KR102054859B1

KR102054859B1 - 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치, 이를 이용한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법, 및 그 방법에 의해 제조된 도료

Info

Publication number: KR102054859B1
Application number: KR1020190114263A
Authority: KR
Inventors: 강미진; 조종수; 임규식; 이동민; 조은; 조푸름
Original assignee: 주식회사 그래핀 코어
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2019-12-13

Abstract

본 발명은 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치, 이를 이용한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법, 및 그 방법에 의해 제조된 도료에 관한 것으로, 더 상세하게는 폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하는 단계와, 상기 1차 분쇄된 폐 PET 입자를 공기증폭기(100), 원료공급관(200), 압축공기 공급관(300) 및 분쇄기(400)를 포함하는 미립자 제조장치를 이용하여 1~600㎛ 크기의 미립자로 2차 분쇄하는 단계와, 상기 2차 분쇄된 PET 미립자에 관능제를 혼합하고, 40~100℃의 온도에서 1~12시간 가열침투시켜 관능성 PET 미립자를 제조하는 단계와, 상기 제조된 관능성 PET 미립자에 Tg 값이 1~100℃인 Tg 특성 수지 및 폐 연마재 분말을 혼합하여 액상의 도료를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치, 이를 이용한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법, 및 그 방법에 의해 제조된 도료{MANUFACTURING APPARATUS FOR WASTED POLYETHYLENE TEREPHTHALATE MICROPARTICLES, MANUFACTURING METHOD OF PAINT COMPOSITION USING THEREOF, AND PAINT COMPOSITION MANUFACTURED BY THE METHOD}

본 발명은 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치, 이를 이용한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법, 및 그 방법에 의해 제조된 도료에 관한 것으로, 폐 원료들의 특성을 활용하여 우수한 경제성을 창출하는 자원순환기술에 관한 것이다.

현대 사회에서 각광받는 소재 중 하나가 PET(POLYETHYLENE TEREPHTHALATE) 용기이다. 상기 PET 용기는 1회용 커피 용기, 음료수병, 생수병, 맥주병 등으로 다양하게 대량 사용되고 있다. 그 이유는 상기 PET 용기는 PET를 용융상태에서 분자를 한 방향으로 정렬시켜 제조된 배향중합체로써, 원료단계의 PET 수지에 비해 내충격성, 내마모성 등이 2~10배 이상 증가된 상태로 우수한 물성을 갖기 때문이다. 또한, 원가는 저렴하고, 무게가 가벼우며, 외관은 투명하고 수려하며, 무독성 재료이기 때문이다.

그러나 상기 PET 용기는 많은 환경 문제를 일으키는데, 일단 폐기되면 큰 부피를 차지하고, 대기 및 생물학적 물질에 대한 내성이 크기 때문에 매우 느리게 분해되기 때문이다. 따라서, 상기 PET는 현재 오염 물질로 분류되고 있다.

이러한 생태학적 문제 및 경제적 문제를 해소하기 위해, 종래부터 다양한 기술과 공정에 의해 PET 용기를 재활용하는 방법이 연구되어 왔으나, 재활용으로 인한 경제적 이점이 없는 방법이 대부분이었다.

상기 재활용 방법의 일례로서 폐 PET 용기를 재생섬유로 제조하는 방법이 있다. 이 방법은 폐 PET 용기를 가열, 용융하여 섬유 상으로 제조하는 방법인데, 이 방법은 폐 PET의 용융으로 인해 PET 용기가 갖는 배향중합체로서의 우수한 물성이 소멸되므로, 재생섬유의 물성 향상을 위하여 용융-배향-냉각-연신 등의 추가 재공정을 거쳐 재생섬유로 사용되어 왔다.

또한, 상기 폐 PET 용기를 분쇄하고 이를 그대로 도료용 첨가제로 사용하는 방법도 제안되었다. 그러나 도료에 첨가될 경우 도료용 전색제(수지)와의 결합력이 낮아 재료 간 분리, 파손 현상이 나타난다는 문제가 있었다. 아울러, 질기고 강한 물성으로 제조된 PET 용기는 일반적인 저속 분쇄기로는 마이크로 미세입자(600㎛)로 분쇄되지 않아 그 제조비용이 상승함으로써, 경제성이 없다는 문제가 있었다.

