KR101627720B1 - 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치 - Google Patents

폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압출기 실린더 내부에 일축 스크류가 설치된 압출기를 구비한 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치로서, 상기 일축 스크류는, 폐 가교 폴리올레핀 수지가 이동하면서 용융이 이루어지는 이송부(A)와, 상기 이송부를 지나 이송된 폐 가교 폴리올레핀 수지가 상기 압출기 실린더 내부로 주입된 반응용매와 혼합되어, 탈가교화 반응온도 및 반응압력의 분위기 하에서 탈가교화되는 반응부(B)와, 상기 반응 후의 용매 및 가스가 배출되며, 재생된 폴리올레핀 수지가 배출되는 배출부(C)를 포함하되, 상기 반응부(B)는, 상기 이송부(A)의 후단 보다 상대적으로 작은 직경으로 형성된 B1 구역과, 상기 B1 구역의 후측으로 상기 B1 구역의 직경 보다 상대적으로 큰 직경으로 형성되며, 주면에 돌기가 형성된 블리스터링 나사부와, 상기 블리스터링 나사부의 후측으로 상기 일축 스크류의 나머지 부분과 반대방향으로 나선이 형성된 역방향 나사부가 형성된 B2 구역을 포함하며, 폐 가교 폴리올레핀 수지가 압출기 내부에서 일축 스크류를 회전에 의해 안내되어 연속적으로 이동하면서 상기 압출기 내부에 형성된 탈가교화 반응 분위기 하에서 반응용매인 초임계 유체에 의해 탈가교화되어 재활용 가능한 폴리올레핀 수지로 전환된다.

Description

폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치{CONTINUOUS RECYCLING APPARATUS FOR A WASTE CROSS-LINKED POLYOLEFIN RESIN}
본 발명은 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열경화성 플라스틱으로 분류되어 재활용 되지 않고 버려지고 있는 가교 폴리올레핀 수지가 압출기 내에서 일축 스크류를 따라 이동하면서 초임계 유체 분위기 하에서 연속적이고 대량 생산화에 적합하게 재활용 가능하게 재생될 수 있는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치에 관한 것이다.
가교 폴리올레핀 수지(cross-linked polyolefin resin)는 전선(cable)의 단열부분(인설레이션)으로 가장 흔히 쓰이는 고분자이지만, 열경화성 플라스틱으로 분류되어 열을 가해도 용융되지 않아 재사용되지 않는 문제점이 있다. 이로 인해 폐 가교 폴리올레핀 전선 수지의 대부분은 매립 또는 소각되고 있다.
최근 초임계 유체를 이용한 폐 열경화성수지 재활용 공정이 제안 되어 일부 실험이 진행되었다. 그러나 산업계 및 가정에서 나오는 폐기물의 증가에 따라 처리방법 및 처리량에 한계가 있으며, 가교 폴리올레핀 수지를 연속적으로 처리하는 기술이 없어 해당 기술의 개발이 재활용 및 사업화 측면에서 매우 절실히 요구되고 있다.
폐 가교 폴리올레핀 수지의 재활용 기술과 관련하여, 대한민국 특허 제10-2012-0026035호는 초임계 유체를 이용하여 폐 가교 고밀도 폴리올레핀 파이프의 재생방법에 관해 기술하고 있다. 또한 대한민국 특허 제10-2010-0045282호에는 초임계 유체를 이용하여 폐 저밀도 폴리올레핀 발포체의 재생방법에 관해 기술하고 있다. 그러나 이러한 공지 기술들은 회분식 반응기를 이용한 회분식 공정을 채택하고 있는바, 연속적인 재활용 공정과 대량 생산화에는 적합하지 않은 문제점이 있다.
