KR102216447B1 - 재생 플라스틱 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 재생 플라스틱 제조방법에 의하면, 분리 및 선별이 어려워 재사용이 불가능하고, 소각 및 매립 처리하던 기 사용 플라스틱 복합재, 플라스틱 더스트 등을 주재로 하여, 재생 플라스틱을 제조할 수 있게 되므로, 자원의 재활용이 가능하고, 환경오염을 저감할 수 있으며, 상기 방법에 따라 제조된 재생 플라스틱은, 최종 플라스틱 성형품에서 요구되는 물성치를 만족하며, 압출가공, 사출성형, 주형성형, 프레스가공 등 종래 알려진 일반적인 플라스틱 가공방법을 통해 플라스틱 제품으로 다시 활용이 가능하다. 또한, 상기 재생 플라스틱을 이용하여 제조한 연료칩은 화력 발전소 등에 있어서 소각 연료로 활용이 가능하다.

Description

재생 플라스틱 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR RECYCLED PLASTIC MATERIALS}

본 발명은 재생 플라스틱 제조방법에 관한 것이다.

오늘날 플라스틱 쓰레기로 인한 환경파괴 문제가 심각하고, 이러한 플라스틱 쓰레기를 처리하는 것에 세계적인 관심이 집중되고 있다. 특히, 플라스틱 쓰레기로 인한 해양오염 문제가 심각하게 대두되고 있으며, 어류를 포함한 해양 생태계가 플라스틱 쓰레기로 인해 위협받고 있는 상황이다.

대한민국 환경부가 발표한 전국 폐기물 발생 및 처리 현황 통계에 따르면, 국내플라스틱 폐기물 발생량이 2010년부터 2015년까지 연평균 6.4%씩 증가하고 있고, 2015년에는 그 양이 690만톤에 이르는 것으로 집계되었다. 이러한 플라스틱 폐기물 중 약 60%의 플라스틱 폐기물은 재활용되고, 35%는 소각, 5%는 매립되는 것으로 나타났다.

한편, 플라스틱의 재활용 기술로 알려진 기술 중 기계적 재활용 기술은 폐플라스틱의 개조, 그래뉼화, 슈레딩 등이 있고, 단순하고도 비용이 상대적으로 저렴한 것이 특징이다. 상기 방법에 따르면 기 사용된 플라스틱을 수집하여 수작업으로 혹은 기계로 분리한 다음, 세제와 스프레이로 세척 후 고속분쇄기로 절단한다. 그리고 건조한 분체는 펠렛으로 주조하여 플라스틱 목재, 판재, 하수관, 전선관, 자동차 대쉬보드 등의 제조에 사용하게 된다. 그러나, 각 가정에서 배출/수집되는 기 사용된 플라스틱 폐기물에는 재사용조건에 맞는 유효한 자원 이외에도 얇은 플라스틱 필름 형태거나, 종이, 나무조각, 로프, 라벨 등과 혼재된 경우가 많아 재활용이 곤란하였다.

본 발명자들은, 상술한 문제점을 해결하기 위해 일반적으로 소각 또는 매립되어 오던 종이, 나무조각, 로프, 라벨 등이 혼재된 혼합 플라스틱 폐기물을 특정 반응 조건 하에서 섬유상 분말과 혼합 및 가공하고, 이를 재활용 플라스틱 원료와 혼합 및 가공하여 펠릿 형태로 성형함으로써, 재사용이 가능한 재생 플라스틱 제조하는 재생 플라스틱 제조방법을 제공하고자 하였다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서는, a) 혼합 플라스틱 폐기물을 반응기에 투입하고, 150 내지 250 ℃의 고온증기, 20 내지 50 기압, 20 내지 50 rpm 교반 조건 하에서 반죽 및 분산하는 단계; b) 상기 a 단계를 통해 얻은 혼합 플라스틱 폐기물을 상온으로 냉각한 후, 상기 폐기물에 아스펙트(aspect) 비가 50 내지 1,000인 섬유상 분말을 상기 폐기물 100 중량부에 10 내지 50 중량부로 혼합 및 반죽하는 단계; 및 c) 재활용 플라스틱 원료 100 중량부에 상기 b 단계에서 얻은 폐기물 분말을 10 내지 50 중량부를 혼합 및 반죽한 후, 펠릿(pellet) 형태로 압출 성형하는 단계; 를 포함하는, 재생 플라스틱 제조방법을 제공한다.

또한, 본 명세서에서는, 상기 방법에 의해 제조되는 재생 플라스틱으로서, 상기 재생 플라스틱은 혼합 플라스틱 폐기물, 섬유상 분말 및 재활용 플라스틱 원료의 용융 혼합 간 상호 메쉬(mesh) 구조를 형성하는, 재생 플라스틱을 제공한다.