즉, 폐 PET 용기를 마이크로 입자로 미세하게 분쇄하기 위해서는 분쇄기의 회전속도를 3,000~100,000rpm 이상으로 고속 회전시켜야 하는데, 고속 회전 시 폐 PET 용기와 분쇄기 날 등의 마찰에 의하여 200~400℃ 이상의 고온이 발생하여 용융 온도가 250~300℃인 폐 PET 용기가 용융되기 때문에 미립자로의 제조가 어렵다. 이를 해결하기 위하여, 대한민국 등록특허번호 제10-0855759호와 같이 초저온 액체질소를 이용하여 분쇄물을 냉각한 후 분쇄하는 방법이 제안되었다. 그러나 이러한 -200~-100℃의 초저온 냉매가스를 이용한 분쇄방법은 취급이 어렵고, 산재사고의 위험이 크며, 별도의 액화질소를 냉매로 다량 소비해야 하므로 분쇄비용이 높아지는 등의 문제가 있었다. 또한, 일반적인 압축공기를 냉각매로 이용하는 방법도 제안되었으나, 순수한 압축공기를 냉각매로 사용할 경우 과도한 공기가 요구되는 문제가 있었다. 즉, 예시적으로 15kw 동력모터 장착/RPM 5000의 미립자 분쇄기를 이용하여 5~30mm 크기로 1차 분쇄한 PET 입자를 600㎛ 이하 미립자로 연속 분쇄하려면, 공기로 냉각하여 분쇄기의 내부온도 60℃ 이하로 유지하기 위해서는 사용량 5000L/min 공기를 생산 공급하여야 공기 냉각이 가능하다. 그러나 이만큼 공기를 압축 생산하려면 경우 공기압축 콤프레샤의 용량이 약 37.5kw 모터부착형이 필요함으로 이 또한 전기사용량, 설비비용, 설치공간 등의 과다로 인하여 원가상승의 요인이 되어 경제성이 낮은 문제가 있었다.

따라서, 폐 PET 용기를 600㎛ 이하 미립자로 용이하게 제조하고, 이를 도료용 첨가제로 이용하는 방법이 요구되고 있다.

KR 10-0370702 B1 KR 10-1313351 B1 KR 10-0855759 B1

본 발명은, 적은 양의 공기를 증폭기로 증량시켜 냉각매로 이용함으로써, 폐 PET 입자와 분쇄기 칼날의 마찰열을 효과적으로 제어, 냉각할 수 있는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 배향중합체로서 우수한 물성을 갖는 폐 PET와 액체 내에서의 응집 특성이 있는 폐 연마재를 가열, 용융의 과정 없이 그대로 도료 첨가제로 이용함으로써, 물성이 우수함은 물론, 건조 시 도막에 무늬를 형성할 수 있는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법 및 그 방법에 의한 도료를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치는, 소량의 압축공기가 유입되었을 때 흡입구(110)를 통해 주위의 공기를 대량으로 끌어들인 후 증폭시켜 배출구(120)로 배출하는 공기증폭기(100); 상기 흡입구(110)로 다량의 PET 입자를 공급하는 원료공급관(200); 상기 공기증폭기(100)의 내측으로 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관(300) 및 공기압축기(310); 내부공간을 구비하는 하우징(410)과, 상기 배출구(120)를 통해 배출되는 PET 입자 및 고속의 공기를 상기 하우징(410)으로 전달하는 유입관(420)과, 상기 하우징(410)으로 유입된 PET 입자를 600㎛ 이하의 미립자로 분쇄하는 분쇄칼날(430)과, 상기 분쇄칼날(430)에 의해 분쇄된 미립자를 외부로 배출시키는 출구관(440)을 구비하는 분쇄기(400); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 공기증폭기(100)는 코안다 효과를 이용하여 외부의 공기를 흡입 증폭시키는 볼텍스(Vortex) 조절형 공기 공기증폭기(100)인 것을 특징으로 한다.

상기 분쇄기(400)는, 상기 하우징(410)과 출구관(440)의 외측면에 코팅되는 초전도체 코팅층(450)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 초전도체 코팅층(450)은 그래핀을 포함하고, 상기 압축공기 공급관(300)을 통해 공급되는 압축공기의 압력은 5~10kg/㎡이고, 상기 분쇄칼날(430)의 회전속도는 3,000~100,000rpm인 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법은, 폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하는 단계와, 상기 1차 분쇄된 폐 PET 입자를 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 미립자 제조장치를 이용하여 1~600㎛ 크기의 미립자로 2차 분쇄하는 단계와, 상기 2차 분쇄된 PET 미립자에 관능제를 혼합하고, 40~100℃의 온도에서 1~12시간 가열침투시켜 관능성 PET 미립자를 제조하는 단계와, 상기 제조된 관능성 PET 미립자를 포함하는 액상의 도료를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제조된 관능성 PET 미립자에 Tg 값이 1~100℃인 Tg 특성 수지 및 폐 연마재 분말을 혼합하여 액상의 도료를 제조하는 것임을 특징으로 한다.

상기 폐 PET 용기 100중량부에 대하여, 관능제 10~200중량부, Tg 특성 수지 100~10,000중량부, 폐 연마재 분말 100~100,000 중량부를 사용하는 것을 특징으로 한다.

