KR102023744B1 - 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 물리적/화학적 처리를 포함하는 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법에 관한 것이다. 상기 방법의 주요 단계들은 재료를 컨디셔닝하는 단계, 분쇄하는 단계, 상기 필름으로부터 잉크를 제거하는 단계, 상기 필름을 세척하는 단계, 세정 용액을 회수하는 단계, 안료를 회수하는 단계, 및 상기 필름을 건조시키는 단계이다. 본 발명의 결과로서, 첫째로, 잉크가 없는 플라스틱 필름을, 둘째로, 안료를 수득하는 것이 가능하다. 이러한 생성물들은 산업에서 재사용될 수 있어, 상기 생성물의 가치 사슬을 향상시킨다.

Description

플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법{Method for removing ink printed on plastic films}

본 발명은 다양한 성질의 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크를 제거하는 신규한 방법에 관한 것이다. 기술되는 방법에 사용될 수 있는 플라스틱 필름의 일부 예는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르 또는 폴리아미드(PA)의 필름이다.

유연성 패키징 상의 프린팅 방법은 플라스틱 필름에 액체 잉크를 도포하는 단계로 이루어진다. 사용된 휘발성 용매(일반적으로, 유기 화합물 또는 물)가 이후 건조 공정으로 제거된다. 증발 후, 목적하는 도안이 필름에 프린팅되어 다양한 제품용 패키징으로 사용될 준비가 완료된다. 결함이 없는 프린팅 품질을 얻기 위해서, 프린팅 기계의 파라미터를 조정하고 프린팅하는 동안 사용되는 상이한 색상들을 조정하는 것이 일반적이다. 대부분의 폐기물이 이 단계에서 생성된다. 플라스틱 필름은 기계를 조정하는 동안 최대 500 m/min에 도달할 수 있는 속도로 프린터를 순환한다. 이러한 속도로 인해, 최종 패키징 활용 분야에서 사용되기 위해 요구되는 품질을 갖지 못한 다량의 플라스틱 필름이 발생된다.

이러한 공정에서 가장 널리 사용되는 지지체 중 일부로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 폴리에스테르 등의 필름이 있다. 상술한 바와 같은 조정으로 인해, 프린팅 산업에서는 총 패키징 필름 생산의 5 내지 10%에 도달할 정도의 다량의 손실이 존재한다. 본 명세서에서 제안된 방법으로 재활용될 수 있는 프린팅된 재료는 본질적으로 상기 손실들 및 최종 활용 분야에서의 작업들에 의해 사용된 재료들로부터 기인한 것이다.

현재, 이러한 재료는 재활용되기 위해, 프린팅된 잉크를 제거하지 않는 공정들로 회수되고 있다. 이에 따라, 낮은 품질의 갈색 또는 흑색 필름이 수득되고, 이러한 필름의 가격은 초기 잉크가 없는 필름의 가격보다 상당히 떨어지게 된다. 그러므로, 이러한 필름은 보통, 쓰레기 봉투의 제조 또는 시각적 품질이 낮은 활용 분야에서 사용되고 있다.

이와 동일한 컨셉으로 다양한 변형물에 관한 몇몇 특허 문헌들이 확인된다:

- 기록 매체의 재생성 장치 - US 5621939 A

- 플라스틱 필름 유형에 프린팅된 인쇄 재료의 재활용 방법 및 상기 방법을 위한 장치 - EP 1 419 829 A1.

- 복합재로부터 프린팅 잉크의 분리 방법 - CA 2101181.

US 5621939 A의 발명은 프린팅된 종이로부터 잉크를 제거하기 위한 처리에 관한 것으로, 출발 재료가 상이한다. 나아가, 이러한 방법에서, 상기 재료는 분쇄지 않고 바로 처리되므로, 세척 용액을 함유하는 배쓰(bath)에 종이가 도입된다.