또한, 유럽 특허 제0847842B1호는 그라인더를 이용하여 폐 가교 플라스틱 물질의 분쇄/혼합 재활용하는 방법에 관해 개시하고 있고, 유럽 특허 제0897783A2호는 압출기를 이용하여 고온에서 전단응력을 크게 함으로써 폐 저밀도 폴리올레핀계 발포체를 일부 탈가교화 시키는 방법을 개시하고 있고, 유럽 특허 제0897783B1호는 전기 전선 코팅물질로부터 분리된 가교 폴리머를 압출기를 이용하여 고온 하에서 전단응력으로써 탈가교 공정을 통해 재활용하는 방법에 관해 개시하고 있다. 그러나, 압출기를 이용하는 이러한 종래의 폴리올레핀 수지의 재활용 방법은 이축(twin screw) 압출기를 이용하는 데, 이러한 이축 압출기 타입은 무기입자 등의 첨가제를 혼합/가공하기 쉬운 장점은 있으나 고가의 장치비용을 필요로 하고, 고속 대량생산에 용이하지 않으며, 초임계 압력조건 등과 같은 고압을 유지하는데 어려운 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 압출기 실린더 내로 투입된 폐 가교 폴리올레핀 수지 분쇄물이 일축 스크류의 회전에 의해 안내되어 이동하면서 초임계 유체 분위기 하에서 탈가교화되어 재생되는 것이 가능한, 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 고속 및 대량 생산에 적합하고 초임계 탈가교화 분위기의 형성 및 유지가 용이한 일축 형태의 압출기를 구비한 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 압출기 실린더 내로 투입된 폐 가교 폴리올레핀 수지 분쇄물이 일축 스크류의 회전에 의해 안내되면서 이동할 때 재생을 위한 탈가교화 반응에 필요한 반응시간이 용이하게 확보될 수 있는 한 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 압출기 실린더 내부에 일축 스크류가 설치된 압출기를 포함하는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치로서, 상기 일축 스크류는, 폐 가교 폴리올레핀 수지가 이동하면서 용융이 이루어지는 이송부(A)와, 상기 이송부를 지나 이송된 폐 가교 폴리올레핀 수지가 상기 압출기 실린더 내부로 주입된 반응용매와 혼합되어, 탈가교화 반응온도 및 반응압력의 분위기 하에서 탈가교화되는 반응부(B)와, 상기 반응 후의 용매 및 가스가 배출되며, 재생된 폴리올레핀 수지가 배출되는 배출부(C)를 포함하되, 상기 반응부(B)는, 상기 이송부(A)의 후단 보다 상대적으로 작은 직경으로 형성된 B1 구역과, 상기 B1 구역의 후측으로 상기 B1 구역의 직경 보다 상대적으로 큰 직경으로 형성되며, 주면에 돌기가 형성된 블리스터링 나사부와, 상기 블리스터링 나사부의 후측으로 상기 일축 스크류의 나머지 부분과 반대방향으로 나선이 형성된 역방향 나사부가 형성된 B2 구역을 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 압출기 실린더는, 폐 가교 폴리올레핀 수지가 공급되는 투입구; 상기 반응부에 대응되는 위치에 형성되고, 반응용매인 초임계 유체가 공급되는 용매주입구; 탈가교화 반응 후의 용매 및 가스가 회수되는 가스배출구; 및 탈가교화되어 재생된 폴리올레핀 수지가 배출되는 토출구가 순차적으로 형성되며, 내부를 가열하기 위한 히팅장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 압출기에서 상기 반응부에는 350 내지 400℃ 의 반응온도 및 8 내지 30 MPa 반응압력의 탈가교화 반응 분위기가 형성된다.