상기 폐 연마재 분말은, 입자 크기가 0.001~100㎛인 무기질 분말이고, 상기 관능제는, 폴리이소시아네이트 프레폴리머 또는 폴리아민 프레폴리머이며, 상기 Tg 특성 수지는, 폴리아크릴계, 폴리스티렌계, 폴리에폭시계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계, 폴리아민계, 폴리이소시아네이트계 중 1종 이상의 것임을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 의한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료는 상기한 방법으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치, 이를 이용한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법, 및 그 방법에 의해 제조된 도료에 의하면, PET 용기의 배향구조를 훼손 없이 도료 조성물로 그대로 수평 이동시킴으로써, 새로운 PET 원료를 활용하는 것보다 더 우수한 성능을 갖는 도료 조성물을 제조할 수 있고, 폐 연마재의 초미립 무기질 입자가 갖는 액체 내에서의 응집 특성을 활용하여 건조 도막에서 무늬가 형성되도록 할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 본 발명은 폐 원료들의 특성을 활용하여 우수한 경제성을 창출하는 자원순환기술이라는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 의한 도료 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 3 내지 6은 본 발명의 실시예에 의한 건조 도막의 사진이다.
도 7은 본 발명에 의한 시험예 1의 결과를 나타낸 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 특징은 폐 PET 용기를 별도의 가열, 용융 없이 손쉽게 미립자로 제조함으로써, 배향중합체로서의 우수한 물성을 도료에 그대로 수평 이동시키는 데 있다. 또한, 폐 연마재 분말과 Tg 특성 수지를 도료 첨가물로 재활용함으로써, 건조 도막에서 무늬가 형성되도록 한다는 데 있다.

따라서, 본 발명은 가장 큰 특징은 폐자원을 이용하여 물성이 우수한 도료를 생산하는 것으로, 경제성을 창출하는 자원순환기술이라는 데 있는 것이다.

본 발명에서 사용되는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET;Polyethylenetephthalate) 용기는, 이축분자배향((Biaxial stretching molecule oriented) 상태이므로 우수한 물성을 가지나, 재생섬유 등으로 재활용시 사용량에 한계가 있고, 초정밀 세정하여야 하므로 낮은 경제성으로 재활용이 되지 않고 있다. 아울러, 유색 용기의 경우 그 재활용이 더욱 제한되어 자원순환이 한계가 있다.

본 발명은 이러한 단점을 모두 개선한 것으로, 상기 폐 PET 용기를 도료 첨가물로 재이용하므로 유색 용기 역시 사용할 수 있고, 이종 원료인 라벨 등을 제거하지 않아도 도료 물성에 영향을 미치지 않으며, 초정밀 세정이 요구되지 않는다는 장점이 있다.

다만, 이러한 폐 PET 용기는 이축분자배향의 특성으로 600㎛ 이하 미립자로의 제조가 용이치 않았는바, 본 발명은 하기와 같은 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치를 통해 미립자로 제조함으로써, 경제성을 확보하는 것이다.

이하, 본 발명에 의한 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 미립자 제조장치의 개략도이다.

일반적으로 PET 입자를 미립자로 분쇄시키는 장치는, 고속으로 회전하는 분쇄칼날(430)을 이용하여 PET 입자를 미립자로 분쇄하도록 구성되는데, 이 과정에서 분쇄칼날(430)과 PET 입자 간의 마찰력에 의해 200℃~400℃의 고온이 발생하는바, 용융점이 250℃~300℃인 PET 입자는 용융되어 분쇄가 불가해지는 문제가 발생한다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여 초저온 냉매가스나 다량의 고압압축공기를 냉매재로 사용하는 방법이 제안되었으나, 그 비용이 높다는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 냉매가스나 다량의 고압압축공기를 사용하지 아니하더라도 분쇄열을 낮출 수 있도록, 공기증폭기(100)를 이용한다는 점에 가장 큰 특징이 있다.

즉, 본 발명에 의한 미립자 제조장치는, 소량의 압축공기가 유입되었을 때 흡입구(110)를 통해 주위의 공기를 대량으로 끌어들인 후 증폭시켜 배출구(120)로 배출하는 공기증폭기(100)와, 상기 흡입구(110)로 다량의 PET 입자를 공급하는 원료공급관(200)과, 상기 공기증폭기(100)의 내측으로 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관(300) 및 공기압축기(310)와, 상기 공기증폭기(100)로부터 배출되는 PET 입자를 분쇄시키는 분쇄기(400)를 포함하여 구성된다. 이때, 상기 분쇄기(400)는, 내부공간을 구비하는 하우징(410)과, 상기 배출구(120)를 통해 배출되는 PET 입자 및 고속의 공기를 상기 하우징(410)으로 전달하는 유입관(420)과, 상기 하우징(410)으로 유입된 PET 입자를 600㎛ 이하의 미립자로 분쇄하는 분쇄칼날(430)과, 상기 분쇄칼날(430)에 의해 분쇄된 미립자를 외부로 배출시키는 출구관(440)을 포함하여 구성된다. 이때 상기 압축공기 공급관(300)을 통해 공급되는 압축공기의 압력은 5~10kg/㎡이고, 상기 분쇄칼날(430)의 회전속도는 3,000~100,000rpm으로 설정됨이 바람직하다.

