KR101891139B1 - 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법 - Google Patents

재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법에 관한 것이다. 이 방법은: 재활용 PP 합성수지와 폐기-혼합 합성수지를 분쇄 혼합한 합성수지 혼합물에, 무수마레인산, 공중합체 촉매, 소성 규조토 및 고토, 열도 안정화제를 포함하는 첨가제를 첨가한 한 후 가열 압출하여 재생 PP 원료를 제조하고, 그 재생 PP 원료에 야자박, 폐마사, 톱밥, 왕겨, 죽 파쇄분 중에서 하나 이상 선택된 섬유성 보강 충전재를 혼합하고 압출하여 인조판재 원료를 제조한 후, 압출성형하여 복합 합성수지 인조판재를 성형하는 것이다. 본 발명에 따르면, 경제성 및 적용성이 우수한 것은 물론 내습성, 내하중, 내구성 등 물리적 특성이 우수한 합성수지 인조판재를 제공할 수 있다.

Description

재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법 {Method for manufacturing composite plastic board using reuse synthetic resins}
본 발명은 인조판재 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 재활용 합성수지를 이용하여 제조하며 특히 내하중이 요구되는 컨테이너 바닥재로 최적 적용될 수 있는 복합 합성수지 인조판재 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 컨테이너는 화물의 안전한 운송이나 저장 등을 목적으로 개발된 박스형 용기로서 용도에 맞는 크기를 가지고 내화 및 밀폐 등 필요한 요건을 갖추게 되며, 근래에는 화물의 수출입시 운송을 위한 박스용 수단으로 사용되거나, 옥외 작업장에서 작업하는 작업자 등이 임시로 생활하는 주거수단 또는 임시로 가설되는 사무실, 역, 대합실, 버스 정류장 등의 간이 시설물 등으로 다양하게 사용되기도 한다.
도 1은 등록실용신안공보 제20-0330091호에 개시된 컨테이너를 나타낸다. 여기에 기재된 바와 같이, 상기 컨테이너는 직육면체의 컨테이너 본체(1)와, 상기 본체(1)의 내부 바닥에 각관(3)에 의해 지지되어 바닥으로부터 이격적으로 설치되는 바닥재(2)를 포함하여 이루어진다.
구체적으로 상기 바닥재(2)는, 합판 등이 사용되는 습기차단용 부재(4)와, 상기 습기차단용 부재(4)의 상면에 고정되는 아연강판(5), 상기 아연강판(5) 및 습기차단용 부재(4)의 상면에 설치되는 장판지 등의 커버(5)를 포함하여 이루어진다. 이 바닥재는 단지 합판 또는 목판이 그대로 컨테이너 바닥재로 이용되는 것에 비하여 내하중성, 내습성, 내구성 등이 우수한 것은 당연할 것이다.
그러나 상기한 구조의 바닥재(2)는 그 구성이 복잡하고 고가이면서도 취급 및 시공이 어려운 문제들이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하고지 제안된 것이다. 본 발명의 목적은 재활용 합성수지를 이용하여 복합 합성수지 인조판재를 제조하는 방법을 제안함으로써, 예컨대 소위 '바닥재'로서 경제성 및 적용성이 우수한 것은 물론 강도, 내하중 등 물리적 특성이 우수한 합성수지 인조판재를 제공할 수 있도록 하는 것이다.