본 발명에 의하면, 상기 이송부(A)는 외주면을 따라 일측 방향으로 나선이 형성되되 전측에 비해 후측의 나선 피치가 감소된 형태로 나선이 형성되며, 전측에 비해 후측의 직경이 상대적으로 크게 형성되며, 상기 배출부(C)는 상기 반응부의 후단보다 직경이 작으며 상기 가스배출구가 연결된 C1 구역과, 상기 C1 구역 보다 큰 직경을 가지며 상기 토출구가 연결된 C2 구역을 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 이송부(A)는 A1, A2, A3 구역으로 구분되되, 상기 A3 구역은 상기 A1 구역에 대비하여 상대적으로 직경이 크고 스크류 나선 피치가 작게 형성되며, 상기 A2 구역은 상기 A1 구역의 직경에서 상기 A3 구역의 직경으로 직경이 점차로 증가하도록 테이퍼지게 형성되고, 스크류 나선 피치가 A1 구역의 나선피치에서 A3 구역의 나선 피치가 되도록 점차로 감소하는 천이 구역을 형성한다.
본 발명에 의하면 기체에 비해 낮은 점성과 액체에 비해 높은 확산성을 가진 초임계 유체를 이용하여 종래에 매립 또는 소각되어 버려지던 폐 가교 폴리올레핀 수지를 재활용하는 것이 가능하게 되며, 일축 스크류 타입으로 형성되므로, 연속식 및 고속 대량 생산 방식으로 재활용할 수 있게 한다.
본 발명에 의하면 많은 양의 에너지를 소모하지 않는 환경 친화적인 방법으로 초임계 유체 하에서 원하는 분자량의 폴리올레핀으로 재활용 할 수 있다.
본 발명에 의하면, 폐 가교 폴리올레핀 수지를 회분식이 아닌 다단계 일축스크류(Multi stage single screw)를 이용하여 연속식으로 재활용 할 수 있어 회분식 및 이축 압출기 방식에 비해 고속 및 대량 생산에 유리하다.
본 발명에 의하면 일축 압축기에서 용융된 폐가교 폴리올레핀 수지와 반응용매로서 초임계 유체가 탈가교화 반응을 하는 반응부에, 블리스터링 나사부의 역방향 나사부가 형성함으로써, 반응 매체의 이동속도를 정체되면서 탈가교화 반응에 필요한 충분한 반응 시간이 확보될 수 있다. 따라서 일축 스크류의 길이를 최소하면서도 충분한 탈가교화 반응에 필요한 충분한 반응시간이 확보된다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치의 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치의 일측 스크류를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치에 의해 재생된 폴리올레핀 수지 펠렛을 보여주는 도면이다.
본 발명에 따른 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치는 일축 스크류를 구비한 압출기를 포함하며, 폐 가교 폴리올레핀 수지가 압출기 내부에서 일축 스크류의 회전에 의해 안내되어 연속적으로 이동하면서 압출기 실린더 내부에 형성된 탈가교화 반응 분위기 하에서 반응용매인 초임계 유체에 의해 탈가교화되어 재활용 가능한 폴리올레핀 수지로 전환된다.
초임계 유체는 일반적인 액체나 기체 상태의 물질이 임계점이라 불리는 고온, 고압의 한계를 넘으면서 기체와 액체를 구별할 수 없는 임계 상태에 이른 물질을 지칭한다. 초임계 유체의 분자의 밀도는 액체에 가깝지만 점성도는 낮아 기체에 가깝고, 확산이 빨라 열전도성이 물만큼이나 높다, 이에 따라 초임계 유체를 용매로 사용하면 녹아있는 분자, 즉, 용질 주변의 용매 농도가 극히 높아진다. 본 발명의 일 실시예에서 반응 용매로서 메탈올이 사용되고 있으나, 반응용매로 사용되는 초임계 유체로서, 알콜류가 사용될 수 있으며, 또는 증류수와, 메탈올, 에탄올 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 압축기를 통해 폐 가교 폴리올레핀 수지가 연속적으로 이동하면서 탈가교화 반응 분위기 하에서 탈가교화 반응이 진행되고 재생된 리니어한 폴리올레핀 수지가 와이어 형태로 배출되도록 설계된다. 따라서 폐 가교 폴리올레핀 수지의 재생이 고속 그리고 대량 생산에 적합하게 이루어진다.
