KR101820004B1 - 복합 재료 제조에서 폐기 플라스틱 재료들을 재생하고 이러한 재생된 플라스틱을 이용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광물질들을 갖는 폐기 플라스틱 재료들을 처리 및 취급하여 고강도 및 저비용 열가소성 복합 재료들을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 많은 양의 첨가제들을 포함하여 고강도 특성을 갖는 복합 재료들이 얻기 위한 재생 방법을 구현하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 많은 양의 첨가제들을 제조 및 제조에 이용되는 기계들에 이용하여 기계들이 손상되지 않도록 하는 재생 방법을 구현하는 것이다.

Description

복합 재료 제조에서 폐기 플라스틱 재료들을 재생하고 이러한 재생된 플라스틱을 이용하는 방법{A METHOD FOR RECYCLING WASTE PLASTIC MATERIALS AND USING THIS RECYCLED PLASTIC IN COMPOSITE MATERIAL PRODUCTION}
본 발명은 약간의 광물질들로 폐기 플라스틱 재료들을 처리 및 취급하여 고강도 및 저비용 열가소성 복합 재료들을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
오늘날, 재료들, 목재, 금속, 철, 석고(gypsum) 등의 가격이 높으므로, 위에서 언급한 재료들이 대체될 수 있는 복합 재료들이 제조되었다.
열가소성 복합 재료들은 주로 열가소성 수지 재료들을 처리하고 다양한 화학약품 및 다른 첨가제들을 플라스틱들에 첨가하여 생산된다. 이들 첨가제들의 목적은 비용들을 증가시키지 않고 열가소성 재료들의 기계적 및 화학적 특성을 개선하는 것이다. 그럼에도 불구하고, 제조된 열가소성 수지들은 원하는 가격을 가지지 못한다. 이러한 상황은 또한 건설 및 건축 산업들에서 이들 재료들을 사용하는 것을 더 어렵게 하였다.
재생 방법들은 또한 열가소성 복합 재료들을 얻는데 사용된다. 경제적 및 환경 관점 모두로부터, 쓰레기통으로부터 수집되는 폐기 플라스틱들로부터 열가소성 복합 재료들에 사용될 플라스틱 재료들을 얻는 것이 더 바람직하다. 그러나, 폐기 플라스틱들 상의 물질들, 먼지, 기름, 화학 약품들 등이 완벽하게 제거될 수 없을 때, 얻어진 열가소성 복합 재료의 양은 낮아지게 되었다.
폐기 플라스틱 재료들의 재생 방법들은 주로 이물질들로부터 폐기 플라스틱들을 분리하는 단계, 플라스틱 재료들을 작은 조각들로 절단하는 단계, 원하는 몰드들로 용융 및 주조(casting)하는 단계, 원하는 제품을 냉각 및 획득하는 단계로 구성된다. 게다가, 여러 열가소성 복합 재료들은 이러한 위에서 언급한 용융 프로세스 동안 플라스틱 재료들에 첨가제들을 첨가하여 생산되었다.
알려진 최신 기술의 일본 특허 문헌 제 JP 2007130885 호에는, 고강도, 양호한 내구성 및 긴 수명 복합 재료 제조 시스템이 개시되어 있다. 이러한 방법에서, 강조된 프로세스는 우선적으로 플라스틱에 주어질 첨가제의 양 및 크기를 결정하는 것이다. 둘째, 첨가제의 양 및 유형이 결정된다. 세번째 단계는 혼합물을 용융시키는 것 및 몰드에 형성되는 혼합물의 첨가제의 미리 결정된 양 및 유형을 제어하는 것에 관한 것이었다.
알려진 최신 기술의 일본 특허 문헌 제 JP 2009132939 호에는, 내구성이 있는 복합 재료 제조 기술이 개시되어 있고 여기서 폐기 플라스틱 재료들은 원료로서 사용되고 첨가제들이 혼합된다. 재생 가능 플라스틱은 첫째 폴리머를 포함하고 둘째 폴리머 및 잔류 첨가제들을 포함하였다.