본 발명에 따른 재생 플라스틱 제조방법에 의하면, 분리 및 선별이 어려워 재사용이 불가능하고, 소각 및 매립 처리하던 기 사용 플라스틱 복합재, 플라스틱 더스트 등을 주재로 하여, 재생 플라스틱을 제조할 수 있게 되므로, 자원의 재활용이 가능하고, 환경오염을 저감할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 재생 플라스틱은, 최종 플라스틱 성형품에서 요구되는 물성치를 만족하며, 압출가공, 사출성형, 주형성형, 프레스가공 등 종래 알려진 일반적인 플라스틱 가공방법을 통해 플라스틱 제품으로 다시 활용이 가능하다. 또한, 상기 재생 플라스틱을 이용하여 제조한 연료칩은 화력 발전소 등에 있어서 소각 연료로 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재생 플라스틱 제조공정의 순서를 개략적으로 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 재생 플라스틱 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 재생 플라스틱에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 재생 플라스틱 제조방법은, a) 혼합 플라스틱 폐기물을 반응기에 투입하고, 150 내지 250 ℃의 고온증기, 20 내지 50 기압, 20 내지 50 rpm 교반 조건 하에서 반죽 및 분산하는 단계; b) 상기 a 단계를 통해 얻은 혼합 플라스틱 폐기물을 상온으로 냉각한 후, 상기 폐기물에 아스펙트(aspect) 비가 50 내지 1,000인 섬유상 분말을 상기 폐기물 100 중량부에 10 내지 50 중량부로 혼합 및 반죽하는 단계; 및 c) 재활용 플라스틱 원료 100 중량부에 상기 b 단계에서 얻은 폐기물 분말을 10 내지 50 중량부를 혼합 및 반죽한 후, 펠릿(pellet) 형태로 압출 성형하는 단계; 를 포함할 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 플라스틱의 재활용 기술로 알려진 기술 중 기계적 재활용 기술은 폐플라스틱의 개조, 그래뉼화, 슈레딩 등의 방법이 있고, 단순하고도 비용이 상대적으로 저렴한 것이 특징이다. 상기 방법에 따르면 기 사용된 플라스틱을 수집하여 수작업으로 혹은 기계로 분리한 다음, 세제와 스프레이로 세척 후 고속분쇄기로 절단한다. 그리고 건조한 분체는 펠렛으로 주조하여 플라스틱 목재, 판재, 하수관, 전선관, 자동차 대쉬보드 등의 제조에 사용하게 된다. 그러나, 각 가정에서 배출/수집되는 기 사용된 플라스틱 폐기물에는 재사용조건에 맞는 유효한 자원 이외에 형태가 얇은 플라스틱 필름이거나, 종이, 나무조각, 로프, 라벨 등과 혼재된 형태로 존재하여 재활용이 곤란한 경우가 많다.

이에 본 발명자들은, 일반적으로 소각 또는 매립되어 오던 종이, 나무조각, 로프, 라벨 등이 혼재된 혼합 플라스틱 폐기물을 특정 반응 조건 하에서 섬유상 분말과 혼합 및 가공하고, 이를 재활용 플라스틱 원료와 혼합 및 가공하여 펠릿 형태로 성형하는 경우, 최종 플라스틱 성형품에서 요구되는 물성치를 만족하면서도, 압출가공, 사출성형, 주형성형, 프레스가공 등 종래 알려진 일반적인 플라스틱 가공방법을 통해 플라스틱 제품으로 다시 활용이 가능하고, 상기 재생 플라스틱을 이용하여 제조한 연료칩은 화력 발전소 등에 있어서 소각 연료로 활용이 가능하다는 점을 실험을 통하여 확인하고 본 발명을 완성하였다.

먼저, 혼합 플라스틱 폐기물을 반응기에 투입하고, 150 내지 250 ℃의 고온증기, 20 내지 50 기압, 20 내지 50 rpm 교반 조건 하에서 반죽 및 분산한다(단계 a).

본 명세서에서 혼합 플라스틱 폐기물은 가정에서 배출/수집되는 사용 후 플라스틱 제품 중 재활용을 위해 분리 및 선별되고 남은 것으로서, 구체적으로 얇은 플라스틱 필름 형태이거나 또는 종이, 나무조각, 로프 및 라벨 등과 혼재되어 있어, 재활용이 어려운 플라스틱 또는 플라스틱 더스트(Dust)를 포함할 수 있으며, 종래 이러한 혼합 플라스틱 폐기물은 소각하거나, 매립하는 것이 일반적이었으나, 본 발명에서는 재생 플라스틱 제조를 위한 주재로 사용될 수 있다.