EP 1 419 829 A1의 발명은 프린팅된 필름 상의 잉크 제거에 관한 것이나, 필름이 먼저 펠릿화되지 않고 처리되므로, 그 사용된 방법은 완전히 다른 것이며, 비록 분리 방법이 화학적 방법이나 이는 유기 용매 및 비이온성 계면 활성제로 이루어진다.

마지막으로 기재된 배경 기술 문헌과 관련하여, 주요한 차이점은 처리되는 재료에 있다. CA 2101181의 발명은 중합체 층, 또 다른 금속 층(일반적으로, 알루미늄) 및 또 다른 종이 또는 판지 층으로 형성된 다층 복합 용기의 재활용 방법으로 이루어진다. 수증기에 의하여 제거되는 프린팅된 잉크는 일반적으로 종이 또는 판지의 시트 상에서 발견된다. 플라스틱 필름에 달라붙은 잉크의 일부는 용매로 용해시키고, 금속부와 비프린팅된 필름의 밀도에 근거한 분리 방법으로 분리되므로, 분리 원리나 출발 재료가 본 발명과 동일하지 않다.

그러므로, 현재까지 특허된 방법은 프린팅된 필름상의 잉크를 제거하는 문제에 대한 어떠한 전반적인 해결책도 제시하지 못한 반면, 본 명세서에서 제시된 발명은 이 문제점을 분명히 해결한다.

상술한 점에 비추어 보면, 프린팅된 필름상의 잉크를 제거하는 문제의 전반적인 해결책에 대한 요구가 존재한다.

본 명세서에서 기술된 방법의 주요 이점은 이 방법이 프린팅된 잉크를 분리시킬 수 있으며 경제적으로 실행 가능한 해결책으로 잉크가 제거된 필름을 수득할 수 있어 회수된 생성물의 부가 가치를 증가시킨다는 점이다. 더욱이, 다른 활용 분야에서 사용될 수 있는 안료도 수득되며, 이에 따라, 폐기물이 가능한 한 최소한으로 감소된다.

원료로부터 발생하는 비용의 증가 측면을 고려해볼 때, 플라스틱 프린팅으로부터 생성된 폐기물을 보다 잘 사용하는 것이 생산 비용을 감소시키는데 더욱더 필요하며, 본 발명의 방법이 이러한 목적을 달성하는데 이상적이다.

본 발명으로, 2개의 생성물이 프린팅된 필름으로부터 수득된다: 예를 들어, 특허 ES 2344778 B1에 기술된 것과 같은 처리 이후, 동일 분야 및 기타 활용 분야에 재사용될 수 있는 안료, 및 재사용될 수 있는 펠릿 형태의 재활용 무색 필름. 여기서, 상기 무색 필름은 착색된 필름보다 더 높은 품질의 제품이다.

그러므로, 본 발명은 다양한 물리적/화학적 처리를 사용하여 플라스틱 필름에 포함된 잉크를 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 고 품질 및 고 순도로 인해 어떠한 활용 분야에서도 재활용되기에 적합한 잉크가 없는 제품을 수득함으로써, 프린팅된 필름의 재활용과 관련한 기술적 문제들이 해결된다. 본 명세서에서 기술된 방법은 최종 사용자에 의해 이미 사용되어진 프린팅된 제품, 또는, 생산 폐기물에 의해 형성된 프린팅 재료(이 경우, 재료가 점보 형태(1.5 m의 너비 및 다양한 두께를 갖는 재료의 롤(roll))나 이보다 더 작고 더 얇은 롤의 형태가 되는 경향이 있음), 뿐만 아니라 분산 재료에 사용될 수 있다.

상기 방법의 단계들은 하기에 기술된다.

단계 1: 재료를 컨디셔닝(conditioning)하는 단계

본 발명의 첫번째 단계는 재료를 컨디셔닝하는 단계로 이루어진다. 재료를 컨디셔닝하기 위해서, 일반적으로 판지로 만들어지며 필름이 지지되는 실린더형 코어를 제거하여 분쇄 작업이 더욱 용이해지도록 한다. 이는 상기 코어를 플라스틱 필름의 릴(reel)로부터 수동으로 또는 기계적으로 제거함으로써 달성된다.

