KR101849454B1 - 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 혼성 폐합성수지 재활용 성형 장치 및 방법에 관한 것이다. 이는, 폐합성수지에서 불순물을 제거하기 위한 선별대(101); 불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기로 분쇄하는 분쇄기(103); 상기 분쇄기(103)에 의해 분쇄된 분쇄물을 송풍기(107)를 이용하여 건조시키면서 이송시키는 이송 컨베이어(105); 상기 이송 컨베이어(105)에 의해 이송되면서 건조된 상기 분쇄물을 배합하여 성형 원료로서 제조하여 건조시키는 폐합성수지 원료 배합건조기(109); 상기 배합건조기(109)로부터 상기 폐합성수지 원료를 공급받아 제 1 온도에서 1차로 압출시키는 1차 압출기(113); 상기 1차 압출기(113)에서 배출된 것을 공급받아 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도에서 2차로 압출시키는 2차 압출기(115); 및 상기 2차 압출기(115)에서 배출된 것을 주입하여 소정 제품을 성형하기 위한 제품 성형기(119)를 포함한다. 이에 따라, 선별과정에서 혼입된 수분량, 배합과정에서 혼입된 수분량, 이종 합성수지가 함유하는 서로 다른 수분량이 모두 제거될 수 있어, 수분 함량이 최소화되고 물리적으로 이종의 합성수지가 골고루 혼합되어 있는 겔 상태의 폐합성수지 원료에 의해 양질의 압출 성형된 폐합성수지 제품을 제공할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 일반적으로 폐합성수지를 재활용하여 제조한 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 서로 다른 물성을 가지는 다종의 합성수지들이 수분 함량이 제거되고 물리적으로 골고루 섞인 상태로 함께 압출되도록 함으로써 양질의 압축 성형된 폐합성수지 제품을 제공할 수 있도록 하는 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치에 관한 것이다.
근래에 일상 생활에서 사용하는 각종 포장재 또는 농업용, 공업용 비닐류와 같이 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polyprolene). 폴리스티렌(PS, polystyrene), 폴리아미드(PA, polyamide) 등의 다양한 합성수지들은 재활용되지 못하고 폐기물로 분류되어 소각하거나 지하에 매립하는 방식으로 처리되었으나, 이러한 폐합성수지를 재활용하기 위한 다양한 기술들이 제안되어 왔다. 예컨대, 폐합성수지를 고형 연료로서 이용하여 섬유공장, 시멘트 소성로 등에서 보조 연료로 사용하는 방식이 있었다. 하지만, 폐합성수지의 연소시, 많은 공해물질이 배출되기 때문에, 공해물질이 배출되지 않도록 하거나 최소화시킬 수 있는 폐합성수지의 재활용 기술에 대한 요구가 있었다.
이러한 요구에 부응하기 위하여, 종래에 폐합성수지를 원료로 하여 용융시킨 후 다양한 성형품을 제조하는 장치가 제안된 바 있다. 예컨대 한국 실용신안 공개번호 실1997-004595 (1997년 02월 19일 공개) '폐합성수지의 재활용 성형장치'에는, 폐전선 피복물이나 복합 폐비닐 등에서 자석 및 여과판을 이용하여 금속이나 돌과 같은 이물질을 제거하고 물속에 수장시킨 후 탄산마그네슘, TCP(트리크레질 포스훼이트), DOP(프탈산디옥틸), DLP(프탈산 디라우릴), TPP(트리페닐포스페이트), 크로로파라핀(염화파라핀), 스테아릴산, 아연 등의 화학약품을 투입하여 골고루 배합시키고, 이를 압출함으로써, 보도블록, 호안블록, 벤치, 나무지주 등의 다양한 제품을 성형하는 폐합성수지 재활용 성형장치가 개시된다.