알려진 최신 기술의 일본 특허 문헌 제 JP 2010234812 호에는, 고강도, 양호한 내구성 및 긴 수명 플라스틱 몰드 제조 방법이 다양한 기술들 및 방법들을 채용하여 개시되어 있다. 2가지 이상의 첨가제들을 포함하는 폐기 플라스틱 재료들을 재생하기 위해, 폐기물은 이물질들로부터 분리되고, 이후 각각 용융 및 몰딩된다. 금속은 혼합물 여과 방법에 의해 플라스틱으로부터 분리되고 첨가제의 유형 및 양의 결정 후, 분리된 금속 및 첨가제들은 재생 가능 플라스틱에 첨가되었다.
알려진 최신 기술의 일본 특허 문헌 제 JP 2004042461 호에는, 이물질들을 포함하는 폐기 플라스틱들 상의 먼지, 기름, 흙, 원치않는 화학약품 및 음식 찌꺼기들의 씻어냄(washing off), 분리 및 건조와 같은 프로세스들의 관리가 개시되어 있다. 재생 가능 플라스틱 재료는 작은 조각들로 절단하여 액체로 파우더링된다(powdered). 이후 플라스틱 재료는 부착되고 또는 안에 들어 있는 재료들은 플라스틱으로부터 분리된다. 이들 위치들을 표시하는 재료들은 액체 분리, 플라스틱 또는 플라스틱 용융(plastic melting)에 의해 분리되었다.
그러나, 플라스틱 재료들에 혼합될 첨가제들의 양은 얻어질 제품들의 강도에 매우 중요하다. 더 많은 첨가제들(화학물질들 또는 광물질들)이 첨가될 수 있을 때, 얻어진 재료의 강도가 비례하여 높아지게 된다. 그렇지만, 더 많은 양의 첨가제들이 폐기 플라스틱들에 혼합될 때, 이러한 혼합물의 용융은 더 많은 문제가 있게 된다. 보통 이들 절차들은 압출기 기계들에서 수행된다. 압출기들에서, 플라스틱 폐기 재료들 및 첨가제들이 공급되고 반죽 형태의 복합 재료가 얻어진다. 이러한 상황에서, 많은 양의 첨가제가 혼합물에 혼합될 때, 마모 및 고장들(break downs)이 기계들에서 발생하고, 첨가제들이 낮은 양들로 사용될 때 재료들은 원하는 강도 특성들을 달성할 수 없었다.
사출 및 압출과 같은 시스템들에 의해 작동하는 알려진 최신 기술에서 사용되는 플라스틱 처리 기계들에서, 작동 원리는 구멍을 통해 빠져나가기 위해 압력 하에서 용융된 재료를 강제하는 것이다. 이 시스템에는, 공급 영역(원뿔(cone) 또는 측면 피딩 스크루), 웜 기어(아르키메데스 스크루(Archimedes screw)로도 불림, 그것은 압축 및 가압 임무들을 가짐) 및 원통형 본체(쉘(shell)) - 여기서 기어는 안쪽으로 이동하고 높은 압력들 및 500℃까지의 온도들을 견딜 수 있음 - 가 있다. 이러한 상황은 기계의 제조 및 운전 비용들을 증가시켰다.
게다가, 사출 및 압출과 같은 시스템들에 의해 작동하는 알려진 최신 기술에서 사용되는 플라스틱 처리 기계들에서, 더 많은 마모가 기계들에서 발생하는데 그 이유는 단단한 필러 재료들 및 마모 특성들이 열가소성 공급 영역에서 시작해서 공급되기 때문이다. 이러한 상황은 기계의 유지 및 수리 비용들을 증가시켰다.
더욱이, 사출 및 압출과 같은 시스템들에 의해 작동하는 알려진 최신 기술에서 사용되는 플라스틱 처리 기계들에서, 용융된 혼합물이 압축 영역에 도달한 때, 그것은 광물질들이 압축 가능하지 않으므로 압축될 수 없고 그것은 기어가 매우 높은 역 토크력들을 발생하여 재밍(jammed) 또는 고장나게 된다. 그러므로, 많은 양의 광물질들이 용융된 열가소성 혼합물들에 사용되지 않고 혼합물은 원하는 강도값에 도달할 수 없었다.