본 발명의 복합 합성수지 인조판재 제조방법은:
재활용 PP 합성수지 40-70 중량%와 폐기-혼합 합성수지 30-60 중량%를 분쇄 혼합한 합성수지 혼합물에, 무수마레인산, 공중합체 촉매, 소성 규조토 및 고토, 열도 안정화제를 포함하는 첨가제를 첨가한 한 후, 가열 압출하여 재생 PP 원료를 제조하는 제1단계;
상기 재생 PP 원료에 야자박, 폐마사, 톱밥, 왕겨, 죽 파쇄분 중에서 하나 이상 선택된 섬유성 보강 충전재를 혼합하고 믹서 또는 압출기를 통하여 압출하여 인조판재 원료를 제조하는 제2단계;
상기 인조판재 원료가 성형 압출기에 공급되어 합성수지 인조판재를 압출 성형하는 제3단계;
를 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 상기 첨가제는, 상기 합성수지 혼합물 100 중량부에 대하여 무수마레인산 8-10 중량부, 공중합체 촉매 5-7 중량부, 소성 규조토 및 고토 7-10 중량부, 열도 안정화제 5-7 중량부로 구성된다.
또한, 상기 첨가제는, 상기 합성수지 혼합물 100 중량부에 대하여 무수마레인산 8-10 중량부, 공중합체 촉매 5-7 중량부, 소성 규조토 및 고토 7-10 중량부, 열도 안정화제 5-7 중량부로 구성되며;
상기 보강 충전재는, 야자박 30-40 중량%, 폐마사 25-30 중량%, 톱밥 20-25 중량%, 왕겨 15-20 중량%, 죽 10-15 중량%로 구성된다. 그리고 이 상기 보강 충전재는 상기 재생 PP 원료 100 중량부에 대하여 20-30 중량부로 첨가된다.
시스템의 측면에서, 상기 인조판재 원료가 스쿠류 피딩으로 제품 성형 압출기 호퍼로 이송되면 T-die에서 인조판재 형태로 2차 압출되고. 진공 사이징(vacuum sizing) 후 냉각방식으로 고형화되어 컨베이어로 이송되면서 커터에 의해 절단되어 규격화된 인조판재를 공급한다.
본 발명의 방법에 따르면, 제조된 합성수지 인조판재는 폐기 합성수지를 이용하여 경제성 및 적용성이 우수하며, 강도 특성은 물론 내습성, 내하중, 내구성 등 물리적 특성이 우수한 효과가 있다.
도 1은 종래 컨테이너 바닥재의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 합성수지 인조판재 제조방법의 순서도.
도 3은 도 2의 방법에 따라 제작된 합성수지 인조판재 제품의 정면 사진.
도 4는 도 2 제품의 배면 사진.
이상에 기재된 또는 기재되지 않은 본 발명 '재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법'(이하, '인조판재 제조방법'이라 함)의 특징과 작용효과들은, 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예 기재를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 도 2에서, 본 발명에 따른 인조판재 제조방법이 부호 10으로 표시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상기 인조판재 제조방법(10)은:
재활용 PP 합성수지와 폐기-혼합 합성수지를 이용하여 재생 PP(polypropy-lene) 원료를 제조하는 제1단계(20);
보강 충전재를 혼합하여 인조판재 원료를 제조하는 제2단계(30);
상기 인조판재 원료로부터 본 발명에 따른 합성수지 인조판재(도 3의 'P')를 수득하는 제3단계(40);
로 이루어진다. 아래에서, 단계별로 구체적으로 설명한다.
제1단계:( 20) 재생 PP 원료
이 단계는 재활용 PP 합성수지와 폐기-혼합 합성수지를 유사·동등 수준으로 혼합하고 거기에 기능성 첨가제를 첨가하여 공중합시켜 재생 PP (polyropylene) 원료를 제조하는 단계이다. 상기 첨가제로 무수마레인산(MA), 공중합체 바나듐 촉매, 소성 규조토 및 고토(magnesia), 열도 안정화제를 포함한다.
일반적으로 실생활 또는 산업분야에서 흔히 사용되는 합성수지로는 열가소성 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PVC(polyvinylchloride), PS(polystyren), ABS(acrylonitille butadiene styrene), 열경화성 PF(phenol resin), UF(ureaform-aldehyde resin), MF(melamin resin), 불포화 UP(unsaturated polyester resin), EP(epoxy resin), PU(polyurethan resin) 등 그 종류가 매우 다양하게 존재한다.