단계 2: 분쇄(grinding)하는 단계

본 발명의 두번째 단계는 필름 롤을 이후 세정을 위해 6 내지 14 mm의 다양한 직경의 크기로 분쇄하는 것이다. 이러한 분쇄를 위해, 필름 롤은 이동식 블레이드 및 고정식 블레이드를 모두 갖는 블레이드 분쇄기(blade grinder)로 도입된다.

단계 3: 필름으로부터 잉크를 제거하는 단계

본 발명의 세번째 단계에서, 프린팅된 필름을 세정하는 작업, 즉, 플라스틱 필름이 프린팅된 잉크로부터 분리되는 단계가 수행된다. 이를 위해, 분쇄기로부터 분쇄된 재료가 세척 시스템으로 도입된다. 상기 세정 시스템은 3개의 탱크, 즉, 1개의 세정 탱크(cleaning tank) 및 2개의 세척 탱크(washing tank)로 형성된다. 필름과 더불어, 플라스틱 필름으로부터 잉크의 분리를 야기하는 적합한 세정제가 상기 세정 탱크에 첨가된다. 이 작업은 바람직하게는 염기성 조건하에서 수행된다. 이러한 단계는 필름의 경우에 비연속적인 방식으로 수행되며, 이를 위해, 상기 세정 탱크가 단계 2로부터 수득된 분쇄된 재료로 채워진다. 필요한 양의 물, 세정제 및 염기가 첨가되며, 탱크의 내용물은 적절한 배열의 베인(vane) 교반기를 사용하여 교반된다. 상기 필름으로부터 제거된 잉크는 세정하는 동안 연속적으로 추출된다. 이를 위해, 세정 용액 및 잉크를 함유하는 물의 흐름이 추출된다.

이 순간부터 단계들이 병렬로 수행되며, 한편으로는, 상기 필름이 세척되고(단계 4), 건조되고(단계 7), 다른 한편으로는, 세정 용액(단계 5) 및 안료(단계 6)가 회수된다.

단계 4: 필름을 세척(washing)하는 단계

세정 용액으로 처리되면, 남아있을 수 있는 분산된 잉크 잔류물 및 세정 용액 잔류물을 제거하기 위해, 분쇄된 필름을 새로운 세척 탱크로 도입하여야 한다. 이러한 작업은 상기 플라스틱 필름이 완전히 세척되어 잉크 및 세정제가 모두 남아있지 않을 때까지 필요한 만큼 여러 번 수행된다.

단계 5: 세정 용액을 회수하는 단계

단계 3에서 생성된 세정 용액은 이를 회수하기 위해 원심분리기에 공급된다. 상기 원심분리기는 세정 작업이 단계 3의 탱크에서 일어나는 동안 연속적으로 작동되고, 고체 잉크가 상기 세정 용액으로부터 분리된다. 그러므로, 이러한 처리 후, 2개의 흐름이 방출되는데, 하나의 흐름은 잉크이고, 다른 하나의 흐름은 세정 용액이다. 이러한 방식으로, 상기 세정 용액이 상기 세정 탱크에 재사용될 수 있고, 상기 잉크는 안료를 회수하고 열 처리 후 다양한 활용 분야에서 사용되기 위해 처리될 수 있으므로, 본 발명의 방법은 환경적으로 및 경제적으로 더욱 유리하다.

단계 6: 안료를 회수하는 단계

열처리는 가열이 제공되는 열처리 반응기로 수행되고, 상기 열처리의 기능은 재활용 안료를 수득하기 위해 수지를 분해(break-down)하는 것이다.

단계 7: 필름을 건조시키는 단계

최종적으로, 단계 4에서 수행되었던 필름의 세척 단계 이후, 상기 플라스틱 필름은 잔여량의 물을 제거하기 위해 건조되어야 한다. 이를 위해, 젖은 재료를 브리켓(briquette) 기계와 같은 기계적 분리 요소에 통과시켜 가능한 다량의 물을 제거하거나, 또는 뜨거운 공기(hot air)로 건조 단계를 수행한다.