그런데, 상술한 종래 재활용 성형장치에 있어서, 폐합성수지는 충분히 건조되지 않기 때문에, 겔상태로 압출된 폐합성수지에는 많은 양의 수분이 함유되어 있는 경향이 있었다. 더 나아가 서로 다른 물성의 이종 합성수지가 혼입된 경우에는 충분히 물리적으로 분리되지 아니하고 골고루 섞인 상태로 압출되기 어려워서 따로 따로 덩어리로 존재하게 되는 경향이 컸다. 이에 따라 종래 장치에서 겔 상태의 압출된 폐합성수지는 수분 함량이 지나치게 높을 뿐만 아니라 서로 다른 이종의 합성수지가 물리적으로 골고루 섞이지 않고 별도의 덩어리들처럼 분리된 상태로 존재하게 되는 문제가 있었다. 그 결과 이를 프레스 금형 내에 주입하여 압축 성형시, 수율이 좋지 않을 뿐만 아니라 제품의 형상이 거칠어지고, 성형기에 무리가 가서 고장이 잦는 등의 여러 가지 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고 여러 가지 다른 장점들을 추가하기 위하여 안출된 것으로서, 서로 다른 물성을 가지는 다종의 합성수지들이 수분 함량이 제거되고 물리적으로 골고루 섞인 상태로 함께 압출되도록 함으로써 양질의 압축 성형된 폐합성수지 제품을 제공할 수 있도록 하는 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명은 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polyprolene). 폴리스티렌(PS, polystyrene), 폴리아미드(PA, polyamide) 등의 서로 다른 물성을 가지는 다양한 폐합성수지들을 함께 재활용할 수 있도록 하는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
또한 구체적으로 본 발명은 서로 다른 물성의 혼성 폐합성수지에서 불순물을 제거하여 선별한 다음, 선별한 것을 일정 크기로 분쇄하고, 분쇄된 것을 바람을 이용하여 건조시켜 선별과정에서 혼입된 수분을 제거한 후, 이를 봄베와 같은 용기 내에 이송하여 배합하여 성형 원료로 제조하며 건조시켜 배합과정에서 혼입된 수분을 제거하고, 그런 다음 1차 압출기를 이용하여 압출시켜 서로 다른 종류의 폐합성수지가 동일 레벨 수준으로 균일하게 융합하고 물리적으로 더욱 골고루 혼합되도록 한 다음에 2차 압출기에 의해 소정의 성형제품을 위한 겔 상태로 제조한 후 소정 금형을 장착한 프레스형 제품 성형기에 공급함으로써, 물리적으로 이종의 합성수지가 골고루 혼합되어 있는 겔 상태의 폐합성수지 원료에 의해 양질의 압축 성형된 폐합성수지 제품을 제공할 수 있도록 하는 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
나아가 본 발명은 불순물이 제거되고 분쇄된 폐합성수지에 첨가물을 배합하여 제조한 폐합성수지 원료를 1차로 약 230℃의 온도에서 압출하고, 1차로 압출된 것을 2차로 약 130 ~ 170℃의 온도에서 압출함으로써, 서로 다르고 물성이 서로 다른 이종의 폐합성수지 원료가 수분함량이 최소화되도록 하면서 물리적으로 균질하게 상호 혼합된 겔 상태의 원료로 압출되어 제품으로 성형될 수 있도록 하는 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
더 나아가 본 발명은 폐합성수지 원료에 열을 가하여 압출시킬 때 발생하는 배출가스를 포집하여 정화(예컨대, 세정식 또는 습식으로)시켜 대기 중에 배출되도록 함으로써 공해물질의 발생을 최소화한 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치에 의하여 달성된다.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 장치는 폐합성수지에서 불순물을 제거하기 위한 선별대; 불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기로 분쇄하는 분쇄기; 상기 분쇄기에 의해 분쇄된 폐합성수지를 송풍기를 이용하여 건조시키면서 이송시키는 이송 컨베이어; 상기 이송 컨베이어에 의해 이송되면서 건조된 상기 분쇄된 폐합성수지에 소정 첨가물을 배합하여 성형 원료로서 제조하여 건조시키는 폐합성수지 원료 배합건조기; 상기 배합건조기로부터 상기 폐합성수지 원료를 공급받아 제 1 온도에서 1차로 압출시키는 1차 압출기; 상기 1차 압출기에서 배출된 것을 공급받아 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도에서 2차로 압출시키는 2차 압출기; 및 상기 2차 압출기에서 배출된 것을 주입하여 소정 제품을 성형하기 위한 제품 성형기를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 폐합성수지 원료 배합건조기(109)에서 제조되는 폐합성수지 원료는, 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polyprolene). 폴리스티렌(PS, polystyrene), 및 폴리아미드(PA, polyamide) 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 상기 1차 압출기의 상기 제 1 온도는 220 ~ 240℃이며, 상기 2차 압출기의 상기 제 2 온도는 130 ~ 170℃인 것이 바람직하다.
또 다른 실시예에 있어서, 상기 1차 압출기(113) 및 상기 2차 압출기(115)에서 발생하는 배출가스를 포집하여 정화시켜 대기 중에 배출하기 위한 가스 정화기(123)를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 양상에 따라 제공되는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 방법은 폐합성수지에서 불순물을 제거하는 선별 단계; 불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기로 분쇄하는 분쇄 단계; 분쇄된 폐합성수지를 바람을 이용하여 건조시키면서 이송시키는 이송 단계; 이송되면서 건조된 상기 분쇄된 폐합성수지를 배합하여 성형을 위한 혼성 폐합성수지 원료로서 제조하여 건조시키는 폐합성수지 원료 제조 단계; 상기 폐합성수지 원료를 공급받아 제 1 온도에서 1차로 압출 시키는 1차 압출 단계; 상기 1차 압출 단계에서 배출된 것을 공급받아 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도에서 2차로 압출시키는 2차 압출 단계; 및 상기 2차 압출 단계에서 배출된 것을 이용하여 성형 제품을 제작하는 단계를 포함한다.