한편, 상기 준비된 혼합 플라스틱 폐기물은 열분해 반응이 일어날 수 있는 반응기 내로 투입되는데, 구체적으로 150 내지 250℃, 보다 상세하게는 190 내지 210℃의 고온증기, 및 20 내지 50 기압, 보다 상세하게는 20 내지 25 기압의 반응압력 조건 하에서 반죽 및 분산하는 단계를 거칠 수 있으며, 이때 반죽 및 분산 시 교반 조건은 20 내지 50 rpm, 상세하게는 30 rpm 조건 하에서 수행될 수 있다.

특히, 상기 단계에서 고온증기 온도가 150℃ 미만인 경우 플라스틱 폐기물의 조성물을 균일하게 용융시키는 것이 불가능하며, 250℃를 초과하는 경우 혼재된 나무조각, 종이 성분 등이 플라스틱에 눌러붙는 등 불순물 유입 혹은 불순물 제거가 어려운 문제점이 있으므로, 상기 온도 범위를 가지는 고온증기를 사용하여 수행하는 것이 적합할 수 있다.

또한, a 단계에서 반응압력 조건은 20 내지 50 기압, 보다 상세하게는 20 내지 25 기압 조건 범위 내일 수 있으며, 설비 비용이나, 안정성 또는 운전용이성을 고려할 때, 20 내지 25 기압 조건 범위 내에서 수행될 수 있다.

다음으로, 상기 a 단계를 통해 얻은 혼합 플라스틱 폐기물을 상온으로 냉각한 후, 상기 폐기물에 아스펙트(aspect) 비가 50 내지 1,000인 섬유상 분말을 상기 폐기물 100 중량부에 10 내지 50 중량부로 혼합 및 반죽한다(단계 b).

상기 단계에서는 상기 a 단계를 통해 얻은 혼합 플라스틱 폐기물을 상온으로 냉각한 다음, 상기 폐기물에 아스펙트 비(또는 종횡비)가 50 내지 1,000인 섬유상 분말을 상기 폐기물 100 중량부에 10 내지 50 중량부로 혼합 및 반죽하며, 구체적으로, 상기 섬유상 분말은 목질 후레이크, 대나무질 후레이크 및 펄프 분말로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 섬유상 분말일 수 있다.

특히 본 단계에서 사용되는 섬유상 분말은 아스펙트 비가 50 내지 1,000, 보다 상세하게는 50 내지 500인 것이 사용될 수 있으며 이는, 상술한 a 단계에서 얻은 폐기물과 섬유상 분말을 혼합 및 반죽하는 단계를 통해 용융된 플라스틱에 있어서 상호 간 메쉬(그물코) 형상 구조를 형성시키기 위함이다. 일례로 사용되는 섬유상 분말의 아스펙트 비가 50 미만인 경우 상기 메쉬 형상 구조를 형성시키기 어렵고, 섬유상 분말의 아스펙트 비가 1,000을 초과하는 경우 섬유상 분말이 용융플라스틱 내에서 메쉬 상에 분산되는 것이 아니라, 둥근 가래떡과 같은 덩어리로 분산되어 버리기 때문에, 보강 효과를 얻기 어렵다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면 상기 단계를 통해 제조한 폐기물을 분쇄하여 분말화하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 섬유상 분말의 아스펙트 비가 상기 범위 내인 경우 균질한 분말화가 가능한 효과가 있다. 상기 단계를 통해 얻은 분말의 입경은 0.5 내지 3㎜일 수 있다.

다음으로 재활용 플라스틱 원료 100 중량부에 상기 c 단계에서 얻은 폐기물 분말을 10 내지 50 중량부를 혼합 및 반죽한 후, 펠릿(pellet) 형태로 압출 성형한다(단계 c).

구체적으로 본 명세서에서 재활용 플라스틱 원료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 아크릴로나이트릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리카보네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 기사용된 플라스틱을 분쇄, 세척, 건조 및 압출 가공하여 제조한 재활용 플라스틱일 수 있으며, 구체적으로, 상기 재활용 플라스틱 원료는 미세분말 혹은 후레이크 형태일 수 있다.

한편, 상기 단계에서는 재활용 플라스틱 원료 100 중량부에 대하여, 상기 b 단계에서 얻은 폐기물 분말을 10 내지 50 중량부를 혼합 및 반죽할 수 있으며, 혼합 반죽 후, 이를 냉각하고, 2축 압출기를 사용하여 스트랜드 상으로 압출하여 5 내지 20 ㎜의 펠릿(pellet) 형태로 압출 성형할 수 있다. 한편, 상기 단계에서 1축 압출기도 사용은 가능하지만, 균일한 혼합, 반죽 및 분산 효과를 높이기 위해서는 2축 압출기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 상기 단계에서 폐기물 분말을 상술한 범위로 재활용 플라스틱 원료로 혼합하는 것은 최종 성형품에서 요구되는 물성치를 감안하여 설정된 것으로서, 구체적으로, 폐기물 분말이 10 중량부 미만으로 혼합되는 경우 코스트 삭감 효과를 충분히 얻기 어렵고, 50 중량부를 초과하여 혼합되는 경우 물성 중 강도 측면에서 불리한 효과가 나타날 수 있다. 특히, 재활용 플라스틱 원료 100 중량부에 대하여 상기 폐기물 분말은 30 중량부로 포함되는 것이 기계적 강도를 비롯한 물성과 코스트 삭감 측면에서 가장 유리할 수 있다.