그 중 대체로 PP 합성수지 제품은 비교적 수거·수집이 용이하고 그 자체로 양질의 재생 및 재활용이 이루어질 수가 있으므로, 실제로 재생 PP 합성수지가 경제적으로 재활용되는 경우는 상당히 많이 있다. 본 발명에서 상기 재활용 PP 합성수지 역시 이것과 다르지 않다.
그러나 대체로 합성수지들은 그 사용 목적이 끝나면 무분별하게 폐기되고 뒤섞인 폐기-혼합된 상태로 소각 또는 매립되어 대기오염 및 생태계 파괴 등의 요인이 되고 있다. 이에 최근에는 폐-혼합 합성수지를 재질별로 선별, 분리하고 세척하여 재생 및 재활용하는 방법이 개발되고 있으나, 절차가 복잡하고 경제성이 떨어져 실제 적용되기가 매우 어렵다. 이에 제안된 것이 특허공개 제2011-25368호 및 특허공개 제2014-0024507호로 개시된 폐합성수지 재생용 충전재이다.
이 특허들에 개시된 바에 따르면, 폐-혼합 합성수지를 선별 또는 분리하지 않고 잘게 분쇄한 후 백운석 등 마그네시아 광물을 주재료로 하는 무기질 충전재를 혼합하여 재생 합성수지를 얻는다는 것이다. 여기에서 상기 마그네시아(苦土)는 융점 온도가 서로 다른 각종 폐합성수지에 대하여 용융 온도를 적정 조절해 주는 역할을 하는 주요한 요소이지만, 실질적으로 상당량의 견운모, 현무암, 비산회 등 결합제와 함께 상기 조성제를 구성하여야 한다.
본 발명은 오히려, 상기 폐기-혼합 합성수지를 재생함에 있어 유사 또는 동질의 재활용 PP 합성수지를 동등 또는 그 이상으로 배합하고 거기에 상기 기능성 첨가물을 첨가함으로써, 폐기-혼합 합성수지 간 및 그 합성수지와 재활용 PP 합성수지 간의 결합력 및 결합강도를 개선하는 것이다.
구체적으로, 이 단계의 재생 PP 원료는:
재활용 PP 합성수지 40-70 중량%와 폐기-혼합 합성수지 30-60 중량%를 분쇄 혼합한 합성수지 혼합물에;
무수마레인산, 공중합체 촉매, 소성 규조토 및 고토, 열도 안정화제를 포함하는 첨가제를 첨가한 한 후;
고온으로 가열 압출하여 얻어지는 것이다.
상기 무수마레인산은 대체로 벤젠 및 C4 유분의 접촉산화방식을 통하여 생산되며 주택용 및 자동차용 불포화폴리에스테르수지의 원료로 이용되는 것으로, 수지 첨가제로서 수지 개질을 위한 목적으로 사용되는 것이다. 또한, 상기 촉매는 산화바나듐 촉매로서 이는 상기한 재활용 PP 합성수지, 폐기-혼합 합성수지 및 무수마레인산의 결합에 반응하며, 상기 규조토는 이 산화바나듐의 운반체로서 사용될 수 있는 것이다.
전술한 바와 같이, 상기 고토는 융점 온도가 서로 다른 각종 폐기-혼합 합성수지에 대하여 용융 온도를 적정 조절해 주는 역할을 하는 요소이며, 상기 규조토와 함께 폐기-혼합 합성수지의 융점과 속도를 조절하면서 밀도 결합체의 형성을 원활하게 하는 혼화제로써 작용한다. 여기에서 상기 규조토 및 고토는 약 320 메쉬로 파쇄 및 분쇄된 무기질 혼합 분말이다.
