KR102311536B1 - 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐분체도료를 여과망에 통과시켜 이물질을 제거하는 이물질 제거단계(S10); 상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 압출기에 투입하여 용융 압출시키는 제1차 용융 압출 단계(S20); 상기 용융 압출된 폐분체도료를 냉각시켜 폐분체펠렛을 형성하는 폐분체펠렛 형성단계(S30); 상기 폐분체펠렛을 폐수지펠렛과 혼합하여 혼합펠렛을 제조하는 단계(S40); 및 상기 혼합펠렛을 용융 압출하는 제2차 용융 압출단계(S50)를 포함하는 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛에 관한 것이다.

Description

폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛{Manufacturing method of recycled resin pellets using waste powdery paints, and recycled resin pellets manufactured using the same}
본 발명은 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굽힘강도 및 인장강도가 개선된 건식 용융압출방식의 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료에 관한 것이다.
현재 폐분체도료는 환경부 지정 특정 폐기물 업체를 통해서만 폐기 처분해야하는 법적 규제 사항이 있으며, 그 비용은 톤당 약 40여만원의 고비용으로 위탁 처리되고 있는 실정이다.
이러한 폐분체도료의 종류로는 에폭시계 분체도료, 아크릴 분체도료, 우레탄계 분체도료 등으로부터 유래한다. 비스페놀A(BPA, Bisphenol-A), 비스페놀F(BPF, Bisphenol-F), 노볼락(Novolac) 수지 등을 주로 사용하는 에폭시 분체도료는 고광택의 우수한 외관과 우수한 부착성, 유연성, 경도, 내용제성, 내화학성 등 뛰어난 물성을 가지고 있으나, 옥외폭로시 초킹(Chalking) 현상과 고온에서 황변(Yellowing) 현상이 심하여 주로 자외선 폭로가 없는 실내, 탱크내부, 매립용 등에 사용된다. 아크릴계 분체도료는 표면마감 도장에 광범위하게 사용되며 옥외폭로에도 색상과 광택 유지율이 우수하며 내열성, 내알카리성이 우수하여 주로 자동차 외부 부품이나 자동차 휠 도장에 사용되나 타 도료와 혼용성이 떨어지는 단점이 있다.
분체도료의 제조방법은 용제 사용 유무에 따라서 건식법과 습식법으로 구분된다. 건식법은 현재 널리 사용되는 방법으로 열을 이용하여 원재료를 용융하여 분산과정을 통해 혼합후 냉각하여 분쇄하는 과정을 통해분체도료를 만드는 기법입니다. 습식법은 현재는 거의 사용되지 않는 방법으로 용제를 사용하여 원재료를 용해시킨 상태에서 분산 및 혼합을 시키는 기법으로 조색성과 분산성이 우수하나, 가격이 비싸고, 용제를 회수 및 제거하는 특수 공정이 필요하다는 단점이 존재한다.
한편, 폐분체도료의 재활용을 위한 재처리 기술로서, 대한민국 등록특허 제10-0949379호에서 폐분체도료의 재처리 방법, 폐분체도료를 포함하는 재생 분체도료 및 재생 분체도료의 제조방법을, 대한민국 등록특허 제10-1709270호에서 폐분체도료 처리장치 및 방법을, 대한민국 등록특허 제0-1769532호에서 폐분체도료 재생장치 및 이를 이용한 폐분체도료 재생방법에 대하여 개시하고 있으나, 폐분체도료를 폐합성수지와 혼합하여 제조한 재생펠렛에 대하여는 개시하고 있지 않다.
등록특허 제10-2111308호는 폐분체도료를 사용한 수지 펠렛 및 그 제조방법에 관한 것으로, 폐분체도료와 용매를 혼합하는 습식법을 채택하여 폐분체도료를 폐합성수지와 혼합하여 제조한 펠렛에 대하여 개시하고 있다. 그러나, 상기 선행기술은 종래의 습식법의 문제점인 용제를 사용하여 원재료를 용해시킨 상태에서 분산 및 혼합을 시켜야 하므로 가격이 비싸고 용제를 회수 및 제거하는 별도의 공정이 추가로 필요하다. 또한, 폐분체도료를 폐합성수지와 혼합하여 제조한 재생펠렛이 다양한 산업 분야에 활용되기 위하여는 굽힘강도 및 인장강도 등과 같은 물성이 개선될 필요가 있다.