본 발명에서는 압출기는 압출기 실린더 내부에 일축 스크류가 설치되어 폐 가교 폴리올레핀 수지를 탈가교화 반응을 위한 반응압력 분위기가 형성되도록 하고 있다. 압출기 실린더에 설치된 히팅장치에 의해 탈가교화 반응을 위한 반응온도 분위기가 형성된다.
본 발명에서 일축 스크류는 일축 압축기 실린더 내부에 투입된 폐 가교 폴리올레핀 수지를 연속적으로 이동시키면서 탈가교화 반응에 필요한 반응압력 분위기가 형성되도록 크게 이송부(A), 반응부(B), 배출부(C)로 구분되는 다단계 일축 스크류로 형성된다.
일축 스크류는 반응용매에 의한 부식을 방지하기 위해 스테인리스(stainless)로 제작되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 일축 스크류의 이송부(A)는 압출기 내부로 투입된 폐 가교 폴리올레핀 수지가 일축 스크류의 회전에 따라 이동하면서 용융 가압되는 영역으로, 후측으로 갈수록 일축 스크류의 직경이 증가하고 스크류 나선 피치가 감소되도록 설계된다. 이로 인해, 폐 가교 폴리올레핀 수지가 용융 및 가압되고 후단에서 스크류 나선 사이에 폴리올레핀 수지가 밀집되어 반응부에서 주입된 반응용매의 역류가 방지되도록 설계된다.
본 발명에서 반응부(B)는 다단계 일축 스크류에서 반응용매가 주입되어 폐 가교 폴리올레핀 수지와 혼합되면서 탈가교화 반응이 일어나는 영역으로, 용매주입구를 통해 반응용매가 공급되어 용융된 폐 가교 폴리올레핀 수지와 혼합되면서 탈가교화 반응이 일어난다. 반응부(B)에서는 350 내지 400℃ 의 반응온도 및 8 내지 30 MPa 반응압력 분위기에서 탈가교화 반응이 이루어진다. 반응부(B)에는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 이송 방향으로 블리스터링 나선부와, 역방향 나사부 순차적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에서는 일축 스크류의 나머지 부분이 오른 나사 형태로 형성하고, 역방향 나사부를 왼나사 형태로 형성하였다. 역방향 나사부는 혼합물의 이동을 정체시킴으로써 반응부(B)에서 탈가교화 반응에 필요한 반응시간이 확보되도록 한다. 블리스터링 나사부는 역방향 나사부의 전측에 형성되는 데, 주면에 다수의 돌기가 형성된다. 블리스터링 나사부는 역방향 나사부와 협력하여 내부의 압력 평형이 유지되면서도 반응물의 진행 속도를 늦추어 초임계 유체와 폐 가교 폴리올레핀 수지의 반응 시간을 연장시키는 기능을 하고, 초임계 유체와 폐 가교 폴리올레핀 수지의 혼합을 더욱 촉진시키는 기능을 한다. 이로 인해 반응 효율이 향상되도록 한다.
본 발명에서 배출부(C)는 탈가교화되어 리니어화된 폴리올레핀 수지와 반응후의 반응용매 즉, 용매와 가스를 분리하고 재생된 폴리올레핀 수지를 배출하는 영역이다. 가스회수부와 연결된 가스배출구가 구비되며, 일축 압출기 실린더 말단에 형성된 배출구로 재생된 폴리올레핀 수지를 이동시켜, 배출구를 통해 와이어 형태로 재생된 폴리올레핀 수지가 배출되도록 한다.