도 1은 본 발명과 관련된 장치의 부분들과 함께 본 발명의 방법의 도표를 나타낸다.
도 2는 프린팅된 필름으로부터 잉크를 제거하기 위한 방법의 세정 시스템의 구체적인 도표를 나타낸다.

본 발명에서 기술된 방법의 바람직한 구현예가 도면들을 참조하여 하기에 기술된다.

플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법은 하기 단계들을 포함한다:

단계 1: 재료를 컨디셔닝하는 단계

프린팅된 투입 재료(1)는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르 필름 또는 폴리아미드(PA)의 필름일 수 있다. 프린팅된 투입 재료 (1)가 수집되면, 컨디셔닝 단계가 수행되며, 점보 또는 분산된 재료 형태의 플라스틱 필름이 아닌 물체 뿐만 아니라 필름이 지지되는 코어가 제거된다. 플라스틱 (101)을 지지하는 코어를 제거하기 위한 장치는 실린더형 코어에 힘을 가하고 플라스틱 필름 롤을 고정한 채로 유지시키는 플런저(plunger)로 이루어진다. 이 실린더는 압력을 가함으로써 플라스틱 몸체로부터 분리된다. 컨디셔닝이 수행되면, 코어 및 분산된 투입 재료가 없는 필름 롤을 포함하는 불순물이 없는 필름 부산물 (2)이 수득된다.

단계 2: 분쇄하는 단계

불순물이 없는 필름 (2)의 입자 크기는 세정 용액의 침투가 용이하도록 6 내지 14 mm의 다양한 직경으로 축소되어야 한다. 이를 위해, 상기 필름은 고정식 블레이드 및 이동식 블레이드를 모두 포함하는 블레이드 분쇄기 (102)로 도입된다. 이러한 분쇄기는 분쇄 재료 (3)를 수득할 때까지 상기 필름의 크기를 축소시킨다.

단계 3: 필름으로부터 잉크를 제거하는 단계

상기 잉크는 분쇄된 재료 (3)로부터 제거되어야 하며, 이에 따라, 상기 분쇄 재료는, 11 내지 13의 염기성 pH를 갖고 물에서 0.1 내지 5 중량%의 비율로 존재하는 계면활성제 혼합물로 이루어진 세정 용액 (6)과 함께 세정 시스템 (103)으로 도입되며, 여기서, 상기 필름에 함유된 잉크가 제거되고, 이후 상기 잉크는 용해되지 않은 형태로 상기 세정 용액의 일부가 된다. 바람직한 구현예에서, 상기 세정 용액의 상기 계면활성제는 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드, 도데실트리메틸암모늄 브로마이드 또는 도데실 술페이트이다. 세정 시스템 (103)은 도 2에서 나타난 3개의 탱크로 형성된 시스템으로 이루어진다. 세정 탱크 (201)는 베인으로 교반되는 탱크이며, 여기서, 상기 플라스틱 필름이 세정 용액 (6)과 접촉된다. 다른 2개의 탱크는 후속 단계의 작업을 개시하는 세정 탱크들이다. 세개의 흐름, 즉, 분쇄 재료 (3)를 포함하는 흐름, 세정 용액 (6)을 포함하는 흐름 및 깨끗한 물을 함유하는 흐름이 이러한 세정 시스템 (103)으로 도입되며, 하기에 기술되는 두개의 흐름이 상기 시스템에서 방출된다. 분쇄 재료 (3)를 포함하는 흐름이 세정 시스템 (103)으로 진입하고 세정 탱크 (201)로 공급된다. 또한, 원심분리기 (104)로부터 세정 용액 (6)이 이러한 세정 탱크로 진입한다. 분쇄된 필름의 조각들이 서로 겹쳐지는 것을 방지하여 방법의 효율성을 증가시키기 위해, 베인으로 교반되는 탱크의 내부에서 세정 탱크 (201)의 베인이 강한 난류를 일으키는 것이 매우 중요하다. 나아가, 이 난류는 또한 세정 용액 (6)에서 필름으로부터 분리된 잉크의 분산을 용이하게 한다. 다른 한편으로, 세정 용액 및 분산된 잉크 잔류물을 함유하는 처리된 플라스틱 필름 (21)이 세정 탱크 (201)로부터 방출되며, 다른 한편으로, 상기 세정 용액이 필름 (4)로부터 제거된 잉크와 함께 세정 탱크 (201)로부터 방출되어 원심분리기 (104)로 향한다.