통상적으로는 각종 폐합성수지를 혼합, 분쇄한 후 재결정 온도 이상으로 가열하여 압출하는 가열 압출을 행하면 각기 융점 및 밀도가 다르기 때문에 탄화되고 분해되어 가열 압출이 불가능해지는데, 본 발명의 이 무기 혼합물은 이러한 용융점의 차이를 표준화하면서 습기 등을 제거하고 특정 결합체로의 형성을 유도하게 되는 것이다. 한편, 상기 열도 안정화제는 열팽창 계수를 안정화 내지 극소화시키는 작용을 하는 요소로서 여기에서는 염소화 스테아린산을 적용한다.
상기 첨가제는, 바람직하게, 상기 합성수지 혼합물 100 중량부에 대하여 무수마레인산 8-10 중량부, 공중합체 촉매 5-7 중량부, 소성 규조토 및 고토 7-10 중량부, 열도 안정화제 5-7 중량부로 구성되며 대략 200-300℃의 고온에서 소성하여 얻어진다.
여기에서 상기 폐기-혼합 합성수지는 선별, 분리, 세척과정 없이 적당한 크기, 바람직하게는 5-10㎣로 분쇄한 폐기-혼합 합성수지로서 상기 재활용 PP 합성수지와 함께 혼합물을 구성하며, 그 합성수지 혼합물에 상기한 첨가제가 적정 첨가된 상태로 혼합(mixing)된 후, 고온으로 가열 압출 방법으로 재생 PP 원료가 얻어지는 것이다.
제2단계(30): 보강 충전재
이 단계는 상기 제1단계의 재생 PP 원료에 보강 충전재를 혼합하여 인조판재 원료를 제조하는 단계이다. 실제로 상기 재생 PP 원료는 예컨대 컨테이너 바닥재로서 적합한 정도의 강도를 가지기 어렵다. 따라서 물리적 강도를 보강해 줄 수 있는 이 단계를 거치는 것이다.
상기 충전재는 실제로 용도 폐기된 섬유성 물질을 파쇄, 분쇄하여 얻어진 것으로 구체적으로는 야자박, 폐마(麻)사, 톱밥, 왕겨, 죽(竹) 파쇄분 중에서 하나 이상 선택된 섬유성 보강 충전재이다. 바람직하게는, 야자박 30 중량%, 폐마사 25 중량%, 톱밥 20 중량%, 왕겨 15 중량%, 죽 10 중량%로 구성된다.
이 보강 충전재는 상기 재생 PP 원료 100 중량부에 대하여 20-30 중량부로 첨가되며, 실제로 이 재료들은 개별적으로 첨가되어 강도를 개선하는 기능을 할 수 있지만, 위와 같이 바람직하게 혼합됨으로써 재생 PP 원료의 보강 충전재로써 더욱 상승된 효과를 제공하는 것으로 판단된다.
상기 충전재와 함께 소량의 노화방지제 및 발포제를 상기 재생 PP 원료에 첨가한 후, 믹서 압출기로 압출하여 인조판재 원료를 제조한다.
제3단계(40): 인조판재 제조
이 단계는 상기 인조판재 원료로부터 합성수지 인조판재(도 3의 'P')를 수득하는 단계이다. 즉, 상기 인조판재 원료가 성형 압출기에 공급되어 복합 합성수지 인조판재 제품이 완성되는 것이다.
상기 제2단계(30)의 인조판재 원료가 예컨대 스크류 피딩으로 제품 성형 압출기 호퍼로 이송되면 T-die에서 인조판재 형태로 압출되며, 진공 사이징(vacuum sizing) 후 냉각방식으로 고형화되면서 컨베이어로 이송되고 커터에 의해 절단되어 규격화된다. 상기 냉각방식은 신속하게 고형화시켜 절단을 수행하기에 유리한 방식이다. 바람직하게, 상기 인조판재의 규격은 두께 10-30mm, 너비 600-1200mm, 길이 1800-2400mm이다.