나아가 본 발명의 다른 양상에 따라 제공되는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품은, 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품로서, 폴리에틸렌(PE) 50 ~ 70중량%, 폴리프로필렌(PP) 25 ~ 40중량%, 폴리스티렌(PS) 0.1 ~ 10 중량%, 및 폴리아미드(PA) 0.1 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 성형 제품은, 폐합성수지에서 불순물을 제거하는 선별 단계; 불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기로 분쇄하는 분쇄 단계; 분쇄된 폐합성수지를 바람을 이용하여 건조시키면서 이송시키는 이송 단계; 이송되면서 건조된 상기 분쇄된 폐합성수지를 배합하여 성형을 위한 혼성 폐합성수지 원료로서 제조하여 건조시키는 폐합성수지 원료 제조 단계; 상기 폐합성수지 원료를 공급받아 제 1 온도에서 1차로 압출시키는 1차 압출 단계; 상기 1차 압출 단계에서 배출된 것이다.
상술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 서로 다른 물성을 가지는 다종의 합성수지들이 물리적으로 골고루 섞인 상태로 함께 용융되도록 함으로써 양질의 압출 성형된 폐합성수지 제품을 제공할 수 있도록 하는 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
구체적으로 본 발명은 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polyprolene). 폴리스티렌(PS, polystyrene), 폴리아미드(PA, polyamide) 등의 서로 다른 물성을 가지는 다양한 폐합성수지들을 함께 재활용할 수 있도록 하는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
또한 구체적으로 본 발명은 서로 다른 물성의 혼성 폐합성수지에서 불순물을 제거하여 선별한 다음, 선별한 것을 일정 크기로 분쇄하고, 분쇄된 것을 바람을 이용하여 건조시켜 선별과정에서 혼입된 수분을 제거한 후, 이를 봄베와 같은 용기 내에 이송하여 배합하여 성형 원료로 제조하며 건조시켜 배합과정에서 혼입된 수분을 제거하고, 그런 다음 1차 압출기를 이용하여 압출시켜 서로 다른 종류의 폐합성수지가 서로 다른 함량으로 포함하고 있는 수분을 동일 레벨 수준으로 균일하게 제거하고 물리적으로 더욱 골고루 혼합되도록 한 다음에 2차 압출이기에 의해 소정의 성형제품을 위한 겔 상태로 제조한 후 소정 금형을 장착한 프레스형 제품 성형기에 공급함으로써, 수분 함량이 최소화되고 물리적으로 이종의 합성수지가 골고루 혼합되어 있는 겔 상태의 폐합성수지 원료에 의해 양질의 압축 성형된 폐합성수지 제품을 제공할 수 있도록 하는 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
나아가 본 발명은 불순물이 제거되고 분쇄된 폐합성수지를 배합하여 제조한 폐합성수지 원료를 1차로 약 230℃의 온도에서 압출하고, 1차로 압출된 것을 2차로 약 130 ~ 170℃의 온도에서 압출함으로써, 물성이 서로 다른 이종의 폐합성수지 원료가 물리적으로 균질하게 상호 혼합된 겔 상태의 원료로 압출되어 제품으로 성형될 수 있도록 하는 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
더 나아가 본 발명은 폐합성수지 원료에 열을 가하여 압출시킬 때 발생하는 배출가스를 포집하여 정화(예컨대, 세정식 또는 습식으로)시켜 대기 중에 배출되도록 함으로써 공해물질의 발생을 최소화한 새로운 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 재활용 성형장치의 전체적인 구성을 예시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 재활용 방법의 흐름을 예시하는 개략적인 흐름도.
도 3 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 성형 제품에 대한 시험과 그 결과를 설명하기 위한 도면들.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 재활용 방법의 흐름을 예시하는 개략적인 흐름도.
도 3 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 성형 제품에 대한 시험과 그 결과를 설명하기 위한 도면들.
이하 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품, 그 제조 방법 및 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 재활용 성형장치의 전체적인 구성을 예시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 혼성 폐합성수지 재활용 성형장치(100)의 전체 구성이 개략적으로 예시된다. 도시된 혼성 폐합성수지 재활용 성형장치(100)는 폐합성수지를 투입하여 압출시킴으로써 최종적으로 소정의 금형에 주입하여 프레스 성형하는 방식으로 제조되는 성형 제품(121)을 생산하는 장치이다.