게다가, 사출 및 압출과 같은 시스템들에 의해 작동하는 알려진 최신 기술에서 사용되는 플라스틱 처리 기계들에서, 매우 특수한 몰드들이 사용될 필요가 있다. 이들 몰드들의 가격은 매우 높았다.
더욱이, 사출 및 압출과 같은 시스템들에 의해 작동하는 알려진 최신 기술에서 사용되는 플라스틱 처리 기계들에서, 재료는 기계 자체에 의해 몰드 내로 주입되고 또한 필요한 압력이 기계 자체에 의해 발생된다. 그러므로, 이들 기계들은 매우 복잡하고 고가이었다.
더욱이, 사출 및 압출과 같은 시스템들에 의해 작동하는 알려진 최신 기술에서 사용되는 플라스틱 처리 기계들에서, 몰드들이 기계에 부착되므로, 기계들은 재료가 몰드 내에서 냉각하는 동안 작동하지 않아야 한다. 그 결과, 이들 시스템은 기동(start) 및 정지(stop) 원리에 의해 작동하고 이들의 제조 용량은 낮았다.
다른 문제는 몰드에 반죽 형태의 플라스틱 재료를 압축한 후 냉각 기간을 대기하는 것이다. 이러한 상황에서, 기계들은 몰드 내의 복합 재료가 냉각할 때까지 운전될 수 없었다.
본 발명의 목적은 제조 비용이 감소되는 폐기 플라스틱에 대한 재생 방법을 구현하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 폐기 플라스틱이 이들 상의 재료들, 예컨대 먼지, 기름, 화학물질들 등으로부터 세정되는 재생 방법을 구현하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 재생 방법이 다량의 첨가제들을 포함하여 고강도 특성들을 갖는 복합 재료들이 얻어지는 재생 방법을 구현하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다량의 첨가제들이 제조에 사용되고 제조에 사용되는 기계들이 손상되지 않는 재생 방법을 구현하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 저 에너지 소모를 제공하는 재생 방법을 구현하는 것이다.
이상과 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 재생된 플라스틱 이용 방법은, 베일 개방 기계(bale opening machine)로 공급하여 다수 유형들의 압축된 열가소성 폐기 재료들을 방출(releasing)하는 단계(110), 폐기 플라스틱 재료들을 분리 유닛에 공급하고 분리 유닛 내에서 암석들, 흙(earth), 모래 및 다른 거친 이물질들로부터 분리하는 단계(120), 폐기 플라스틱 재료를 절단 기계에 공급하고, 폐기 플라스틱 재료를 작은 조각들로 고속 블레이드들(high speed blades)을 통해 절단하고 동시에 물을 기계에 주입하여 세척하는 단계(130), 작은 조각들로 절단된 폐기 플라스틱 재료들을 흙탕물 분리 기계에 공급하고 원심력들에 의해 흙탕물로부터 점액 물질(slimed material)을 분리하는 단계(140), 재료를 물로 채워진 풀(pool)로 이송하고, 풀 안에서 씻어내고 동시에 그것 위에 남을 수 있는 다른 무거운 재료 및 모래를 석출(precipitation)하는 단계(150), 재료를 유기 오염물 분리 기계로 이송하고 여기서 원심력들에 의해 이전의 처리들에서 제거될 수 없는 재료 상의 다른 유기 이물질들 및 기름을 세정하는 단계(160), 재료를 물 분리 기계로 이송하고 거기서 원심력들에 의해 재료 상의 물 및 수분을 분리하는 단계(170), 저장 사일로들에 이송하여 재료를 저장하는 단계(180), 재료를 건조 기계로 이송하고 여기서 그것을 가열하여 건조하고 동시에 미래의 프로세스들에서 기계들에 용이하게 공급하기 위해 크링클링(crinkling)하여 분말화(powdering)하는 단계(190), 저장 사일로들에 이송하여 건조 및 크링클링된 재료를 저장하는 단계(200), 재료를 수평 