단계 4: 상기 필름을 세척하는 단계

두개의 연속적인 세척 방법이 동일한 세정 시스템 (103) 내 베인을 갖는 두개의 세척 탱크에서 수행된다. 세정 탱크 (201)는 제1 세척 탱크 (202)에서 물로 세척된다. 제1 세척 탱크 (202)로부터 수득된 필름은 제2 세척 탱크 (203)에서 깨끗한 물과 접촉하여 세정 용액 잔류물을 제거한다. 처리된 플라스틱 필름 (21)은 제1 세척 탱크 (202)에 도입되어 분산된 잉크 잔류물과 세정 용액 잔류물이 제거된다. 제1 세척 탱크 (202)로부터 방출되는 세척 액체 (25)는 물을 절약하기 위해 세정 탱크 (201)로 공급된다. 세정 용액 잔류물을 함유하는 세척된 플라스틱 필름 (22)은 제1 세척 탱크 (202)로부터 방출되어 제2 세척 탱크 (203)로 공급된다. 이러한 두번째 세척 단계는 상기 플라스틱에 남아있을 수 있는 마지막 세정 용액 잔류물을 제거한다. 두개의 흐름, 즉, 잉크 및 브리켓 기기 (106)로 공급되는 세정 용액 잔류물 (8)이 없는 세정된 필름을 포함하는 하나의 흐름; 및 물을 절약하기 위해 제1 세척 탱크 (202)로 공급되는 세정 물 (24)을 함유하는 다른 하나의 흐름이 제2 세척 탱크 (203)로부터 방출된다.

단계 5: 세정 용액을 회수하는 단계

상기 세정 용액은 필름 (4)으로부터 제거된 잉크와 함께, 원심분리기 (104)를 사용하여 10,000 rpm에서 연속적으로 재생성되어야 한다. 이 장치는 잉크 (5)로부터 세정 용액 (6)을 분리시키기 위한 원심분리기로 이루어진다. 세정 용액 (6)은 세정 시스템 (103)으로 재도입되어 상기 방법이 상기 용액이 재사용되지 않았던 경우에 소비하게 되는 세정 용액을 감소시킨다.

단계 6: 안료를 회수하는 단계

잉크 (5)를 함유하는 흐름이 수지 구조를 분해하기 위해 잉크 열처리 반응기 (105)로 도입되고, 재사용될 안료 (7)가 상기 반응기로부터 방출된다. 상기 열처리 반응기는 170 내지 200℃의 온도에서 작동된다. 안료와 오일의 혼합물이 상기 반응기로 도입되며, 여기서, 안료를 포함하는 수지가 열적으로 분해된다. 예를 들어, 해바라기씨유 또는 아마인유와 같은 식물성 오일 및 석유로부터 유도된 미네랄 오일 모두 사용될 수 있다. 상기 반응기는 격렬한 교반과 함께 작동되며, 상기 안료의 평균 체류 시간은 1시간이다. 상기 혼합물이 이러한 처리 후 여과되어 상기 오일로부터 안료가 분리되고 상기 오일은 상기 반응기로 재도입되어 추가의 안료를 계속하여 처리한다. 이에 따라, 상기 안료에는 수지가 없으며, 상기 안료는 다양한 활용 분야에서 사용될 수 있다.