이상과 같이 설명한 본 발명에 따른 재생 플라스틱은 혼합 플라스틱 폐기물, 섬유상 분말 및 재활용 플라스틱 원료의 용융 혼합 간 상호 메쉬(mesh) 구조를 형성하는 것일 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따른 재생 플라스틱은 연료칩일 수 있고, 상기 연료칩은 화력 발전소 등에서 사용하는 소각연료로 활용이 가능하다.

이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

그린환경의 국제환경에너지기술연구소의 200리터 테스트 플랜트 내에서 수거된 플라스틱 포장용기 중 수거 및 선별이 가능한 플라스틱 포장용기를 먼저 선별하고, 선별되지 않은 포장용 올레핀 필름, 라벨, 로프 및 라미네이트 종이 용기와 혼재된 플라스틱 폐기물(폴리프로필렌 및 고밀도 폴리에틸렌 98% 이상) 100리터를 상기 플랜트 장치에 반응기에 넣고, 220℃, 20 기압, 30 rpm 교반 조건 하에서 가열, 혼합 및 교반하였다. 이를 통해 반죽 및 분산된 폐기물은 상온에서 식힌 후, 반응 중 엉겨붙은 덩어리를 분쇄하여 Φ 0.2 내지 2㎜의 분말로 제조하였다. 한편, 상기 폐기물 분말의 중량은 약 10kg 이었다.

다음으로, 상기 반응기 내에 아스펙트 비가 50 내지 150 범위 내인 섬유상 분말로서 대나무 파쇄 후레이크 3kg을 상기 반응기 내에 투입하고, 2 시간 동안 혼합 반죽 및 가공한 다음, 이를 약 25℃ 온도 조건으로 냉각시키고, 고속 분쇄기를 이용하여 분쇄하였다.

다음으로, 재활용 폴리프로필렌 분말 30 kg, 재활용 고밀도 폴리에틸렌 20 kg 의 혼합물에 대하여 상기 폐기물 분말 10 kg을 혼합한 후, 스트랜드 상으로 압출하여 냉각 후 5 내지 10 ㎜ 단위로 절단하여 플라스틱 펠릿(pellet)을 제조하였다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (7)

1. a) 수집, 배출 및 분리가 불가능한 플라스틱 더스트(Dust)를 반응기에 투입하고, 150 내지 250 ℃의 고온증기, 20 내지 25기압, 30 rpm 교반 조건 하에서 반죽 및 분산하는 단계;
   b) 상기 a 단계를 통해 얻은 플라스틱 더스트(Dust)를 상온으로 냉각한 후, 상기 플라스틱 더스트에 아스펙트(aspect) 비가 50 내지 500인, 목질 후레이크, 대나무질 후레이크 및 펄프 분말로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 섬유상 분말을 상기 플라스틱 더스트 100 중량부에 10 내지 50 중량부로 혼합 및 반죽하고 분쇄하여 0.5 내지 3 ㎜ 입경의 분말로 분말화하는 단계; 및
   c) 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 아크릴로나이트릴, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리카보네이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 기사용된 플라스틱 미세분말 또는 후레이크를 분쇄, 세척, 건조 및 압출 가공하여 제조한 재활용 플라스틱인, 재활용 플라스틱 원료 100 중량부에 상기 b 단계에서 얻은 플라스틱 더스트 분말을 30 중량부를 혼합 및 반죽한 후, 5 내지 20 ㎜의 펠릿(pellet) 형태로 2축 압출기를 이용하여 압출 성형하는 단계; 를 포함하는, 재생 플라스틱 제조방법으로서,
   상기 재생 플라스틱은 플라스틱 더스트(Dust), 섬유상 분말 및 재활용 플라스틱 원료의 용융 혼합 간 상호 메쉬(mesh) 구조를 형성하는, 재생 플라스틱 제조방법.
   
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6. 제 1 항의 방법에 의해 제조되는 재생 플라스틱으로서,
   상기 재생 플라스틱은 플라스틱 더스트(Dust), 섬유상 분말 및 재활용 플라스틱 원료의 용융 혼합 간 상호 메쉬(mesh) 구조를 형성하며,
   상기 재생 플라스틱은 연료칩인, 재생 플라스틱.
   
7. 삭제

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