본 발명의 장치에서 취급할 수 있는 폐합성수지는 열가소성 수지(플라스틱)로서, 일상 생활에서 사용된 후 버려지거나, 농업용 또는 공업용으로 사용하다 버려진 포장재, 용기, 케이스, 섬유, 밧줄 및 비닐류를 포함한다. 제한적으로가 아니라 예시적으로 말해서, 상기 폐합성수지는 폴리에틸렌(PE, polyethylene), 폴리프로필렌(PP, polyprolene). 폴리스티렌(PS, polystyrene), 및 폴리아미드(PA, polyamide) 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다. 폴리에틸렌(PE)은 열가소성 플라스틱의 하나로 가볍고 유연하며, 각종 용기, 포장용 필름, 섬유, 파이프, 패킹, 도료 등 공업 재료로부터 일용 잡화까지 널리 사용되고 있는 범용 플라스틱의 하나이며, 특히 포장용 필름으로서 널리 이용되고 있다. 폴리프로필렌(PP)은 폴리에틸렌과 함께 폴리올레핀으로 구분되며, 구조적으로 비닐계 고분자로서 고분자 주쇄에 있는 탄소 중의 하나에 메틸기가 결합되어 있다는 점 외에는 폴리에틸렌과 같고 응용범위도 다양하다. 하지만 폴리에틸렌은 약140℃ 정도에서 녹고, 폴리프로필렌은 135~160℃에서 녹는 등 물성이 다르다. 폴리스티렌(PS)은 폴리스틸롤(polystyrol)이라고도 하며, 생활용품, 장난감, 전기절연체, 케이스, 용기, 포장재 등에 이용되며, 폴리에틸렌 다음으로 일상생활에서 흔히 접하게 되는 플라스틱이다. 폴리아미드(PA)는 일반적으로 나일론6, 나일론 66, 나일론 610, 나일론 11, 나일론 12 등과 같은 나일론으로 된 합성섬유로서 이용된다.
본 발명에서 제안하는 혼성 폐합성수지 재활용 성형장치(100)에 의해 제조될 수 있는 혼성 폐합성수지 제품(121)은, 건축이나 토목공사 현장에서 사용될 수 있는 제품을 포함하며, 나아가 차후 다른 제품으로 가공되거나 재활용될 수 있는 원료덩어리 제품을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 일 예에 따라, 혼성 폐합성수지 재활용 성형장치(100)는 선별대(101), 분쇄기(103), 이송 컨베이어(105), 송풍기(107), 배합건조기(109), 원료이송기(111), 1차 압출기(113), 2차 압출기(115), 제품 성형기(119), 및 가스정화장치(123)를 포함한다.
선별대(101)는 투입된 폐합성수지(예컨대, PE, PP, PS, PA 등으로 이루어진 일상 생활에서 사용되고 폐기되는 포장재, 농업용이나 공업용 비닐류 등)에서 불순물을 제거하기 위한 수단으로서, 예컨대 여과재를 이용하여 흙이나 돌멩이와 같은 이물질을 제거하거나 또는 물을 이용하여 세척함으로써 폐합성수지에 들러붙어 있는 불순물을 제거할 수 있다. 선별대(101)에서 불순물이 제거된 폐합성수지는 분쇄기(103)로 제공된다.
분쇄기(103)는 불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기의 조각(또는 칩)의 형태로 분쇄하는 장치이다. 분쇄기(103)는 폐합성수지를 압출하기 쉽게 하기 위해 작은 조각으로 만드는 장치이다. 분쇄기(103)에 의해 작은 조각으로 잘라진 폐합성수지는 이송 컨베이어(105)를 따라 후속 공정으로 이송된다.
이송 컨베이어(105)는 분쇄기(103)에 의해 분쇄된 일정 크기의 폐합성수지 조각들을 이송하는 수단이다. 이송 컨베이어(105) 상에서 이송되는 폐합성수지 조각들에는 송풍기(107)를 이용하여 바람을 공급하면서 건조시킨다. 이에 따라 선별대(101) 및 분쇄기(103)를 통과하면서 제거되지 아니한 수분을 제거할 수 있다. 이송 컨베이어(105)는 건조 과정이 충분히 이루어지도록 하는 정도의 길이를 가지는 것이 바람직하며, 이송되는 폐합성수지의 건조가 충분히 되도록 하기 위하여 송풍기(107)의 출력과 이송 컨베이어(105)의 이동 속도 및 이동 길이가 경험적으로 조절될 수 있다. 이송 컨베이어(105)에 의해 건조되면서 이송되는 폐합성수지 조각들은 폐합성수지 원료 배합건조기(109)로 공급된다.
폐합성수지 원료 배합건조기(109)는 이송 컨베이어(105)에 의해 이송되면서 건조된 폐합성수지 조각(즉, 분쇄된 폐합성수지)를 배합하여 성형 원료로서 제조하여 건조시키는 장치이다. 폐합성수지 원료 배합건조기(109)는 일종의 봄베 형태를 이룰 수 있으며, 교반 장치를 포함할 수 있다. 첨가물은 최종적으로 제조하고자 하는 성형 제품(121)에 따라 적절한 안료, 바인더, 또는 다른 화학물질 성분을 포함할 수 있다. 폐합성수지 조각들과 소정 첨가물이 혼합된 것(즉, 폐합성수지 원료)은, 예컨대 송풍 장치(도면에는 미도시됨)를 이용하여 건조될 수 있다. 건조된 폐합성 수지 원료는 원료 이송기(111)에 의해 후속 공정으로 제공될 수 있다.