본 실시예에 도시된 공기증폭기(100)는 코안다 효과를 이용하여 외부의 공기를 흡입 증폭시키는 볼텍스(Vortex) 조절형 공기증폭기(100)로, 공기압축기(310)에 의해 압축된 압축공기가 압축공기 공급관(300)을 통해 증폭기로 소량 공급되었을 때, 유체가 만곡면을 흐를 시 그 표면에 밀착하여 흐르는 코안다(Coanda)효과에 의해 공기증폭기(100) 주위의 공기가 흡입구(110)를 통해 공기증폭기(100) 내측으로 대량 유입된다. 공기증폭기(100) 내부로 유입된 공기는 관로를 통과하면서 음속으로 가속되는바, 상기 분쇄기(400) 측으로는 대량의 공기가 공급되며, 이에 따라 분쇄칼날(430)과 PET 입자가 충돌하는 과정에서 발생하는 마찰열이 60℃ 이하까지 충분히 낮아지는 효과를 얻을 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 의한 미립자 제조장치를 이용하면, 소량의 압축공기만을 공기증폭기(100)로 공급하더라도 상기 공기증폭기(100)로부터 대량의 공기가 고속으로 배출되는바, 냉매가스나 다량의 고압압축공기를 사용하지 아니하더라도 분쇄열을 충분히 낮출 수 있다는 장점이 있다.

한편, 본 실시예에서는 상기 공기증폭기(100)가 코안다 효과를 이용하여 외부의 공기를 흡입 증폭시키는 볼텍스(Vortex) 조절형 공기증폭기(100)인 경우만을 도시하고 있으나, 상기 공기증폭기(100)는 소량의 압축공기를 공급받아 대량의 압축공기를 방출시킬 수 있다면 어떠한 종류의 공기증폭기(100)로도 대체될 수 있다.

또한, 상기 분쇄기(400)의 하우징(410) 및 출구관(440) 내부에서의 열이 보다 효율적으로 방출될 수 있도록, 상기 하우징(410)과 출구관(440)의 외측면에는 그래핀 등과 같이 초열전도성 탄소를 포함하는 초전도체가 코팅될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 하우징(410)과 출구관(440)의 외측면에 초전도체 코팅층(450)이 형성되면, 하우징(410) 및 출구관(440) 내부의 열이 더욱 빠르게 방출되는바, 하우징(410) 내부의 온도가 점진적으로 상승하는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

본 실시예에서는 상기 초전도체 코팅층(450)이 초열전도성 탄소를 포함하는 경우만을 설명하였으나, 상기 초전도체 코팅층(450)은 하우징(410) 및 출구관(440) 내부의 열을 보다 효과적으로 방출시킬 수 있다면 어떠한 종류의 물질로도 대체될 수 있다.

따라서, 상기와 같은 미립자 제조장치를 이용하면 폐 PET 용기를 통상의 저속 분쇄기로 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하고, 1차 분쇄된 입자를 상기한 제조장치로 2차 분쇄하여 600㎛ 이하의 미립자로 제조가 가능하므로, 별도의 가열, 용융 과정이 요구되지 않으며, 배향중합체로서의 우수한 물성을 도료에 그대로 수평이동할 수 있고, 과도한 비용이 요구되지 않아 경제적이라는 장점이 있다.

상기와 같이 제조된 PET 미립자는 도료 첨가제로써 활용될 수 있는 것은 물론, 기타 재활용 기술에 이용될 수 있으며, 상기 미립자 제조장치는 PET 입자가 아닌 기타 원료의 분쇄에도 이용될 수 있음은 당연하다.

이하, 본 발명에 의한 도료를 제조하는 방법에 대해 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 도료 제조방법은, 도 2와 같이, 폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하는 단계와, 상기 1차 분쇄된 폐 PET 입자를 상기한 미립자 제조장치를 이용하여 1~600㎛ 크기의 미립자로 2차 분쇄하는 단계와, 상기 2차 분쇄된 PET 미립자에 관능제를 혼합하고, 40~100℃의 온도에서 1~12시간 가열침투시켜 관능성 PET 미립자를 제조하는 단계와, 상기 제조된 관능성 PET 미립자를 포함하는 액상의 도료를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 액상의 도료를 제조하는 단계는, 상기 관능성 PET 미립자에 Tg 값이 1~100℃인 Tg 특성 수지 및 폐 연마재 분말을 혼합하여 액상의 도료를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하는 단계.