이에, 본 발명자들은 건식 용융압출방식에 의한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조 기술에 대하여 연구하던 중, 굽힘강도 및 인장강도가 개선된 건식 용융압출방식에 의한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조 공정을 확립함으로써 본 발명을 완성하였다.
대한민국 등록특허 제2111308호 (공고일자 2020. 05. 15)
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 건식 용융압출방식을 채택함으로써 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 굽힘강도 및 인장강도를 개선시키는 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 폐분체펠럿 및 폐수지펠렛의 혼합된 펠렛에 제올라이트와 육방정계 질화붕소로 구성된 충전재를 혼합함으로써 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 물성을 개선시켜 굽힘강도 및 인장강도가 현저히 향상된 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛을 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폐분체도료를 여과망에 통과시켜 이물질을 제거하는 이물질 제거단계(S10); 상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 압출기에 투입하여 용융 압출시키는 제1차 용융 압출 단계(S20); 상기 용융 압출된 폐분체도료를 냉각시켜 폐분체펠렛을 형성하는 폐분체펠렛 형성단계(S30); 상기 폐분체펠렛을 폐수지펠렛과 혼합하여 혼합펠렛을 제조하는 단계(S40); 및 상기 혼합펠렛을 용융 압출하는 제2차 용융 압출단계(S50)를 포함하는 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 폐분체도료는 에폭시계 분체도료 20~40 중량부, 우레탄계 분체도료 20~40 중량부, 에틸렌계 분체도료 10~30 중량부, 아크릴계 분체도료 10~30 중량부를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법에 있어서, 상기 S20단계인 제1차 용융 압출 단계는 이물질이 제거된 폐분체도료를 압출기에 투입하여 용융 압출시키는 공정이다. 본 발명은 종래의 습식법의 문제점을 개선하기 위하여 건식법을 채택하여 용제를 사용하지 않고 용융 압출 공정을 적용하였다. 이로 인해 종래의 습식법에서와 같이 용제를 사용하여 원재료를 용해시킨 상태에서 분산 및 혼합하는 공정으로 인한 원가의 상승, 및 용제를 회수 및 제거하는 별도의 추가 공정이 필요하게 되는 문제점을 해결할 수 있게 된다.
제1차 용융 압출을 위해서 60~130℃의 온도 범위에서 용융 압출하며, 바람직하게는 120℃에서 3분 이내 용융 후 압출한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법에 있어서, 상기 S30단계는, 상기 용융 압출된 폐분체도료를 간접 냉각 방식의 냉각판을 통과시켜 간접 냉각시키는 것을 특징으로 한다. 이때, 간접 냉각 방식은 히팅코일을 이용한 열교환 방식일 수 있고, 상기 간접 냉각 시키는 적정 온도는60 ~ 130℃가 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법에 있어서, 상기 S30단계는, 상기 냉각된 폐분체펠렛을 분쇄기로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법에 있어서, 상기 S40단계는, 상기 폐분체펠렛과 폐수지펠렛을 30 ~ 50 중량부 : 40 ~ 70 중량부의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 한다.
폐수지는 폴리프로필렌수지, 폴리에틸렌수지 및 폴리스티렌수지 중에서 1종이상 선택하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법에 있어서, 상기 S50단계는 제2차 용융 압출단계로서, 상기 혼합펠렛을 용융기에서 용융한 후 130℃ ~ 180℃에서 5분 ~ 10분 동안 압출되는 것을 특징으로 한다.
제2차 용융 압출단계에서 용용 온도가 180℃를 초과하거나 130℃ 미만일 경우 재생펠렛의 물성을 변화시켜 굽힘강도 및 인장강도와 같은 물성의 급격한 저하를 가져오게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법에 있어서, 상기 S40단계는, 제올라이트와 산화처리된 육방정계 질화붕소를 1:1의 중량비로 구성된 충전재를 추가로 혼합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 재생펠렛의 물성을 강화시키기 위하여 충전재 후보군을 탐색하였다. 제올라이트, 알루미나, 탄산마그네슘, 질화붕소(Boron Nitride), 육방정계 질화붕소에 대하여 탐색한 결과, 제올라이트와 육방정계 질화붕소를 1:1의 중량비로 구성된 충전재를 추가로 혼합할 경우 굽힘강도 및 인장강도가 현저히 증가함을 확인하였다.
