KR102195932B1 - 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 관한 것이다.
구체적으로는, 제지회사에서 발생된 폐기물 슬러지를 재활용하여 펄프와 폴리에틸렌수지(PE수지)가 압출되어 결합됨으로써 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체로 제작될 수 있도록 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 관한 것이다.

Description

제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법{METHOD FOR RECYCLE OF WASTE SLUDGE}

본 발명은 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 관한 것이다.

구체적으로는, 제지회사에서 발생된 폐기물 슬러지를 재활용하여 펄프와 폴리에틸렌수지(PE수지)가 압출되어 결합됨으로써 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체로 제작될 수 있도록 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 관한 것이다.

한국은 펄프를 생산할 수 있는 목재의 생산이 어려운 실정이다.

상술된 펄프는, 목분에서 리그닌(Lignin)을 제거하여 획득 가능하기도 하지만, 이러한 리그닌의 제거를 위해서는 그에 따른 공정이 요구되므로, 목분에 비하여 펄프의 단가가 비싸기 때문에, 목분으로부터 펄프를 획득하는 것도 어려운 실정이다.

반면, 사용된 종이류에도 펄프를 포함하고 있기 때문에 사용된 종이류를 재활용하면 펄프를 확보할 수 있고, 이에 따라 국내/외에서 재활용 폐지를 구매하여 펄프를 생산하고 있는 실정이다.

부연하면, 제지회사에서 사용된 종이류(우유팩, 종이컵 등)를 이용하여 수처리를 통해 펄프를 분리하고, 분리된 펄프를 재활용하고 있다.

아울러 펄프가 분리되고 남은 폴리에틸렌(PE)은 폐기물 슬러지로 취급되며, 이 슬러지에는 펄프가 20~30% 잔존한다.

이러한 폐기물 슬러지는 ① 폐열을 회수하여 연료로서 사용되거나, 혹은 ② 추가적으로 잔존한 펄프를 제거하는 과정을 거침으로써 폴리에틸렌(PE)을 분리한 후 용융 압출하여 플라스틱 원료로 사용하고 있다.

이때, 상술된 폴리에틸렌(PE)은, 종이류의 인쇄 혹은 방수 기능을 위하여 종이류의 일면을 이루고 있는 물질로서, 위와 같이 수처리 되어 펄프가 분리되었다고 하더라도, 소량의 펄프가 폴리에틸렌(PE)에 포함되기 마련이다.

이와 같이 소량의 펄프가 포함된 폴리에틸렌(PE)은 펄프 분리를 위하여 수처리되면서 수분을 함유하게 되기 때문에 폐기물 슬러지의 형태를 가지게 되며, 보통 펄프 20 내지 30%; 수분 20 내지 30%; 나머지 폴리에틸렌(PE);을 포함하고 있다.

그러나, 폴리에틸렌(PE)의 처리과정에서 플라스틱 원료로 사용될 때, 상술된 바와 같이 소량의 펄프가 폴리에틸렌(PE)에 잔여하게 되고, 잔여하는 펄프는 폴리에틸렌(PE)이 압출되는 과정에서 펄프끼리 결합되어 뭉치게 되며, 뭉쳐진 펄프결합체는 이물질이 되어 폴리에틸렌(PE)의 결합을 방해하거나, 결합되어 압출되더라도 보강의 기능이 미비하여 원하는 물성을 갖추지 못하는 문제를 발생시킨다.

뿐만 아니라, 펄프의 추가 제거를 위하여 수처리됨에 따라 수분의 함량이 높아져 압출 공정을 다수 회 반복하여야 하므로, 과다한 에너지의 낭비와 공정의 불필요한 소모를 유발한다.

반대로, 함량이 증가된 수분을 건조하는 방법도 있으나, 이는 다량의 폐기물 슬러지를 건조처리하는데 현실적인 문제점이 수반되기 때문에 어려운 실정이다.

즉, 펄프는 폴리에틸렌(PE)의 결합을 방해하기 때문에 상술된 바와 같이 제거되고 있으나, 펄프는 본래 순수 셀룰로오스 상태의 목분보다 더욱 고품질의 재료로써, 그대로의 사용이 가능하다면 더 좋은 품질의 플라스틱 복합체를 제조할 수 있을 것이다.