먼저, 폐 PET 용기를 수집하고, 이를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄한다. 상기 폐 PET 용기의 분쇄 방법은 공지된 방법에 의하는 정도면 족하다.

아울러, 도료용 첨가제로 사용되므로, 라벨 등을 별도로 제거할 필요는 없다. 이는 라벨 등은 이종 원료이지만 도료의 물성에 영향을 미치지 않기 때문이다.

상기 1차 분쇄된 폐 PET 입자를 상기한 미립자 제조장치를 이용하여 1~600㎛ 크기의 미립자로 2차 분쇄하는 단계.

다음으로, 상기 1차 분쇄된 폐 PET 입자를 앞서 설명한 미립자 제조장치를 이용하여 600㎛ 이하, 바람직하게는 1~600㎛ 크기의 미립자로 2차 분쇄한다. 상기 미립자 제조장치에 대해서는 앞서 충분히 설명되었으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명에서는 상기한 미립자 제조장치를 이용함으로써, PET 미립자의 제조비용이 현저히 줄어듦에 따라 경제적으로 폐자원을 재활용할 수 있게 된다.

상기 2차 분쇄된 PET 미립자에 관능제를 혼합하고, 40~100℃의 온도에서 1~12시간 가열침투시켜 관능성 PET 미립자를 제조하는 단계.

상기 PET 미립자에 관능제를 혼합하고, 이를 40~100℃의 온도에서 1~12시간 반응시켜 관능성 PET 미립자로 제조한다. 즉, PET 미립자를 그대로 도료에 혼합할 경우 재료 간 결합력이 좋지 못해 재료 간 분리-파손 현상이 나타나는바, 관능성을 갖도록 하여 이러한 문제점을 해소하는 것이다.

여기서, 상기 관능제는 상기 미립자에 관능성을 부여하기 위한 것으로, 이소시아네이트 관능기, 아민 관능기 등을 포함하면 족한바, 폴리이소시아네이트 프레폴리머 또는 폴리아민 프레폴리머를 사용할 수 있다. 이때, 상기 폴리이소시아네이트 프레폴리머 또는 폴리아민 프레폴리머는 그 종류를 제한하지 않는다. 아울러, 기타의 관능기를 포함할 수도 있는 것으로, 그 실시를 제한하지 않는다.

상기 관능제는 40~100℃의 온도에서 1~12시간 반응하는 것을 통해 PET 미립자의 표면에 침투 및 결합함으로써, PET 미립자의 표면에 관능기가 형성되는 것이다. 이때, 그 혼합비는 상기 PET 미립자 100중량부에 대하여 상기 관능제 10~200중량부, 더욱 바람직하게는 50~100중량부를 혼합하는 것이 바람직하다.

이 과정을 통해 형성된 관능기(Functional Group)들은 폴리아크릴계, 폴리스티렌계, 폴리에폭시계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계, 폴리아민계, 폴리이소시아네이트계 등과 같은 대부분의 수지들과 반응결합하여 공중합체를 형성할 수 있으므로, 도료 내 각 성분 간의 결합력을 높여 재료 간 분리-파손 현상을 방지하는 것이다.

상기 제조된 관능성 PET 미립자를 포함하여 액상의 도료를 제조하는 단계.

다음으로, 상기 관능성 PET 미립자를 포함하는 액상의 도료를 제조한다. 더욱 구체적으로는, 상기 관능성 PET 미립자에 Tg 특성 수지 및 폐 연마재 분말을 혼합함으로써, 액상의 도료를 제조하는 것이다.

본 발명에서 상기 Tg 특성 수지는 비교적 Tg 값이 높아 상온에서 분자 또는 입자 간 결합진행(경화, 건조)시 도막의 응집, 굴곡, 크랙 현상 등이 커서 도막 표면에 굴곡, 크랙 등의 물리적 현상이 발생하면서 자연 유래 무늬를 형성시킬 수 있는 수지를 의미한다. 이는 마치 자연의 용암이 냉각, 응축, 뒤틀림, 수축 등을 일으키면서 굳어져 돌이 되는 것과 유사한 현상을 일으키는 것이다. 따라서, 특정 범위 내의 Tg 값을 갖는 수지를 사용하여야 하는바, Tg 값에 따라 각각 다른 수준의 표면 응집 현상이 발생(예를 들면, 20℃ Tg 값을 갖는 수지로 도료를 제조하여 도장하면 도 3, 5과 같이 무늬가 형성되고 40℃ Tg 값의 수지를 사용하면 도 4, 6과 같이 변화하면서 형성)되므로, Tg 값의 차이에 따른 건조시 발생하는 도막 표면의 응집, 크랙, 굴곡 등의 현상을 활용한 임의의 무늬 형성제로 사용되는 것이다. 아울러, 이 수지는 도막에서 접착, 결합 기능으로도 사용된다.