본 발명에서 압출기 내부로 투입된 폐 가교 폴리올레핀 수지는 일축 스크류의 회전에 따라 스크류 나선 사이의 공간을 따라 연속적으로 이동하며, 고형체로 투입된 폐 가교 폴리올레핀 수지가 일축 스크류의 회전에 따라 이송되는 과정에서 초임계 유체와 반응하여 완전히 용융되고 폴리올레핀 수지로 재생되어 배출된다. 폐 가교 폴리올레핀 수지가 일축 스크류를 따라 연속적으로 이동하면서 탈가교화 반응을 통해 재생 배출되므로 고속 공정이 가능하고 대량 생산이 가능한 장점이 있다. 또한, 일축 압출기 내부에 연속적으로 이동하면서 탈가교화 반응을 통해 재생 공정이 마무리되므로 일축 압축기 내의 반응압력 및 반응온도를 포함하는 탈가교화 분위기를 조절하고 일정하게 유지하는 데 유리하다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치의 전체적인 구성도이다.
도 1 를 참조하면, 본 발명에 따른 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치는, 공급부(20)와, 압출기(10)와, 용매주입장치(40)와, 가스회수기(50)를 포함한다.
공급부(20)는 압출기(10)의 일측 위치에 대응하여 설치되는 데, 전선 수지와 같은 재생이 필요한 가교 폴리올레핀 수지가 투입되는 호퍼와, 상기 호퍼 하단으로 설치되어 투입된 가교 폴리올레핀 수지를 분쇄하는 분쇄기를 포함한다. 재생될 폐 가교 폴리올레핀 수지는 분쇄기를 거치면서 펠렛 형태로 분쇄된다. 공급부(20)에서 분쇄된 가교 폴리올레핀 수지의 분쇄물은 압출기(10)의 압출기 실린더(12)의 일측에 형성된 투입구(14)를 통해 압출기 실린더(12) 내부로 투입된다. 폐 가교 폴리올레핀 수지는 전처리 공정에서 펠렛 형태로 미리 분쇄되어 공급부(20)를 거쳐 투입구(14)를 통해 압출기 실린더(12) 내부로 투입될 수 있다.
압출기(20)는 압출기 실린더(12)와, 압출기 실린더(12) 내부에 회전가능하게 설치되는 일축 스크류(60)를 포함한다.
압출기 실린더(12)는 분쇄물 형태로 내부에 투입된 폐 가교 폴리올레핀 수지가 일축 스크류(60)의 회전에 의해 안내되어 이동하면서 탈가교화되어 재활용이 가능하게 재생되는 반응 공간을 형성한다.
압출기 실린더(12) 내부에는 일축 스크류(60)가 모터(11)에 의해 회전속도가 조절되면서 회전되도록 설치된다.
압출기 실린더(12)에는 복수의 온도압력센서(31)가 설치되어 압출기 실린더(12) 내에서 초임계 분위기 하에서 탈가교화 반응이 진행되는 것을 확인하면서 일축 스크류의 회전속도 및 내부 온도 등의 제어할 수 있게 한다.
또한, 압출기 실린더(12)에는 용매주입장치(40)와 연결된 용매주입구(32)가 구비되고, 가스회수기(50)와 연결된 가스배출구(33)가 형성된다.
용매주입장치(40)에서 용매주입구(32)로 반응용매가 주입되면서 초임계 조건이 만들어 지면서 탈가교화 반응이 이루어지고, 가스배출구(33)를 통해 반응 후 용매 및 가스가 가스회수기(50)로 회수된다.
압출기 실린더(12)의 타측 단부에는 토출구(34)가 형성되어, 압출기 실린더(12) 내부에서 초임계 조건에서 탈가교화되어 재생된 폴리올레핀 수지가 와이어 형태로 배출된다. 배출된 재생 폴리올레핀 수지 와이어는 냉각되고 펠렛 제조기(미도시)에서 절단되어 펠렛 형태로 제조된다.
압출기 실린더(12)에는 히팅장치(35)가 연결되어 압출기 실린더(10) 내부의 온도를 제어된다. 히팅장치(35)는 히터와 팬을 구비하여 정밀한 온도 제어가 이루어지도록 구성된다. 히팅장치(35)는 일축 압출기 실린더(12)를 따라 복수개로 설치되는 것이 바람직하다.