따라서, 본 출원인은 폐기물 슬러지 상의 펄프를 제거하지 않으면서도, 용융 압출과정에서 펄프의 분산을 유도하여 펄프 간에 뭉치는 현상을 방지하고, 아울러 펄프와 폴리에틸렌(PE) 간의 결합이 가능하도록 할 수 있는 기술을 제공함으로써, 종래의 목분을 이용하는 목재 플라스틱 복합체(Wood Plastic Composit, WPC)보다 더 우수한 원료를 제공할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

종래의 목재 플라스틱 복합체는, 천연 목재의 장점과 합성수지의 장점을 모두 가지고 있지만, 충격에 약하고 비중이 1.1~1.8 정도로 천연목재에 비해 높기 때문에 내외장재 전반에 사용하기는 어렵기도 하다.

때문에, 단점의 극복을 위하여 목재 플라스틱 복합체(Wood Plastic Composit)를 경량화하는 다양한 방법이 연구되어 왔고, 보강재를 추가하거나 발포시키는 방향으로 개선되고 있다.

이러한 목재 플라스틱 복합체의 문제점 역시, 본 발명을 통한 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 이용한다면 해결될 수 있을 것으로 기대된다.

뿐만 아니라, 폐기물 슬러지로부터 펄프를 분리해내기 위한 공정이 생략되기 때문에 펄프 제거를 위해 발생된 폐수의 처리에 대한 문제도 해결할 수 있고, 아울러, 다수 회 반복되는 압출을 생략할 수 있으므로, 불필요한 에너지와 공정의 낭비도 방지할 수 있는 혁신적인 효과를 제공한다.

공개특허공보 제10-2012-0086466호(2012.08.03.), 목재 플라스틱 복합체(WPC) 관련 기술

본 발명의 목적은, 제지회사에서 발생된 폐기물 슬러지를 재활용하여 펄프와 폴리에틸렌수지(PE수지)가 압출되어 결합됨으로써 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체로 제작될 수 있도록 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법을 제공하는데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로 본 발명에 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법은,

폐기물 슬러지를 준비하고, 준비된 폐기물 슬러지에 첨가제를 첨가한 후, 압출기를 이용하여 용융 압출을 수행함으로써, 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 제조하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 용융 압출은 200 내지 230℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 첨가제는, 상기 폐기물 슬러지의 무게비 100중량부를 기준으로 10 내지 15중량부를 첨가하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 첨가제는 유동성 액상물질이 포함된 폴리에틸렌(PE)이되, 상기 첨가제의 폴리에틸렌(PE)은 폐기물 슬러지에 포함된 폴리에틸렌(PE)과 동일한 것을 사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유동성 액상물질은, 물의 기화점에서 액상 상태로 유지가 가능하면서 유동성을 가지고, 자체의 기화점이 물의 기화점보다 더 높은 것인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유동성 액상물질은, 배터리 분리막 생산공장에서 발생된 폐기물인 파라핀 오일인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파라핀 오일은, 첨가제의 폴리에틸렌(PE)의 무게비를 기준으로 100중량부에 대하여 30 내지 40중량부만큼 함유됨으로써, 폐기물 슬러지의 펄프가 분산되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 첨가제의 파라핀 오일은,

압출 성형시 폐기물 슬러지의 수분이 기화되면, 수분이 존재하던 공간으로 침습됨으로써, 펄프가 분산되어 펄프 간에 결합되는 것을 방지하고,

상기 펄프는,

펄프 간에 결합되지 못해 뭉치지 않음으로써 폴리에틸렌(PE)과 결합될 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 의하면, 펄프와 폴리에틸렌수지(PE수지)가 압출되어 결합되어 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체로 제작될 수 있도록 함으로써, 제지회사에서 발생된 폐기물 슬러지를 별도의 공정을 수행하지 않으면서 그대로 재활용하여, 종래의 목재 플라스틱 복합체(WPC)와 전혀 다르면서 품질이 더욱 향상된 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 제공할 수 있다.

이러한 재활용 방법을 이용함에 따라, 폐기물 슬러지로부터 펄프를 분리해 내기 위한 공정이 생략되기 때문에 펄프 제거를 위해 발생된 폐수의 처리에 대한 문제도 해결할 수 있고, 아울러, 다수 회 반복되는 압출을 생략할 수 있으므로, 불필요한 에너지와 공정의 낭비도 방지할 수 있는 혁신적인 효과를 제공한다.

아울러, 새로운 복합페인 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 제조할 수 있게 됨으로써, 숨쉴 수 있는 플라스틱으로의 활용이 가능하고, 통상의 플라스틱에 비하여 지면 매설시 썩는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있으므로, 친환경적인 원료의 제공이 가능한 효과를 제공한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 관한 것이다.