상기 Tg 특성 수지는 보다 구체적으로, Tg 값이 1~100℃인 폴리아크릴계, 폴리스티렌계, 폴리에폭시계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계, 폴리아민계, 폴리이소시아네이트계 중 1종 이상의 것을 사용할 수 있으며, 액상, 에멀젼, 무용제, 유기용액 중 어떠한 형태의 것으로도 사용 가능하다.

또한, 상기 폐 연마재란 반도체, LCD, 유리 등의 표면을 평활화하기 위하여 사용되는 연마재의 폐제품으로, 이러한 연마재는 SiO₂, AlO₂, Fe₂O₃ 등을 포함하는 무기질 분말로 이루어지는바, 이러한 무기질 연마재는 사용 후 주로 매립되거나 해양에 투기하여 유료 처리하여 왔다. 따라서, 본 발명은 자원을 순환시키는 목적을 달성하고, 도료의 원가 절감을 위하여 대리석 무늬 등을 형성시키는 기능성 원료로 상기 폐 연마재 분말을 사용하는 것이다. 상기 폐 연마재 분말, 즉 무기질 분말은 액체 내 응집되는 특성이 있는바, 도료에 혼합시 건조 도막에 입체성 대리석 무늬 등을 형성시키게 된다. 아울러, 폐 연마재 분말이 아닌 신 재인 무기질 분말을 사용할 수도 있으나, 경제성을 고려하여 폐 연마재 분말을 사용함이 더욱 바람직하다.

상기 폐 연마재 분말은 그 입자 크기가 0.001~1000㎛, 더욱 바람직하게는 0.1~10㎛인 것을 사용하는 것이, 무늬 형성 및 도막의 물성 향상에 바람직하다.

이 단계에서 상기 Tg 특성 수지, 폐 연마재 분말의 사용량은, 상기 PET 미립자 100중량부를 기준으로, 상기 Tg 특성 수지 100~10,000중량부, 상기 폐 연마재 분말 100~100,000중량부, 더욱 바람직하게는 상기 Tg 특성 수지 500~5,000중량부, 상기 폐 연마재 분말 200~20,000중량부만큼 사용함이 바람직하다.

상기와 같이 제조된 액상의 도료는, PET 미립자에 의해 도막의 물성이 우수하고, Tg 특성 수지, 폐 연마재 분말에 의해 자연 유래의 무늬가 형성되는바, Tg 특성 수지의 Tg 값, PET 미립자의 함량, 폐 연마재의 함량 등에 의해 무늬의 형태를 조절하게 된다. 예시적으로, Tg 값이 높은 수지는 액체 도막의 건조시 응집반응이 발생하여 건조 도막의 표면에 주름, 크랙, 굴절 등의 표면 굴곡이 발생하며, PET 미립자의 함량은 높을수록 그러한 표면 크랙 등의 발생을 저감시켜 무늬의 분포도, 크기, 간격 등을 임의로 조절하게 되는 것이다. 본 발명에 의한 도막의 건조 응집 특성은 천연의 대리석 등의 돌 무늬들이 용암으로부터 냉각, 응결, 크랙, 굴절 등이 발생하는 원리와 유사한 과정을 통하여 깊고 수려한 대리석 무늬가 형성되는 과정을 임의적으로 재현하는 것으로, 무늬형성 작용의 원인은 각각의 원료 상대비율, Tg 값, 점도, 도막 두께, 건조 속도 등에 영향을 받는다. 따라서, 본 발명은 이러한 각종 원인을 제어하여 임의의 무늬로 형성시키는 방법을 수많은 반복 실험에 의하여 데이터를 정립시킨 것이다.

상기와 같이 제조된 액상의 도료는, 중도, 상도 중 어떠한 형태로도 사용가능하며, 그 도막 두께는 30~5,000㎛이면 족하며, 건조 조건은 공지된 정도, 예시적으로 25℃에서 24시간,의 조건이면 족한바, 이를 제한하지 않는다.

또한, 시공시 공지된 프라이머 등을 사용하여 도장할 수 있음은 당연하다.

아울러, 별도로 설명하지는 않았지만, 상기 액상의 도료를 제조하는 단계 시, 증점제, 용매, 소포제 등의 일반적인 도료 첨가제들을 공지된 정도의 양으로 더 첨가할 수 있음은 당연하다.