원료 이송기(111)는 폐합성수지 원료 배합건조기(109)에서 제조된 폐합성수지 원료를 후속 공정 즉 폐합성수지 원료를 압축시켜 성형하는 공정으로 투입하는 수단이다.
본 발명에 따라 폐합성수지 원료는 아래에서 설명하는 바와 같이 2단계의 과정을 거친 후 성형을 위한 금형 내에 주입된다. 서로 물성이 다른 2종 이상의 합성수지에 의해 폐합성수지 원료가 만들어지는 경우, 2번의 압출 과정에 의해 물리적으로 균일하게 혼합 압출될 수 있다는 장점이 제공된다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 일상 생활이나 공업용 및 농업용으로 사용하다 폐기된 다양한 재질의 폐합성수지를 일일이 종류별로 선별할 필요가 없이, 다만 불순물을 제거한 후 분쇄하여 이용할 수 있다는 편리함이 제공될 수 있다.
더 나아가, 본 발명에 따라 2단계의 압출 과정을 거친 후 성형을 위한 금형 내에 주입되어 성형 제품이 만들어지므로, 폐합성수지 원료에 혼입되어 있는 수분이 1차 압출과정에서 대부분 제거될 수 있다는 장점이 제공될 수 있다. 이에 따라 실제 성형 공정에 투입되는 폐합성수지 원료 압출물은 수분 함유량이 최소화될 뿐만 아니라 각각의 소정 성형 제품을 위한 적절한 온도로 주입될 수 있어, 최종 제품의 품질을 향상시킬 수 있다는 장정도 제공될 수 있다.
도시된 것을 참조하면, 1차 압출기(113)는 폐합성수지 원료 배합건조기(109)로부터 원료 이송기(111)에 의해 폐합성수지 원료를 공급받아 제 1 온도에서 1차로 압출시키는 장치이다. 이는 일반적인 합성수지 압축 프레스 성형장치에서 이용하는 압출기와 유사한 구조를 가지지만, 다만 압출물이 배출되는 배출구가 성형을 위한 금형과 연결되어 있는 것이 아니라, 다른 압출기(즉, 2차 압출기)의 유입구에 연결되어 있다는 점만이 상이하다. 1차 압출기(113)의 동작 온도 즉 상기 제 1 온도는 220 ~ 240℃인 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 약 230℃이다. 폐합성수지 원료는 1차 압출기(113)에 의해 압출되면서 함유하고 있는 수분이 제거되면서 서로 다른 물성의 합성수지들이 1차로 압출되어 물리적으로 혼합된 상태로 된 1차 압출물로서 배출된다. 1차 압출기(113)에 의해 배출되는 1차 압출물은 이어서 2차 압출기(115)의 유입구로 공급된다.
2차 압출기(115)는 1차 압출기(113)에서 배출된 1차 압출물을 공급받아 1차 압출기(113)의 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도에서 2차로 압출시키는 장치이다. 2차 압출기(115)의 구조도 1차 압출기(113)와 마찬가지로 일반적인 합성수지 압축 프레스 성형장치에서 이용하는 압출기와 유사한 구조를 가지지만, 다만 공급되는 폐합성수지 원료가 고체 상태가 아니라 1차 압출기(113)에서 배출되는 1차 압출물이라는 점에서 상이하다. 2차 압출기(115)의 동작 온도 즉 상기 제 2 온도는 130 ~ 170℃인 것이 바람직하며, 원하는 소정 성형 제품의 두께, 크기, 형상에 따라 경험적으로 적절하게 조절될 수 있다. 1차 압출물은 2차 압출기(115)에 의해 추가로 용융됨으로써, 물리적으로 어느 정도 혼합되어 압출되어 있는 서로 다른 물성의 폐합성수지 원료들이 물리적으로 더욱 균일하게 혼합되어 있는 2차 압출물로서 배출될 수 있다. 2차 압출물(다시 말해서, 성형 제품)은 제품 성형기(119)에 장착되어 있는 소정 금형 내로 주입될 수 있다.