구체적으로는, 제지회사에서 발생된 폐기물 슬러지를 재활용하여 펄프와 폴리에틸렌수지(PE수지)가 압출되어 결합됨으로써 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체로 제작될 수 있도록 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명에 따른 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법은, 폐기물 슬러지에 첨가제를 첨가하여 200 내지 230℃의 용융 압출을 통해 수행되도록 한다.

구체적으로는, 무게비를 기준으로 폐기물 슬러지 100중량부를 기준으로 첨가제 10 내지 15중량부를 첨가하는 것으로서,

폐기물 슬러지를 준비하고, 준비된 폐기물 슬러지에 첨가제를 첨가한 후, 통상의 압출기를 이용하여 용융 압출을 수행함으로써 압출 성형을 수행하도록 한다.

이때, 상기 첨가제란 유동성 액상물질이 포함된 폴리에틸렌(PE)을 의미한다.

여기서 상기 폴리에틸렌(PE)은 폐기물 슬러지에 포함된 폴리에틸렌(PE)과 동일한 것을 사용하도록 하고, 상기 유동성 액상물질은 분자량 9,000 미만의 단량체(單量體, Monomer)인 플라스틱 올리고머, 폴리머왁스, 파라핀오일 등 다양하게 채용될 수 있는데, 다만 더 구체적으로는 물의 기화점에서 액상 상태로 유지가 가능하면서 유동성을 가지고, 자체의 기화점이 물의 기화점보다 더 높은 것이라면 한정되지 않고 모두 사용될 수 있다.

이때, 자체의 기화점이 물의 기화점보다 더 높은 것의 기준은 바람직하게 2배 이상을 의미할 수 있다.

다만, 보다 바람직하게 상기 첨가제는 폴리머왁스가 함유된 폴리에틸렌(PE) 또는 파라핀 오일이 함유된 폴리에틸렌(PE)일 수 있다.

이는 폴리머왁스와 파라핀 오일이 인체에 대하여 무독성 성질을 가지기 때문이다.

다만, 더 바람직하게 상기 첨가제는 파라핀 오일이 함유된 폴리에틸렌(PE)일 수 있다. 이때, 파라핀 오일은 폴리에틸렌(PE)의 무게비를 기준으로 100중량부에 대하여 30 내지 40중량부 만큼 함유된 것을 사용할 수 있다.

그 이유는, 파라핀 오일이 30 내지 40중량부만큼 함유된 폴리에틸렌(PE)은 배터리 분리막 생산 공장에서 발생되는 폐기물이기 때문이다.

이러한 파라핀 오일이 30 내지 40중량부만큼 함유된 폴리에틸렌(PE)을 사용함에 따라, 또 하나의 폐기물을 처리할 수 있는 수단을 제공함으로써 본 발명에 의해 2종의 폐기물을 처리할 수 있기 때문에, 경제적으로도 이점을 가지며 환경적으로도 친화적인 작용이 가능하다.

이때, 파라핀 오일을 30 내지 40 중량부만큼 사용하는 이유는, 해당 함량의 범위 내에서 폐기물 슬러지 상의 펄프에 침습되어 유동되기 가장 유리한 조건인 것으로 확인되었기 때문이며, 30중량부 미만에서는 펄프의 분산에 대한 효과가 미비했고, 40중량부를 초과하는 함량에서는 용융 압출을 하여 원료를 만들었을때 오일이 밖으로 베어나오는 문제가 발생하였다.

한편, 상술된 실시예에 대하여 다른 설계 조건에 따라서는, 파라핀 오일이 함유된 폴리에틸렌(PE)을 최적의 상태로 가공하여 펄프 자체에 첨가하여 압출함으로써, 동일한 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 획득할 수도 있다.

이는, 예컨대 제지회사에서 가공되어 분리된 펄프에 적용하여 복합체를 획득하기 위한 방안으로서, 첨가제의 폴리에틸렌(PE)의 함량을 증가시키는 등의 최적의 상태로 가공하는 방법을 통해, 온전한 펄프만을 대상으로 위 실시예와 동일한 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 획득하는 것이다.

이하는, 종래 폐기물 슬러지를 통해 용융 압출을 수행하여 본 결과이다.

참고예 1. 폐기물 슬러지를 이용한 용융 압출 결과

참고예 1에 따른 실험은 32mm 용융압출기를 이용하여 종래이 폐기물 슬러지를 220℃에 압출하였다.

이때, 220℃를 선택한 이유는, 파라핀오일의 기화점이 240℃인 점을 고려하여 파라핀오일에 영향을 주지 않도록 하기 위함이다.

그 결과, 용융 압출에 따른 압출 성형이 이루어지지 않았다. 아울러, 순간마다 수분이 기화되면 끓는 현상이 발견되었다.