반응로로 이송하는 단계(210), 350℃ 온도까지 압력 하에서 수평 반응로 내의 재료를 가열하는 단계(220), 페인터(painter) 및 상용시약 화학 물질들(compatibilizer chemical materials)을 측면 공급 유닛을 통해 수평 반응로에서 가열된 재료에 첨가하는 단계(230), 광물질들을 다른 측면 공급 유닛을 통해, 페인터 및 상용시약 화학 물질들이 첨가되고 수평 반응로 내에서 가열되고 있는 재료에 첨가하는 단계(240), 선형 링크들(linear links)이 파괴될 때까지 플라스틱 재료를 가열하는 단계로서, 교차 결합들(cross links)이 확립되고 재료들이 분자 레벨에서 서로 재링크되는, 플라스틱 재료를 가열하는 단계(250), 용융된 복합 재료가 몰드들 내부에서 압축에 의해 압력 하에서 식고 냉각될 때까지 수평 반응로로부터 빠져나온 용융된 복합 재료를 몰드들에 바로 쏟아 붓는(pouring) 단계(260)를 포함한다.
도 1은 열가소성 수지 이용방법의 플로 차트이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 자세하게 설명한다.
도 1(도 1a 및 도 1b를 지칭함)은 재생된 열가소성 수지 이용방법의 플로 차트이다. 먼저 다수 유형들의 열가소성 폐기 플라스틱 재료가 베일 개방 기계에 공급되고 압축된 폐기 플라스틱 재료가 방출될 수 있다(110). 폐기 플라스틱 재료들은 분리 유닛에 공급되고 그 안에서 암석들, 흙, 모래 및 다른 거친 이물질들로부터 분리될 수 있다(120). 폐기 플라스틱 재료는 절단 기계에 공급되고, 폐기 플라스틱 재료는 고속 블레이드들을 통해 작은 조각들로 절단되고 동시에 물을 기계에 주입하여 세척될 수 있다(130). 작은 조각들로 절단된 폐기 플라스틱 재료들은 흙탕물 분리 기계(muddy water separation machine)에 공급되고 점액 물질은 원심력들에 의해 흙탕물로부터 분리될 수 있다(140). 이후 재료는 물로 채워진 풀(pool)로 이송되고, 그 안에서 씻겨지고 동시에 그 위에 남아 있을 수 있는 모래 및 다른 무거운 재료들이 석출될 수 있다(precipitated)(150). 재료는 유기 오염물 분리 기계로 이송되고 유기 오염물 분리 기계에서 이전의 처리들에서 제거될 수 없는 재료상의 기름 및 다른 유기 이물질들이 원심력에 의해 세정될 수 있다(160). 재료는 물 분리 기계로 이송되고 거기서 물 및 수분은 원심력들에 의해 분리될 수 있다(170). 이후 재료는 저장 사일로들로 이송하여 저장될 수 있다(180). 재료는 건조 기계로 이송되고 여기서 재료는 가열에 의해 건조되고 동시에 미래의 프로세스들에서 기계들로의 용이한 공급을 위해 크링클링(crinkling)에 의해 분말화될 수 있다(190). 건조 및 크링클링된 재료는 저장 사일로들로 이송하여 저장될 수 있다(200). 재료는 수평 반응로로 이송될 수 있다(210). 재료는 350℃ 온도까지 압력 하의 수평 반응로 내에서 가열될 수 있다(220). 페인터(painter) 및 상용시약 화학 물질들(compatibilizer chemical materials)은 측면 공급 유닛을 통해 수평 반응로 내에서 가열된 재료에 주입될 수 있다(230). 광물질들은 다른 측면 공급 유닛을 통해 시스템에 주입될 수 있다(240). 혼합물은 플라스틱 재료의 선형 링크들(linear links)이 파괴 및 분화(branched)될 때까지 계속해서 혼합되고 가열되고, 교차 결합들이 형성되고 재료들은 분자 레벨에서 서로 재링크(relinked)되고 반응은 끝까지 대기될 수 있다(250). 수평 반응로로부터 빠져나온 용융된 복합 재료는 그것이 몰드들 내부에서 압축에 의해 압력 하에서 식거나 냉각되기 전에 몰드들로 바로 쏟아 부어질 수 있다(260).