제품 성형기(119)는 2차 압출기(115)에서 배출된 것, 즉 성형 제품을 주입하여 소정 제품을 성형하기 위한 성형 프레스기이다. 제품 성형기(119)는 금형부, 성형 유압 유니트, 및 탈형 유압 유니트 등을 포함하는 성형 프레스 장치일 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 장치(10)는 또한 가스 정화기(123)를 더 포함할 수 있다. 가스 정화기(123)는 1차 및 2차 압출기(113, 115) 내에서 고온에 의해 압출되는 폐합성수지 원료에서 발생되는 배출가스로부터 유해 가스 성분을 제거한 다음에 대기중으로 배출하기 위한 공해 저감 장치이다. 가스 정화기(123)는 예컨대, 1차 및 2차 압출기(113, 115) 내에서 발생된 배출가스를 물과 같은 유체를 통과시킴으로써 배출가스 내의 유해물질을 제거하는 습식 장치일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 재활용 방법의 흐름을 예시하는 개략적인 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 혼성 폐합성수지 재활용 성형 방법(200)은 선별 단계(210); 분쇄 단계(220); 이송 단계(230); 폐합성수지 원료 제조 단계(240); 1차 압출 단계(250); 2차 압출 단계(260); 및 제작 단계(270)를 포함한다.
선별 단계(210)는, 예컨대 도 1의 선별대(101)를 참조하여 상술한 바와 같이, 폐합성수지에서 불순물을 제거하는 단계이다. 분쇄 단계(220)는, 예컨대 도 1의 분쇄기(103)를 참조하여 상술한 바와 유사하게, 불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기로 분쇄하는 단계이다. 이송 단계(230)는, 예컨대 도 1의 이송 컨베이어(105) 및 송풍기(107)를 참조하여 상술한 바와 유사하게, 분쇄된 폐합성수지를 바람을 이용하여 건조시키면서 이송시키는 단계이다.
한편 폐합성수지 원료 제조 단계(240)는, 도 1의 폐합성수지 원료 배합건조기(109)를 참조하여 상술한 바와 같이, 이송되면서 건조된 상기 분쇄된 폐합성수지를 소정 첨가물을 배합하여 성형을 위한 혼성 폐합성수지 원료로서 제조하여 건조시키는 단계이다.
나아가 1차 압출 단계(250)는, 도 1의 1차 압출기(113)를 참조하여 상술한 바와 유사하게, 상기 폐합성수지 원료를 공급받아 제 1 온도에서 1차로 압출시키는 단계이며, 2차 압출 단계(260)는 도 1의 2차 압출기(115)를 참조하여 상술한 바와 유사하게, 상기 1차 압출 단계(250)에서 배출된 것을 공급받아 상기 제 1 온도보다 낮은 제 2 온도에서 2차로 압출시키는 단계이다.
비록 도 2에는 도시되어 있지 않지만, 1차 압출 단계(250) 및 2차 압출 단계(260)는, 각 단계에서 배출되는 배출가스를 포집하여 유해물질을 여과시킨 뒤 공기중으로 방출하는 공기 정화 단계를 더 포함할 수 있다.
마지막으로 제작 단계(270)는, 도 1의 제품 성형기(119)를 참조하여 상술한 바와 유사하게, 2차 압출 단계(260)에서 배출된 성형 제품을 이용하여 특정한 형상을 가진 성형 제품을 제작하는 단계이다. 성형 제품은, 소각로 등에서 원료로서 사용되는 블록 형태의 성형제품, 또는 보도 블럭 등과 같이 도로나 건축 분야에서 사용되는 제품을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 양상에 따라, 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품이 제공되며, 이 성형 제품은, 성형 제품 중량 대비, 폴리에틸렌(PE) 50 ~ 70중량%, 폴리프로필렌(PP) 25 ~ 40중량%, 폴리스티렌(PS) 0.1 ~ 10 중량%, 및 폴리아미드(PA) 0.1 ~ 10 중량%를 포함할 수 있다.
여기서, 폴리에틸렌은 제조된 성형제품의 인장력을 안정적으로 유지하는 기능을 하며, 성형 제품 중량의 50 ~ 70중량%, 바람직하게는 약 60 중량%를 포함할 수 있다. 폴리프로필렌은 성형 제품에 의해 제조된 성형제품의 표면 강도를 균일화시키는 기능을 하며, 성형 제품 중량의 25 ~ 40중량%, 바람직하게는 약 30 중량%를 포함할 수 있다. 폴리스티렌과 폴리아미드는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 융화시키는 기능을 담당하며, 각각 성형 제품 중량의 0.1 ~ 10중량%, 바람직하게는 약 5 중량%를 포함할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 성형 제품은, 도 1 및 도 2를 참조하여 위에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해 제조될 수 있다.
도 3 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼성 폐합성수지 성형 제품에 대한 시험과 그 결과를 설명하기 위한 도면들이다. 도 3 내지 도 17의 설명에서 본 발명에 따른 성형 제품은 '재활용 복합수지'라고 지칭되며, 2016년 1월 27일부터 2016년 3월 5일 사이에 한국화학융합시험연구원(KTR, Korea Testing & Research Institute)에서 시험을 수행하였고, 재활용 복합수지 시료의 재질특성 및 제조과정에서 발생되는 가스와 원료물질에서 발생되는 대기환경오염물질의 농도를 알아보기 위한 것이다.