용매주입장치(40)는 용매주입구(32)를 통해 반응용매를 압출기 실린더(12) 내부로 주입한다. 반응용매로는 알콜류가 사용될 수 있으며, 증류수, 메탄올, 에탄올 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
가스회수기(50)는 가스배출구(33)를 통해 반응 후의 용매 및 가스를 회수하며, 역류를 방지하기 위해 가스 배출구(33)와 연결된 관로에 체크밸브(미도시)가 설치될 수 있다.
도 2 는 본 발명에 따른 폐 가교 폴리올레핀 수지 재생 장치에서 압출기 실린더(12) 내부에 설치되는 일축 스크류(60)를 도시한 도면이다.
본 발명에 의하면 압출기(10)는 일축 스크류(60)를 포함하며, 일축 스크류(60)는 다단계의 영역을 가지는 다단계 일축 스크류 형태로 형성된다. 일축 스크류가 다단계의 영역을 가지도록 형성함으로써 폐 가교 폴리올레핀 수지의 용융, 탈가교 반응, 배출이 연속적으로 이루어지면서 폐 가교 폴리올레핀 수지의 재생이 이루어진다. 본 발명에 따르면 압출기(20)는 일축 스크류(60)를 구비한 일축 압출기이므로 투입에서 배출까지의 소요 시간을 줄여 고속 생산이 가능하도록 하고 있다. 본 발명에 일 실시예에서 일축 스크류는 스테인리스 재질로 L/D=36 으로 제작되었다(L: 스크류 길이, D: 스크류 평균 직경으로 40mm가 사용됨).
본 발명에 의하면, 일축 스크류(60)는 크게 이송부(A)와, 반응부(B)와, 배출부(C)의 3개의 영역으로 구분된다.
이송부(A)는, 압출기 실린더(12) 내부로 투입된 펠렛 형태 등과 같은 폐 가교 폴리올레핀 수지 분쇄물이 일축 스크류(60)의 회전에 따라 이동하면서 용융 가압되면서 반응부(B)로 이동하는 영역이다.
이송부(A)는 폐 가교 폴리올레핀 수지가 일축 스크류(60)의 회전에 따라 안내 이송되면서 용융 및 가압이 이루어지는 데, 크게 3개 구역(A1, A2, A3)으로 구분되며, 각 구역은 스크류의 직경/스크류 나선 피치에 따라 구분된다.
이송부(A)는 스크류 직경이 점차로 증가하며 나선 피치가 점차로 감소되는 형태로 설계된다. 바람직하는 다단 형태로 설계된다. A3 구역은 A1 구역에 비해 직경이 크고 나선 피치가 작게 설계된다. A2 구역은 곡경 Taper 구간으로 후단으로 갈수록 직경이 점차로 증가하며 스크류 나선 피치가 감소된다. 구체적으로는 1단계로 스크류 직경이 증가하고 2 단계로 스크류 나선 피치가 감소되도록 설계된다. 즉, A2 구역은 A1구역과 A3 구역 사이에서 직경 및 스크류 나선 피치가 변경되는 천이 구역을 형성한다. 이송부(A)의 이러한 형상에 의해 폐 가교 폴리올레핀 수지가 일축 스크류를 따라 이동하면서 점차로 용융 및 가압되는 것을 가능하게 한다. 또한 이송부(A) 후단에서 스크류 나선 사이에 폴리올레핀 수지가 밀집되도록 함으로써 반응부에서 주입된 반응용매의 역류가 방지되도록 한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 이송부(A)는 A3 구역의 스크류 깊이 대비 A1 구역의 스크류 깊이를 4~5 범위 비율로 설계함으로써, 4~5의 압축비율을 갖도록 설계하였다.
반응부(B)는 반응 용매인 메탄올이 주입되어 초임계 조건 하에서 탈가교화 반응이 유도되도록 하는 영역으로, 크게 2개의 구역(B1, B2)을 포함한다. 반응부(B)에서는 350 내지 400℃의 반응온도 및 8~30 MP의 반응압력의 탈가교반응 분위기가 형성된다.