본 발명에 따른 방법에서, 다량의 첨가제들이 열가소성 수지들에 첨가될 수 있는데 그 이유는 필터 재료가 첨가되고 많은 압축이 없고 역 토크들이 발생되지 않기 때문이다.
본 발명에 따른 시스템에서, 가열을 위한 에너지의 손실은 플라스틱 재료들이 용융된 후 반응 단계에서 필러 재료를 첨가하여 방지되고 필러 재료들을 위한 불필요한 에너지 소비가 방지될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템에서, 웨어링 온 기계들(wearing on machines)이 최소화되는데 그 이유는 필러 재료들 및 광물질들이 플라스틱 재료들이 용융된 후 반응기에 공급되기 때문이다.
본 발명에 따른 방법은 많은 양의 에너지 절감을 제공한다. 사출 및 압출과 같은 시스템들에 의해 작동하는 현재 사용 중인 플라스틱 처리 기계들에서, 필러 재료는 열가소성 재료들과 함께 기계들에 초기에 공급되고 혼합물은 열가소성 수지들의 용융 온도까지 가열될 필요가 있다. 여기서 에너지는 열가소성 수지들 및 필러 재료들을 가열하기 위해 소비되어야 한다. 본 발명에 따른 시스템에서, 에너지는 필러 재료들을 가열하기 위해서는 소비되지 않아야 하는데 그 이유는 필러 재료들이 나중 단계에서 시스템에 공급되기 때문이다.
본 발명에 따른 방법에서, 수평 반응로를 빠져나온 용융된 복합 재료는 몰드들에 바로 쏟아 부어지고 압축에 의해 압력하에서 냉각된다. 복수 몰드 시스템(multiple-mold system)은 몰드 내에서 용융된 복합 재료의 냉각 시간 및 수평 반응로의 용량에 의존하여 채용될 수 있다. 몰드들은 순차로 배치되고, 하나의 몰드가 충전되어 냉각을 위해 떠나고 다음 몰드들이 처리된다. 몰드들 내의 압축은 유압 프레스들(hydraulic presses)에 의해 수행될 수 있다. 넌-플러딩 압축 몰딩 방법(non flooding compression molding method)이 이 시스템에 사용될 수 있다. 이 방법에 의해, 특정 중량과 함께 큰 체적을 가지는 플라스틱 재료는 작은 체적을 갖는 몰딩 캐버티로 압력에 의해 몰드에서 압축될 수 있다. 넌 플러딩 압축 몰드들에서, 구동 펀치(driving punch)는 실린더-피스톤 시스템(cylinder-piston system)에서와 같이 몰드 캐버티와 매칭될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 몰드들은 넌 플러딩 압축 몰딩 방법이 사용되므로 단순하고 매우 염가로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 몰드들을 압축하는데 필요한 압력이 시스템의 별개의 부품들인 유압 프레스들에 의해 제공되므로, 시스템 내의 기계들은 매우 복잡하게 될 필요가 없다 따라서 투자 비용들이 낮다.