그 이유는, 기화에 따라 폐기물 슬러지 내에 폴리에틸렌(PE)과 펄프 속 수분이 펄프와 가수분해가 일어나 펄프 내 수분이 존재했던 공간이 비게 됨에 따라, 펄프끼리 결합되고, 결합된 펄프의 입자가 증가되어 이물질 기능을 하여 압출 성형을 방해한 것이다.

이하는, 본 발명에 서술된 방법을 기반하여 용융 압출을 수행한 결과를 나타낸 것이다.

참고예 2. 본 발명의 방법에 기반한 용융 압출 결과

참고예 2에 따른 실험은 상술된 본 발명의 실시예에 기반한 방법으로 수행되었다. 그리고 온도는 220℃로 수행되었다.

해당 실험을 진행함에 따라, 압출 성형이 성공하여 펄프와 폴리에틸렌(PE)이 결합된 펠렛 형태의 원료 제작이 가능했다.

이는 펄프 내에 함유되어 있던 수분이 기화됨과 동시에, 물의 기화점에서 액상의 형태로 존재하는 유동성 물질인 파라핀 오일이 펄프 내의 수분이 차지하던 공간에 침습되어 펄프의 분산을 유발하고, 결국 펄프 간의 결합을 방지함으로써, 펄프와 첨가제의 폴리에틸렌(PE) 및 폐기물 슬러지의 폴리에틸렌(PE)이 결합된 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 의하면, 펄프와 폴리에틸렌수지(PE수지)가 압출되어 분산 및 결합됨으로써 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체로 제작될 수 있도록 함으로써, 제지회사에서 발생된 폐기물 슬러지를 별도의 공정을 수행하지 않으면서 그대로 재활용하여, 종래의 목재 플라스틱 복합체(WPC)와 전혀 다르면서 품질이 더욱 향상된 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 제공할 수 있다.

이러한 재활용 방법을 이용함에 따라, 폐기물 슬러지로부터 펄프를 분리해내기 위한 공정이 생략되기 때문에 펄프 제거를 위해 발생된 폐수의 처리에 대한 문제도 해결할 수 있고, 아울러, 다수 회 반복되는 압출을 생략할 수 있으므로, 불필요한 에너지와 공정의 낭비도 방지할 수 있는 혁신적인 효과를 제공한다.

아울러, 새로운 복합페인 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 제조할 수 있게 됨으로써, 숨쉴 수 있는 플라스틱으로의 활용이 가능하고, 통상의 플라스틱에 비하여 지면 매설시 썩는데 걸리는 시간을 단축시킬 수 있으므로, 친환경적인 원료의 제공이 가능한 효과를 제공한다.

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (8)

1. 종이류로부터 펄프가 분리되고 남은, 펄프가 20~30% 잔여하는 폴리에틸렌(PE)을 폐기물 슬러지로 준비하고, 준비된 폐기물 슬러지에 첨가제를 첨가한 후, 압출기를 이용하여 용융 압출을 수행함으로써, 순수 셀룰로오스 플라스틱 복합체를 제조하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법에 있어서,
   상기 첨가제는 유동성 액상물질이 포함된 폴리에틸렌(PE)이되,
   상기 첨가제의 폴리에틸렌(PE)은 폐기물 슬러지에 포함된 폴리에틸렌(PE)과 동일한 것을 사용하고,
   상기 유동성 액상물질은,
   물의 기화점에서 액상 상태로 유지가 가능하면서 유동성을 가지고, 자체의 기화점이 물의 기화점보다 더 높은 것으로서,
   배터리 분리막 생산공장에서 발생된 폐기물인 파라핀 오일인 것을 특징으로 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 용융 압출은 200 내지 230℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 첨가제는,
   상기 폐기물 슬러지의 무게비 100중량부를 기준으로 10 내지 15중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법.
   
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 파라핀 오일은,
   첨가제의 폴리에틸렌(PE)의 무게비를 기준으로 100중량부에 대하여 30 내지 40중량부만큼 함유됨으로써,
   폐기물 슬러지의 펄프가 분산되도록 하는 것을 특징으로 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 첨가제의 파라핀 오일은,
   압출 성형시 폐기물 슬러지의 수분이 기화되면, 수분이 존재하던 공간으로 침습됨으로써, 펄프가 분산되어 펄프 간에 결합되는 것을 방지하고,
   상기 펄프는,
   펄프 간에 결합되지 못해 뭉치지 않고 분산효과를 냄으로써 폴리에틸렌(PE)과 결합될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 제지회사에서 발생하는 폐기물 슬러지를 활용한 재활용 방법.