상기와 같은 제조방법을 통해 제조된 도료 조성물은, 배향중합체로서 우수한 물성을 가짐은 물론, 자연 유래 무늬가 형성되며, 재료 간 분리, 파손 현상이 없으며, 제조비용이 저렴하다는 장점이 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

(실시예 1)

폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하고, 이를 미립자 제조장치를 이용하여 PET 미립자(입자 크기 300㎛)를 제조하였다. 상기 제조된 PET 미립자 1kg에 관능제인 폴리이소시아네이트 프레폴리머 에멀젼(고형분 35%) 0.5kg을 혼합하고, 90℃에서 6시간 반응시켜 관능성의 PET 미립자 에멀젼을 제조하였다. 그리고 이 PET 미립자 에멀젼 1,500g에 Tg 값이 +20℃인 폴리스티렌계 에멀젼(고형분 45%)을 3,333g 첨가하고, 이어서 폐 연마재 분말(입자크기 5㎛) 6,666g을 첨가하여 혼합하였다. 다음으로, 물 5kg, 증점제로 카아복시 메틸 셀룰로오즈 100g, 폴리머에시드계 증점제 10g, 실리콘계 소포제 100g 및 흑적황색 안료 150g을 첨가한 후, 교반하여 중도의 제조를 완료하였다.

그리고 앞서 중도 제조시 제조한 PET 미립자(입자 크기 300㎛) 1kg에 관능제로 폴리아민 프레폴리머 무용제 타입(고형분 99.5%) 0.5kg을 혼합하고, 80℃의 온도에서 3시간 반응시켜 관능성 PET 미립자 무용제를 제조하였다. 상기 관능성 PET 미립자 무용제 1.5kg에 에폭시 무용제 투명수지(고형분 99.9%) 30kg(경화제 포함)을 첨가하여 상도를 제조하였다.

다음으로, 패널 표면에 에폭시 프라이머(시판상품, 2액형 타입, 고형분 25%)를 25㎛ 두께(건조 도막)로 도장하고, 24시간 후 상기의 중도를 평균 건조 도막 두께 800㎛로 벌집형 롤러를 이용하여 도장하였다. 이어서 상기의 상도를 평균 건조 도막 두께 1.8mm로 도장하였다. 그리고 이를 25℃에서 24시간 건조시켰다.

첨부된 도 3은 실시예 1에 의해 도장된 시편의 표면 사진이다.

(실시예 2)

폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하고, 이를 미립자 제조장치를 이용하여 PET 미립자(입자 크기 300㎛)를 제조하였다. 상기 제조된 PET 미립자 1kg에 관능제인 폴리이소시아네이트 프레폴리머 에멀젼(고형분 35%) 0.5kg을 혼합하고, 90℃에서 6시간 반응시켜 관능성의 PET 미립자 에멀젼을 제조하였다. 그리고 이 PET 미립자 에멀젼 1,500g에 Tg 값이 +40℃인 폴리아크릴계 에멀젼(고형분 46%)을 3,333g 첨가하고, 이어서 폐 연마재 분말(입자크기 5㎛) 6,666g을 첨가하여 혼합하였다. 다음으로, 물 5kg, 증점제로 카아복시 메틸 셀룰로오즈 110g, 실리콘계 소포제 100g 및 흑황색 안료 200g을 첨가한 후, 교반하여 중도의 제조를 완료하였다.

첨부된 도 4는 실시예 2에 의해 도장된 시편의 표면 사진이다.

(실시예 3)

폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하고, 이를 미립자 제조장치를 이용하여 PET 미립자(입자 크기 300㎛)를 제조하였다. 상기 제조된 PET 미립자 1kg에 관능제인 폴리이소시아네이트 프레폴리머 에멀젼(고형분 35%) 0.5kg을 혼합하고, 90℃에서 6시간 반응시켜 관능성의 PET 미립자 에멀젼을 제조하였다. 그리고 이 PET 미립자 에멀젼 750g에 Tg 값이 +20℃인 폴리스티렌계 에멀젼(고형분 45%)을 3,333g 첨가하고, 이어서 폐 연마재 분말(입자크기 5㎛) 6,666g을 첨가하여 혼합하였다. 다음으로, 물 5kg, 증점제로 카아복시 메틸 셀룰로오즈 100g, 폴리머에시드계 증점제 10g, 실리콘계 소포제 100g 및 흑황색 안료 150g을 첨가한 후, 교반하여 중도의 제조를 완료하였다.

첨부된 도 5는 실시예 3에 의해 도장된 시편의 표면 사진이다.

(실시예 4)

폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하고, 이를 미립자 제조장치를 이용하여 PET 미립자(입자 크기 300㎛)를 제조하였다. 상기 제조된 PET 미립자 1kg에 관능제인 폴리이소시아네이트 프레폴리머 에멀젼(고형분 35%) 0.5kg을 혼합하고, 90℃에서 6시간 반응시켜 관능성의 PET 미립자 에멀젼을 제조하였다. 그리고 이 PET 미립자 에멀젼 750g에 Tg 값이 +40℃인 폴리아크릴계 에멀젼(고형분 46%)을 3,333g 첨가하고, 이어서 폐 연마재 분말(입자크기 5㎛) 6,666g을 첨가하여 혼합하였다. 다음으로, 물 5kg, 증점제로 카아복시 메틸 셀룰로오즈 110g, 실리콘계 소포제 100g 및 흑황색 안료 200g을 첨가한 후, 교반하여 중도의 제조를 완료하였다.