반응부(B)는 용매주입구(32)를 통해 반응용매가 주입되면서 탈가교화 반응분위기 하에서 탈가교화 반응이 일어나는 구역을 포함하며, 크게 2개의 구역(B1, B2)으로 구분된다.
B1 구역은 폐 가교 폴리올레핀 수지의 탈가교화 반응이 주로 일어나는 구역으로, 용매주입구(32)를 통해 반응용매인 메탄올이 B1 구역의 전단으로 주입되어 탈가교화 반응이 이루어진다. B1 구역은 스크류 나선 피치가 이송부(A)의 후단 즉, A3 구역 보다 직경이 작고 스크류 나선 피치가 크게 형성되어 주입된 반응 용매와 용융된 폐 가교 폴리올레핀 수지가 혼합되면서 탈가교화 반응이 충분히 이루어지도록 한다. B1 구역은 A3 구역 대비 스크류 직경이 작고 스크류 나선 피치가 크게 형성되므로 메탈올의 역류가 방지되면서 탈가교화 반응이 일어나다.
B2 구역은 반응 매체의 이동속도를 정체시켜 탈가교화 반응에 필요한 반응 시간이 확보되도록 하여 탈가교화 반응이 촉진되도록 유도하는 구역이다.
B2 구역은 B1 구역에 비해 스크류 직경이 크게 형성되며 블리스터링 나사부와 왼나사(65)를 구비한다. 왼나사(65)는 다단계 일축 스크류의 다른 부분과 나선 방향이 반대로 형성되어 있으므로, 반응물의 이동을 정체시키는 기능을 한다. 왼나사(65)는 압출기 실린더(12) 내부의 압력 평형이 유지될 수 있도록 적절한 길이로 형성된다. 블리스터링 나사부(blistering screw, 64)는 주면을 따라 다수의 돌기가 형성되어 이루어지는 것으로, 돌기에 의해 반응물의 혼합이 더욱 촉진되면서 탈가교화 반응이 일어나도록 유도하며, 왼나사(65)의 전측에서 반응물의 정체를 가능하게 함으로 반응물의 체류 시간을 증가시켜 메탈올과 폐 가교 폴리올레핀 수지의 반응시간을 증가시키는 기능을 한다. 즉, 블리스터링 나사부(64)는 왼사나(65)와 함께 압출기 실린더(12) 내부의 압력 평형이 유지되면서도 반응물의 정체를 가능하게 하여 반응시간을 증가시키는 기능을 한다. 또한 B2 구역은 반응부(B) 내에서 반응압력 분위기를 유지시키는 기능을 한다.
배출부(C)는 탈가교화 반응을 마친 폐 가교 폴리올레핀 수지가 반응 매체와 분리되면서 배출되도록 하는 영역으로, 크게 2개의 구역(C1, C2)으로 구분된다.
C1 구역은 가스배출구(33)가 연결된 구역으로 B2 구역에 대비하여 스크류 직경이 작고 스크류 나선 피치가 상대적으로 크게 형성된다. C2 구역은 반응 후의 반응용매와 분리되고 재생된 폴리올레핀 수지를 토출구를 향해 이동시키는 구역으로 C1 구역에 대비 직경이 크고 스크류 나선피치가 작게 형성된다. C1 구역의 후측에서 직경이 점차로 증가하면서 C2 구역의 직경으로 확대된다. 이러한 배출부(C) 설계에 의해, C1 구역에서 반응후의 반응용매가 C2 구역으로 이동하는 것을 방지하면서 가스배출구(33)를 통해 용이하게 배출될 수 있도록 한다.