본 발명에 따른 방법에서, 사용되는 몰드들이 기계에 부착되지 않고 다수의 몰드 시스템이 채용되므로, 다른 기계들은 재료가 몰드 내에서 냉각되는 동안 계속해서 작동한다. 그 결과, 본 발명에 따른 방법은 연속 작업 원리에 의해 실행되고 제조 용량이 높다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (1)

  1. 복합 재료 제조에서 폐기 플라스틱 재료들을 재생하고 이러한 재생된 플라스틱을 이용하기 위한 방법에 있어서,
    베일 개방 기계(bale opening machine)로 공급하여 다수 유형들의 압축된 열가소성 폐기 재료들을 방출(releasing)하는 단계(110);
    상기 폐기 플라스틱 재료들을 분리 유닛에 공급하고 분리 유닛 내에서 암석들, 흙(earth), 모래 및 다른 거친 이물질들로부터 분리하는 단계(120);
    상기 폐기 플라스틱 재료들을 절단 기계에 공급하고, 상기 폐기 플라스틱 재료를 작은 조각들로 고속 블레이드들(high speed blades)을 통해 절단하고 동시에 물을 상기 기계에 주입하여 세척하는 단계(130);
    작은 조각들로 절단된 상기 폐기 플라스틱 재료들을 흙탕물 분리 기계에 공급하고 원심력들에 의해 상기 흙탕물로부터 점액 물질(slimed material)을 분리하는 단계(140);
    상기 폐기 플라스틱 재료들을 물로 채워진 풀(pool)로 이송하고, 풀 안에서 씻어내고 동시에 상기 풀 위에 남을 수 있는 다른 무거운 재료 및 모래를 석출(precipitation)하는 단계(150);
    상기 폐기 플라스틱 재료들을 유기 오염물 분리 기계로 이송하고 상기 유기 오염물 분리 기계에서 원심력들에 의해 이전의 처리들에서 제거될 수 없는 상기 재료 상의 다른 유기 이물질들 및 기름을 세정하는 단계(160);
    상기 폐기 플라스틱 재료들을 물 분리 기계로 이송하고 상기 물 분리 기계에서 원심력들에 의해 상기 폐기 플라스틱 재료상의 상기 물 및 수분을 분리하는 단계(170);
    상기 폐기 플라스틱 재료들을 저장 사일로들(storage silos)에 이송하여 저장하는 단계(180);
    상기 폐기 플라스틱 재료들을 건조 기계로 이송하고 상기 건조 기계에서 상기 폐기 플라스틱 재료들을 가열하여 건조하고 동시에 미래의 프로세스들에서 기계들에 용이하게 공급하기 위해 크링클링(crinkling)하여 분말화(powdering)하는 단계(190);
    상기 건조 및 크링클된 폐기 플라스틱 재료들을 저장 사일로들에 이송하여 저장하는 단계(200);
    상기 폐기 플라스틱 재료들을 수평 반응로로 이송하는 단계(210);
    상기 수평 반응로 내의 상기 폐기 플라스틱 재료들을 350℃ 온도까지 압력 하에서 용융될 때까지 가열하는 단계(220);를 포함하는 방법에 있어서,
    상기 방법은 또한,
    페인터(painter) 및 상용시약 화학 물질들(compatibilizer chemical materials)을 측면 공급 유닛을 통해 상기 수평 반응로에서 상기 용융된 폐기 플라스틱 재료들에 첨가하는 단계(230);
    상기 페인터 및 상기 상용시약 화학 물질들이 첨가된 상기 용융된 폐기 플라스틱 재료들에, 상기 수평 반응로의 다른 측면 공급 유닛을 통해 광물질들을 첨가하는 단계(240);
    상기 용융된 폐기 플라스틱 재료들을 첨가제들과 혼합하고 가열하는 단계(250); 및
    상기 수평 반응로로부터 자유롭게 유동하는 상기 용융된 복합 재료를 상기 복합 재료가 냉각되기 전에 독립적으로 분리된 몰드들(independent detached molds)에 바로 쏟아붓고(pouring), 개개의 유압 프레스들을 사용하여 상기 독립적으로 분리된 몰드들 내부의 압축에 의한 가압 냉각(cooling under pressure)하는 단계(260);를 포함하는 방법.
KR1020147014876A 2011-11-10 2011-11-10 복합 재료 제조에서 폐기 플라스틱 재료들을 재생하고 이러한 재생된 플라스틱을 이용하는 방법 KR101820004B1 (ko)

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