시험에 사용된 재활용 복합수지 시료(300)는 도 3에 도시된 바와 같은 형태로서, 도 1 및 도 2에서 도시된 바와 같은 과정을 거쳐 제조되었고, 폴리에틸렌 60 중량%, 폴리프로필렌 30 중량%, 폴리스티렌 5 중량%, 및 폴리아미드 5 중량%를 포함한다.
재활용 복합수지 원료물질 연소시 발생되는 연소가스의 성분 및 환경오염물질의 농도를 알아보기 위하여, 재활용 복합수지의 원료물질인 폐비닐 및 폐플라스틱(즉, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아미드)를 원통형 소각로에 연소시킨 후, 배출구에서 발생되는 연소가스를 포집하여 시험하였다. 소각 조건 및 분석항목은, 도 4에 도시된 표와 같이, 가스조성과 대기오염물질을 대기오염공정시험기준에 따라 분석하였으며, 시료채취시 모습은 도 5에서 나타내었다.
한편 재활용 복합수지 제조시 발생되는 연소가스의 성분 및 환경오염물질의 농도를 알아보기 위하여, 상술한 2차 압출기의 배출구에서 발생되는 연소가스를 포집하여 시험하였다. 분석항목은 도 6에 도시된 표에서와 같이, 가스조성과 대기오염물질을 대기오염공정시험기준에 따라 분석하였으며, 시료채취시 모습은 도 7에 나타내었다.
도 8에는 재활용 복합수지 제조과정을 보여준다. 먼저 원료물질인 폐비닐을 분쇄하여 투입하여 소정 화합물과 배합한 후, 1차 압출기에서 1차 제조원료를 생산하고, 그 다음에 2차 압출기에서 2차 제조원료(즉, 성형 제품)을 생산한 후, 최종적으로 소정 형상을 가진 성형제품, 즉, 성형 제품로 이루어진 제품이 제조된다.
도 9 내지 도 17에는, 도 3의 시료에 대해 TGA, FT-IR 및 DSC 시험 장비를 이용하여 시험을 진행하였다. TGA 시험은 열중량 변화(유기물 및 무기물 함량)를 확인하기 위한 시험이며, FT-IR 및 DSC 시험은 고분자 수지의 종류를 확인하기 위한 시험이다.
도 9에 도시된 표에서 알 수 있는 바와 같이, 재활용 복합수지 시료의 원료 물질을 연소시키고 포집한 소각가스에 대한 시험결과, 가스온도는 152℃, 산소는 12.1%, 일산화탄소 4750 ppm, 질소산화물 49.0 ppm, 황산화물 120 ppm, 총 VOCs 18.1 mg/㎥, 벤젠 24.5 ppm, 폼 알데하이드 0.63 ppm, 아세트알데하이드 66.5 ppm, 복합악취 10,000 희석배수로 나타났다.
한편, 도 10에 도시된 표에서 알 수 있는 바와 같이, 재활용 복합수지 시료를 제조하는 과정에서, 2차 압출기의 배출 가스를 포집한 배출가스에 대한 시험결과, 가스온도는 51℃, 산소는 21.0%, 일산화탄소 2 ppm, 질소산화물과 황산화물은 검출한계미만으로 나타났고, 총 VOCs 0.01 mg/㎥, 벤젠 0.01 ppm, 폼 알데하이드 0.06 ppm, 아세트알데하이드 검출한계미만, 복합악취 669 희석배수로 나타났다.
도 11 내지 도 17에는 재활용 복합수지 시료에 대한 TGA, FT-IR 및 DSC 시험결과를 보여준다.
상술한 시험결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제공되는 혼성 폐합성수지 재활용 성형조성물 및 이에 의해 제조된 혼성 폐합성수지 재활용 성형제품은, 연소시 각종 공해물질의 발생이 저감되기 때문에, 스팀 생산을 위한 소각로의 원료 등에 유용하게 사용될 수 있다는 장점이 제공된다.
위에서 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법이 실시예들을 참조하면 설명되었다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되는 것이 아니라 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위에서 다양한 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 개시된 실시예에 의해서 한정되지 않으며, 아래의 청구범위에 의해 한정된다.