도 3 은 도 1 및 도 2 에 도시된 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치를 이용하여 반응용매로서 메탄올을 주입하고, 350 내지 400℃의 반응온도 및 80~30 MP의 반응압력의 탈가교화 반응분위기에서 탈가교화 반응을 진행하여 재생한 폴리올레핀 수지를 냉각하여 펠렛 형태로 절단한 것을 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 절단된 펠렛은 표면이 매끄럽고 덩어리가 없어 폐 가교 폴리올레핀 수지가 완전하게 용융 재생되고, 냉각되었음을 알 수 있다.
10: 압출기 12: 압출기 실린더
14; 투입구 20: 공급부
31: 온도압력센서 32: 용매주입구
33: 가스배출구 34: 토출구
35: 히팅장치 40: 용매주입장치
50: 가스회수기
60: 일축 스크류 A: 이송부
B: 반응부 C: 배출부

Claims (5)

  1. 압출기 실린더 내부에 외주면을 따라 일측 방향으로 나선이 형성된 일축 스크류가 설치된 압출기를 포함하는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치에 있어서,
    상기 일축 스크류는,
    폐 가교 폴리올레핀 수지가 이동하면서 용융이 이루어지는 이송부(A)와,
    상기 이송부를 지나 이송된 폐 가교 폴리올레핀 수지가 상기 압출기 실린더 내부로 주입된 반응용매와 혼합되어, 탈가교화 반응온도 및 반응압력의 분위기 하에서 탈가교화되는 반응부(B)와,
    상기 반응 후의 용매 및 가스가 배출되며, 재생된 폴리올레핀 수지가 배출되는 배출부(C)를 포함하며
    상기 반응부(B)는,
    상기 이송부(A)의 후단 보다 상대적으로 작은 직경으로 형성된 B1 구역과, 상기 B1 구역의 후측으로 상기 B1 구역의 직경 보다 상대적으로 큰 직경으로 형성된 B2 구역을 포함하되,
    상기 B2 구역은 주면에 돌기가 형성된 블리스터링 나사부와, 상기 블리스터링 나사부의 후측으로 형성되고 상기 일축 스크류의 나머지 부분과 반대방향으로 나선이 형성된 역방향 나사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 압출기 실린더는,
    폐 가교 폴리올레핀 수지가 공급되는 투입구;
    상기 반응부에 대응되는 위치에 형성되고, 반응용매인 초임계 유체가 공급되는 용매주입구;
    탈가교화 반응 후의 용매 및 가스가 회수되는 가스배출구; 및
    탈가교화되어 재생된 폴리올레핀 수지가 배출되는 토출구가 순차적으로 형성되며,
    내부를 가열하기 위한 히팅장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 압출기에서 상기 반응부에는 350 내지 400℃ 의 반응온도 및 8 내지 30 MPa 반응압력의 탈가교화 반응 분위기가 형성되는 것을 특징으로 하는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치.
  4. 제2 항에 있어서
    상기 이송부(A)는 외주면을 따라 일측 방향으로 나선이 형성되되 전측에 비해 후측의 나선 피치가 감소된 형태로 나선이 형성되며, 전측에 비해 후측의 직경이 상대적으로 크게 형성되며,
    상기 배출부(C)는 상기 반응부(B)의 후단보다 직경이 작으며 상기 가스배출구가 연결된 C1 구역과, 상기 C1 구역 보다 큰 직경을 가지며 상기 토출구가 연결된 C2 구역을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 이송부(A)는 A1, A2, A3 구역으로 구분되되,
    상기 A3 구역은 상기 A1 구역에 대비하여 상대적으로 직경이 크고 스크류 나선 피치가 작게 형성되며,
    상기 A2 구역은 상기 A1 구역의 직경에서 상기 A3 구역의 직경으로 직경이 점차로 증가하도록 테이퍼지게 형성되고, 스크류 나선 피치가 A1 구역의 나선피치에서 A3 구역의 나선 피치가 되도록 점차로 감소하는 천이 구역을 형성하는 것을 특징으로 하는 폐 가교 폴리올레핀 수지의 연속식 재생 장치.
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