첨부된 도 6은 실시예 4에 의해 도장된 시편의 표면 사진이다.

도 3 내지 도 6에서와 같이 본 발명에 의한 건조 도막은 Tg 값 및 PET 미립자의 사용량에 따라 각기 다른 자연 무늬가 형성됨을 확인할 수 있었다.

(시험예 1)

실시예 1을 이용하여 KS F 4937(주차장 바닥용 표면 마감재)에 의거 윤하중 시험을 실시하였다.

-Test weight: 300kg

(Based on the weight of a regular passenger car: 1,200 kg/4 wheels)

-Number of revolutions: 80,000

그 결과는 도 7에 나타내었는바, 본 발명의 실시예 1은 시험기준(3mm이하) 보다 우수한 결과를 보임을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 공기증폭기 110 : 흡입구
120 : 배출구 200 : 원료공급관
300 : 압축공기 공급관 310 : 공기압축기
400 : 분쇄기 410 : 하우징
420 : 유입관 430 : 분쇄칼날
440 : 출구관 450 : 초전도체 코팅층

Claims

소량의 압축공기가 유입되었을 때 흡입구(110)를 통해 주위의 공기를 대량으로 끌어들인 후 증폭시켜 배출구(120)로 배출하는 공기증폭기(100);
상기 흡입구(110)로 다량의 PET 입자를 공급하는 원료공급관(200);
상기 공기증폭기(100)의 내측으로 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관(300) 및 공기압축기(310);
내부공간을 구비하는 하우징(410)과, 상기 배출구(120)를 통해 배출되는 PET 입자 및 고속의 공기를 상기 하우징(410)으로 전달하는 유입관(420)과, 상기 하우징(410)으로 유입된 PET 입자를 600㎛ 이하의 미립자로 분쇄하는 분쇄칼날(430)과, 상기 분쇄칼날(430)에 의해 분쇄된 미립자를 외부로 배출시키는 출구관(440)을 구비하는 분쇄기(400);를 포함하고,
상기 분쇄기(400)는,
상기 하우징(410)과 출구관(440)의 외측면에 코팅되는 초전도체 코팅층(450)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 공기증폭기(100)는 코안다 효과를 이용하여 외부의 공기를 흡입 증폭시키는 볼텍스(Vortex) 조절형 공기 공기증폭기(100)인 것을 특징으로 하는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 초전도체 코팅층(450)은 그래핀을 포함하고,
상기 압축공기 공급관(300)을 통해 공급되는 압축공기의 압력은 5~10kg/㎡이고,
상기 분쇄칼날(430)의 회전속도는 3,000~100,000rpm인 것을 특징으로 하는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트 미립자 제조장치.
삭제
폐 PET 용기를 5,000~30,000㎛의 크기로 1차 분쇄하는 단계와,
상기 1차 분쇄된 폐 PET 입자를 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항의 미립자 제조장치를 이용하여 1~600㎛ 크기의 미립자로 2차 분쇄하는 단계와,
상기 2차 분쇄된 PET 미립자에 관능제를 혼합하고, 40~100℃의 온도에서 1~12시간 가열침투시켜 관능성 PET 미립자를 제조하는 단계와,
상기 제조된 관능성 PET 미립자를 포함하는 액상의 도료를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 액상의 도료를 제조하는 단계는,
상기 제조된 관능성 PET 미립자에 Tg 값이 1~100℃인 Tg 특성 수지 및 폐 연마재 분말을 혼합하여 액상의 도료를 제조하는 것임을 특징으로 하는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 폐 PET 용기 100중량부에 대하여, 관능제 10~200중량부, Tg 특성 수지 100~10,000중량부, 폐 연마재 분말 100~100,000 중량부를 사용하는 것을 특징으로 하는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법.
제6항에 있어서,
상기 폐 연마재 분말은,
입자 크기가 0.001~100㎛인 무기질 분말이고,
상기 관능제는,
폴리이소시아네이트 프레폴리머 또는 폴리아민 프레폴리머이며,
상기 Tg 특성 수지는,
폴리아크릴계, 폴리스티렌계, 폴리에폭시계, 폴리우레탄계, 폴리우레아계, 폴리아민계, 폴리이소시아네이트계 중 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료의 제조방법.
제6항의 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 폐 폴리에틸렌 테레프탈레이트와 폐 연마재 복합 도료.