<실시예-1> : 재생 PP 원료 제조
복합 합성수지 인조판재를 제조하기 위하여 먼저, 재활용 PP 합성수지 50 중량%와 폐기-혼합 합성수지 50 중량%를 10㎣ 크기로 분쇄 혼합하여 합성수지 혼합물을 구비하였다. 여기에서 상기 재활용 PP 합성수지는 선별 수집된 양질의 합성수지이고, 상기 폐기-혼합 합성수지는 폐기장으로부터 입수하였고 이들은 별도의 세척·선별과정 없이 분쇄된다.
그리고 이 합성수지 혼합물 100 중량부에 대하여, 무수마레인산 8 중량부, 공중합체 촉매 5 중량부, 소성 규조토 및 고토 7 중량부, 열도 안정화제 5 중량부로 구성된 첨가제를 첨가하여 혼합한 후 고온으로 가열 압출하여 재생 PP 원료를 제조 구비하였다. 상기 혼합물 및 첨가제의 각 요소는 상기한 유효범위 내에서 결과적으로 유의할 차이가 없는 것으로 확인되었다.
<실시예-2> : 보강 충전재 공급
상기 보강 충전재는 재생 PP 원료와 별도로 제조되어 혼합되는 것이다. 이 보강 충전재는 실제로 용도 폐기된 섬유성 물질을 파쇄, 분쇄하여 얻어진 것으로 구체적으로는, 상술한 바와 같이, 야자박, 폐마사, 톱밥, 왕겨, 죽 파쇄분 중에서 하나 이상 선택된 섬유성 보강 충전재이다.
본 실시예에서는 예시된 모든 재료를 이용하였으며, 구체적으로는 야자박 30 중량%, 폐마사 25 중량%, 톱밥 20 중량%, 왕겨 15 중량%, 죽 파쇄분 10 중량%를 혼합하였으며, 여기에 목분을 담체로 한 용모제를 소량 첨가하였다. 다만, 예시된 재료 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합 및 혼합비의 변화에 의하여도, 결과적으로는 요구되는 또는 구현되는 강도의 수준과 비교하여 유의할 차이는 없는 것으로 확인되었다.
<실시예-3> : 혼합 및 1차 압출
상기 제조된 재생 PP 원료와 보강 충전재를 혼합하여 상기 인조판재 원료를 제조하는데, 보강 충전재는 상기 재생 PP 원료 100 중량부에 대하여 30 중량부로 혼합되었으며, 상기 충전재와 함께 소량의 노화방지제 및 발포제를 첨가한 후, 믹서 압출기로 저온 1차 압출하여 인조판재 원료를 제조하였다. 여기에서 상기 보강 충전재 및 보강 충전재의 각 요소는 상기한 유효범위 내에서 결과적으로 유의할 차이가 없는 것으로 확인되었다.
<실시예-4> : 2차 압출 및 수득
상기 인조판재 원료는 스쿠류 피딩으로 제품 성형 압출기 호퍼로 이송되면 T-die에서 인조판재 형태로 2차 압출된다. 그리고 진공 사이징(vacuum sizing) 후 냉각방식으로 고형화되어 컨베이어로 이송되면서 커터에 의해 절단되어 규격화된 인조판재를 수득하였다. 이 인조판재의 규격은 두께 15mm, 너비 800mm, 길이 2000mm이며, 도 3은 이와 같은 방법으로 얻어진 인조판재를 일부 절취하여 나타낸 것이다.
실제로 상기한 <실시예-1> 내지 <실시예-4>는 일련의 자동화 재생 시스템에서 순차적으로 자동 진행될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 합성수지 인조판재의 제조가 원활하게 이루어질 수가 있는 것이다.