육방정계 질화붕소(hexagonal-BN)는 평면 육방정계 결정 구조에 교대로 위치한 붕소 원자와 질소 원자로 이루어진다. 육방정계 질화붕소의 층간 구조는 인접하여 있는 붕소 원자와 질소 원자가 두 원자의 극성으로 인하여 서로 중첩되는 구조이다. 육방정계 질화붕소 분말은 시판되는 것을 구입할 수 있다.
본 발명에 있어서, 육방정계 질화붕소는 수지와의 혼화성을 위하여 산화처리된 육방정계 질화붕소가 바람직하다.
본 발명은 상기 방법으로 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛을 제공한다.
본 발명에 따른 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛은 건식 용융압출방식을 채택함으로써 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 굽힘강도 및 인장강도를 개선시키는 우수한 효과가 있다.
또한, 폐분체펠럿 및 폐수지펠렛의 혼합된 펠렛에 제올라이트와 육방정계 질화붕소로 구성된 충전재를 혼합함으로써 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 물성을 개선시켜 굽힘강도 및 인장강도가 현저히 향상되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조공정의 모식도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 바람직한 실시예를 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 별도로 정의 되지 않는 한 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 화학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법 및 이하에 기술하는 실험 방법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
<실시예 1>
에폭시계 분체도료 30 중량부, 우레탄계 분체도료 30 중량부, 에틸렌계 분체도료 20 중량부, 아크릴계 분체도료 20 중량부를 혼합한 폐분체도료를 호퍼통에 저장한 후 여과망에 통과하여 이물질을 제거하였다. 이때 여과망의 크기는 1mm2 이하를 사용한다. 제1차 용융 압출을 위해서 120℃ 이하에서 3분 이내 용융 후 압출하였다. 냉각과정은 간접 냉각으로서 냉각판을 통과한다. 냉각판을 통과한 폐분체펠럿을 분쇄기에 의해 2mm 크기로 절단하였다.
절단된 폐분체펠럿은 호퍼통에 2차 저장된다. 저장된 폐분체펠럿은 이송관을 통하여 폴리프로필렌류의 폐수지펠럿과 4:6의 중량비(폐분체펠럿 40% : 폐수지펠렛 60%)로 혼합하였다. 혼합된 펠렛은 제2차 용융 압출을 위해 압출기에서 용융과정(용융기에서 용융된 후 180℃ 이하에서 8분 이내에 압출한다)을 거쳐 압출하였다. 압출된 재활용 펠렛은 수전로(수냉식)를 통과하여 냉각과정을 거치고, 냉각후 절단기에서 적정한 크기로 절단하여 시편을 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 물성 개선을 위하여 폐분체펠럿 및 폐수지펠렛의 혼합된 펠렛에 제올라이트(Zeolite)와 산화처리된 육방정계 질화붕소를 1:1의 중량비로 구성된 충전재를 추가로 혼합하였다. 건식 압출용융 방식으로 처리할 경우 혼합된 분체도료는 서로 상이한 물성을 가지며 용융 온도 등의 가공조건에 따라 계면 간 온도반응이 달라지므로 상기 충전재를 투입하여 용융압출시 인장강도 및 굽힘강도의 물성을 개선하였다.
폐분체펠럿 및 폐수지펠렛의 혼합된 펠렛에 상기 충전재를 혼합한 혼합비는 폐분체펠럿 40% : 폐수지펠렛 50% : 충전재 10%의 중량비로 혼합하였고, 이후 실시예 1과 동일하게 압출기에 용융과정을 거쳐 압출하였다.
이때, 산화처리된 육방정계 질화붕소는 다음과 같이 제조하였다.
육방정계 질화붕소 5 내지 10g을 황산(H2SO4) 200 내지 300ml와 질산나트륨(Sodium nitride) 3 내지 7g을 혼합하여 3 내지 5시간 동안 5 내지 10℃ 온도분위기에서 교반한 후, ph 6 내지 7의 중성이 될 때까지 증류수와 아세톤으로 혼합용액을 여과하였다. 이후 60 내지 80℃ 온도를 유지하면서 10 내지 12시간 건조하여 산화처리된 육방정계 질화붕소 분말을 제조하였다.
