가제 조성물.
  5. 에틸렌비닐알코올 공중합체를 포함하는 열가소성 수지제품을 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌을 포함하는 열가소성 수지에 혼합하여 재활용하는 방법에 있어서,
    상기 방법은
    폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐 수지, 초산비닐 수지, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지, 및 아크릴 수지 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 열가소성 베이스 수지; 주기율표상의 1 내지 3족에서 선택된 하나 이상의 금속원소를 포함하며, 8 내지 22의 탄소 원자수를 갖는 산의 금속염; Mg6Al2CO3(OH)164(H2O)의 분자식을 갖는 하이드로탈사이트; 및 폴리프로필렌에 시클로-에스터가 그라프팅된 접착제;를 압출기에 넣고 압출하여 첨가제 압출물을 제조하는 제1단계;
    상기 첨가제 압출물을 상기 열가소성 수지제품 및 상기 열가소성 수지와 혼합하여 혼합물을 제조하는 제2단계; 및
    상기 제2단계에서 혼합된 혼합물을 압출기에 투입하고 진공 압출하여 재활용 열가소성 수지제품을 제조하는 제3단계;를 포함하는 열가소성 수지제품의 재활용 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 첨가제 압출물을 제조하는 제1단계는
    상기 첨가제 압출물을 펠릿화하는 공정을 더욱 포함하는 열가소성 수지제품의 재활용 방법.
  7. 청구항 5 또는 6에 있어서,
    상기 혼합물을 제조하는 제2단계에 사용되는 열가소성 수지제품 또는 열가소성 수지는 펠릿화된 것인 열가소성 수지제품의 재활용 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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