이와 같이 제조된 합성수지 인조판재의 인장강도, 굽힘강도 및 열팽창 계수를 측정하였다 이때, 인장강도는 KSM 3006-193 1호형 (시험핀 인장속도 50 ㎜/분), 굽힘강도는 KSM 3008-'83, 열팽창 계수는 KSM 3015-'97에 따라 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

시험항목
대조실험(1)
대조실험(2)
본 발명

인장강도 (N/㎟)
11.2
11.5
13.8

굽힘강도 (N/㎟)
19.4
19.8
22.5

열팽창 (20∼80℃)
6.03×10-5
6.03×10-5
5.85×10-5
위 [표 1]에서 대조실험(1)은 특허공개 제2011-25368호에 개시된 마그네시아 원석 주재의 충전재를 이용하여 얻은 재생 합성수지에 대한 실험이고, 대조실험(2)는 특허공개 제2014-0024507호에 개시된 마그네식-돌로마이트 주재의 충전재를 이용하여 수득한 재생 합성수지에 대한 실험이다. 실제로 본 발명의 상기 인조판재는 컨테이너 바닥재로 사용되는 판재이지만, 재생 합성수지를 이용하는 것이라는 점에서 비교대상으로서 종래의 컨테이너 금속 바닥재는 제외하였다.
여기에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 상기 인조판재는 종래의 재생 합성수지와 비교하여 그로부터 얻어지는 물리적 특성에 있어 상당히 우수함을 알 수 있다. 한편, 이 인조판재는 종래의 금속 바닥재에 비하여는 강도 등의 측면에서 당연히 부족하지만, 폐기 합성수지 및 섬유질 물질 등을 이용함으로써 바닥재로서의 경제성 및 생산성 등에서 우월한 특성이 있으며 강도의 측면에서도 바닥재로서 부족함이 없으므로, 이러한 점을 고려하면 본 발명에 따른 인조판재는 충분히 경쟁력이 있을 것으로 판단된다.
10. 인조판재 제조방법
20. 제1단계
30. 제2단계
40. 제3단계
P. 인조판재

Claims (8)

  1. 재활용 PP 합성수지 40-70 중량%와 폐기-혼합 합성수지 30-60 중량%를 분쇄 혼합한 합성수지 혼합물에, 무수마레인산, 공중합체 촉매, 소성 규조토 및 고토, 열도 안정화제를 포함하는 첨가제를 첨가한 한 후, 가열 압출하여 재생 PP 원료를 제조하는 제1단계;
    상기 재생 PP 원료에 야자박, 폐마사, 톱밥, 왕겨, 죽 파쇄분 중에서 하나 이상 선택된 섬유성 보강 충전재를 혼합하고 믹서 또는 압출기를 통하여 압출하여 인조판재 원료를 제조하는 제2단계;
    상기 인조판재 원료가 성형 압출기에 공급되어 합성수지 인조판재를 압출 성형하는 제3단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 첨가제는, 상기 합성수지 혼합물 100 중량부에 대하여 무수마레인산 8-10 중량부, 공중합체 촉매 5-7 중량부, 소성 규조토 및 고토 7-10 중량부, 열도 안정화제 5-7 중량부로 구성된 것을 특징으로 하는 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강 충전재는, 야자박 30 중량%, 폐마사 25 중량%, 톱밥 20 중량%, 왕겨 15 중량%, 죽 10 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 보강 충전재는 상기 재생 PP 원료 100 중량부에 대하여 20-30 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 보강 충전재는 목분을 담체로 한 용모제가 소량 첨가된 것을 특징으로 하는 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2단계에서 보강 충전재와 함께 노화방지제 및 발포제가 소량 첨가되는 것을 특징으로 하는 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 인조판재 원료가 스쿠류 피딩으로 제품 성형 압출기 호퍼로 이송되면 T-die에서 인조판재 형태로 2차 압출되고, 이송되면서 커터에 의해 규격 인조판재로 절단되는 것을 특징으로 하는 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 T-die에서 인조판재 형태로 2차 압출되면, 진공 사이징(vacuum sizing) 후 냉각방식으로 고형화되어 컨베이어로 이송되면서 절단되는 것을 특징으로 하는 재활용 합성수지를 이용한 복합 합성수지 인조판재 제조방법.
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