100 : 혼성 폐합성수지 재활용 성형장치
101 : 선별대
103 : 분쇄기
105 : 이송 컨베이어
107 : 송풍기
109 : 배합건조기
111 : 원료 이송기
113 : 1차 압출기
115 : 2차 압출기
119 : 제품 성형기
121 : 제품
123 : 가스정화기
101 : 선별대
103 : 분쇄기
105 : 이송 컨베이어
107 : 송풍기
109 : 배합건조기
111 : 원료 이송기
113 : 1차 압출기
115 : 2차 압출기
119 : 제품 성형기
121 : 제품
123 : 가스정화기
Claims (7)
- 소각로의 원료로서 사용하기 위한 성형 제품을 제조하기 위한 혼성 폐합성수지 재활용 성형 장치(100)로서,
폐합성수지에서 불순물을 제거하기 위한 선별대(101);
불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기로 분쇄하는 분쇄기(103);
상기 분쇄기(103)에 의해 분쇄된 폐합성수지를 송풍기(107)를 이용하여 건조시키면서 이송시키는 이송 컨베이어(105);
상기 이송 컨베이어(105)에 의해 이송되면서 건조된 상기 분쇄된 폐합성수지를 배합하여 성형 원료로서 제조하여 건조시키는 폐합성수지 원료 배합건조기(109);
상기 배합건조기(109)로부터 상기 폐합성수지 원료를 공급받아 220 ~ 240℃의 온도에서 1차로 압출시키는 1차 압출기(113);
상기 1차 압출기(113)에서 배출된 것을 공급받아 130 ~ 170℃의 온도에서 2차로 압출시키는 2차 압출기(115); 및
상기 2차 압출기(115)에서 배출된 것을 주입하여 성형 제품을 제조하기 위한 제품 성형기(119); 및
상기 1차 압출기(113) 및 상기 2차 압출기(115)에서 발생하는 배출가스를 포집하여 정화시켜 대기 중에 배출하기 위한 가스 정화기(123)를
포함하고, 여기서:
상기 제품 성형기(119)에 의해 제조된 성형 제품은, 상기 성형 제품 중량 대비, 폴리에틸렌(PE) 50 ~ 70중량%, 폴리프로필렌(PP) 25 ~ 40중량%, 폴리스티렌(PS) 0.1 ~ 10 중량%, 및 폴리아미드(PA) 0.1 ~ 10 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 장치.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 소각로의 원료로서 사용하기 위한 성형 제품을 제조하기 위한 혼성 폐합성수지 재활용 성형 방법(200)으로서,
폐합성수지에서 불순물을 제거하는 선별 단계(210);
불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기로 분쇄하는 분쇄 단계(220);
분쇄된 폐합성수지를 바람을 이용하여 건조시키면서 이송시키는 이송 단계(230);
이송되면서 건조된 상기 분쇄된 폐합성수지를 배합하여 성형을 위한 혼성 폐합성수지 원료로서 제조하여 건조시키는 폐합성수지 원료 제조 단계(240);
상기 폐합성수지 원료를 공급받아 220 ~ 240℃의 온도에서 1차로 압출시키는 1차 압출단계(250);
상기 1차 압출 단계(250)에서 배출된 것을 공급받아 130 ~ 170℃의 온도에서 2차로 압출시키는 2차 압출 단계(260);
상기 2차 압출 단계(260)에서 배출된 것을 이용하여 성형 제품을 제작하는 단계(270); 및
상기 1차 압출단계(250) 및 상기 2차 압출단계(260)에서 발생하는 배출가스를 포집하여 정화시켜 대기 중에 배출하기 위한 가스 정화단계를
포함하며,
상기 성형 제품을 제작하는 단계(270)에 의해 제작된 성형 제품은, 해당 성형 제품 중량 대비, 폴리에틸렌(PE) 50 ~ 70중량%, 폴리프로필렌(PP) 25 ~ 40중량%, 폴리스티렌(PS) 0.1 ~ 10 중량%, 및 폴리아미드(PA) 0.1 ~ 10 중량%을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 방법.
- 소각로의 원료로서 사용하기 위한 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품으로서,
폐합성수지에서 불순물을 제거하는 선별 단계(210);
불순물이 제거된 폐합성수지를 일정 크기로 분쇄하는 분쇄 단계(220);
분쇄된 폐합성수지를 바람을 이용하여 건조시키면서 이송시키는 이송 단계(230);
이송되면서 건조된 상기 분쇄된 폐합성수지를 배합하여 성형을 위한 혼성 폐합성수지 원료로서 제조하여 건조시키는 폐합성수지 원료 제조 단계(240);
상기 폐합성수지 원료를 공급받아 220 ~ 240℃의 온도에서 1차로 압출시키는 1차 압출단계(250);
상기 1차 압출 단계(250)에서 배출된 것을 공급받아 130 ~ 170℃의 온도에서 2차로 압출시키는 2차 압출 단계(260);
상기 2차 압출 단계(260)에서 배출된 것을 이용하여 성형 제품을 제작하는 단계(270); 및
상기 1차 압출단계(250) 및 상기 2차 압출단계(260)에서 발생하는 배출가스를 포집하여 정화시켜 대기 중에 배출하기 위한 가스 정화단계를
통해 제조되고,
상기 성형 제품을 제작하는 단계(270)에 의해 제작된 성형 제품은, 해당 성형 제품 중량 대비, 폴리에틸렌(PE) 50 ~ 70중량%, 폴리프로필렌(PP) 25 ~ 40중량%, 폴리스티렌(PS) 0.1 ~ 10 중량%, 및 폴리아미드(PA) 0.1 ~ 10 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼성 폐합성수지 재활용 성형 제품. - 삭제
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