단계 7: 필름을 건조시키는 단계

잉크 및 세정 용액 잔류물 (8)이 없는 세정된 필름은 잉크 (5)가 제거되고 세정 용액 (6)으로 세척된 후 세정된 필름으로 형성된다. 이러한 플라스틱은 상기 재료의 압착 및 치밀화로 가능한 다량의 물을 제거하는 건조 요소로 이루어진 브리켓 기계 (106)로 도입된다. 잉크 및 세정 용액이 없고 다른 활용 분야에서 사용될 준비가 완료된 분쇄 필름을 함유하는 흐름(9)이 브리켓 기계 (106)로부터 방출된다.

앞서 언급한 바와 같이, 두개의 생성물, 한편으로는 안료, 그리고, 다른 한편으로는 펠렛(pellet) 형태의 무색의 재활용 필름이 본 방법으로부터 생성된다.

Claims (11)

1. 하기 단계들을 포함하는 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법:
   a) 프린팅된 투입 재료(input printed material)를 컨디셔닝하여 불순물이 없는 필름을 수득하는 단계;
   b) 분쇄기에서 불순물이 없는 상기 필름을 분쇄하는 단계;
   c) 염기성 pH에서 물과 계면활성제로 이루어진 세정 용액으로 세정 시스템에서 상기 필름으로부터 잉크를 제거하는 단계로서, 베인(vane)으로 교반되는 세정 탱크가 상기 세정 용액의 일부 및 분산된 잉크 잔류물을 포함하는 처리된 플라스틱 필름을 생성하고, 더불어, 상기 필름으로부터 제거된 잉크를 갖는 상기 세정 용액을 생성하는 단계;
   d) 상기 세정 시스템에서 상기 처리된 플라스틱 필름을 세척하는 단계로서, 2개 이상의 세척 탱크가 잉크 및 세정 용액 잔류물이 없는 세정된 필름을 수득하는 단계;
   e) 원심분리기에서 상기 세정 용액을 회수하는 단계;
   f) 열처리 반응기에서 상기 잉크 중에 함유되었던 안료를 회수하는 단계; 및
   g) 건조 요소(drying element)에서, 잉크 및 세정 용액이 없는 분쇄된 필름을 수득하기 위해, 상기 필름을 건조시키는 단계.
2. 제1항에 있어서, 상기 프린팅된 투입 재료가 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에스테르 또는 폴리아미드(PA)의 필름인, 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 분쇄 후 불순물이 없는 상기 필름의 직경 크기가 6 내지 14 mm인 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 세정 용액이 물 내 0.1 내지 5 중량% 비율의 계면활성제를 포함하는 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 세정 용액이 상기 계면활성제로서, 헥사데실트리메틸암모늄 브로마이드, 도데실트리메틸암모늄 브로마이드 또는 도데실 술페이트를 포함하는 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 세정 용액이 11 내지 13의 pH를 갖는 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 세척 단계가 2개의 세척 탱크에서 수행되며, 제1 세척 탱크는 제2 세척 탱크로부터 재순환된 물을 갖고, 상기 제2 세척 탱크는 깨끗한 물(clean water)을 갖는 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 원심분리기의 속도가 10,000 rpm인 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 열처리 반응기가 1시간 동안 170 내지 200℃의 온도에서 격렬한 교반으로 작동되고, 상기 잉크 및 식물성 오일 또는 미네랄 오일의 혼합물로부터 상기 잉크에 함유된 수지가 열적으로 분해되고, 상기 혼합물이 이러한 처리후 여과되어 상기 오일로부터 상기 안료가 분리되고, 상기 오일이 상기 반응기로 재도입되어 추가의 잉크를 계속하여 처리하는, 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 건조 단계가 브리켓(briquette) 기계로 수행되는 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 건조 단계가 뜨거운 공기(hot air)로 수행되는 플라스틱 필름에 프린팅된 잉크의 제거 방법.
    
    
    
    
    

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