<비교예>
비교예 1은 습식법을 적용한 경우로서, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하되 제1차 용융압출 방식 대신 혼합한 폐분체도료 100 중량부에 용매로서 메틸이소부틸케톤 20 중량부를 혼합하였다. 이후 공정은 실시예 1과 동일하게 적용하여 폐수지펠렛과 혼합 후 제2차 용융압출 공정을 수행하였다.
비교예 2는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하되 실시예 2의 충전재 대신 제올라이트만을 사용하였다.
비교예 3은 상기 실시예 2와 동일하게 실시하되 실시예 2의 충전재 대신 산화처리된 육방정계 질화붕소만을 사용하였다.
비교예 4는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하되 실시예 2의 충전재 대신 산화처리되지 않은 육방정계 질화붕소만을 사용하였다.
비교예 5는 상기 실시예 2와 동일하게 실시하되 실시예 2의 충전재 대신 제올라이트 및 알루미나가 1:1의 중량비로 구성된 충전재를 사용하였다.
비교예 6은 상기 실시예 2와 동일하게 실시하되 실시예 2의 충전재 대신 제올라이트 및 탄산마그네슘이 1:1의 중량비로 구성된 충전재를 사용하였다.
비교예 7은 상기 실시예 2와 동일하게 실시하되 실시예 2의 충전재 대신 제올라이트 및 산화처리되지 않은 육방정계 질화붕소가 1:1의 중량비로 구성된 충전재를 사용하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 시편의 인장강도 및 굽힘강도를 측정하였다. 이때, 굽힘강도는 KSM 3015의 6.17 굽힘 강도 및 굽힘 탄성률에 따라 측정하였고 인장강도는 KSM 3015의 6.18 인장 강도에 따라 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
구분 굽힘강도(N/mm2) 인장강도(N/mm2)
실시예1 18.8 10.5
실시예2 27.6 16.7
비교예1 10.8 5.9
비교예2 20.3 10.7
비교예3 21.4 11.5
비교예4 19.1 10.6
비교예5 20.6 10.8
비교예6 20.5 10.9
비교예7 21.2 11.0
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 건식법에 의한 제1차 및 제2차 용융 압출 단계를 채택한 실시예 1은 종래의 습식법을 적용한 비교예 1에 비하여 굽힘강도 및 인장강도가 현저히 개선됨을 확인할 수 있다.
또한, 충전재를 추가로 혼합한 실시예 2의 경우 제올라이트와 산화처리된 육방질화붕소의 시너지 효과로 인하여 다른 충전재를 추가한 비교예 2 내지 7에 비하여 굽힘강도 및 인장강도가 현저히 개선되었다.
한편, 이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (7)

  1. 폐분체도료를 여과망에 통과시켜 이물질을 제거하는 이물질 제거단계(S10);
    상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 압출기에 투입하여 용융 압출시키는 제1차 용융 압출 단계(S20);
    상기 용융 압출된 폐분체도료를 냉각시켜 폐분체펠렛을 형성하는 폐분체펠렛 형성단계(S30);
    상기 폐분체펠렛을 폐수지펠렛과 혼합하여 혼합펠렛을 제조하는 단계(S40); 및
    상기 혼합펠렛을 용융 압출하는 제2차 용융 압출단계(S50);를 포함하고,
    상기 S40단계는 제올라이트와 산화처리된 육방정계 질화붕소로 구성된 충전재를 추가로 혼합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 산화처리된 육방정계 질화붕소는 육방정계 질화붕소를 황산(H2SO4) 및 질산나트륨(Sodium nitride)과 혼합 후 교반하여 제조된 것을 특징으로 하는 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 S30단계는,
    상기 용융 압출된 폐분체도료를 간접 냉각 방식의 냉각판을 통과시켜 간접 냉각시키는 것을 특징으로 하는 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 S30단계는,
    상기 냉각된 폐분체펠렛을 분쇄기로 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 S40단계는,
    상기 폐분체펠렛과 폐수지펠렛을 30 ~ 50 중량부 : 40 ~ 70 중량부의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 S50단계는,
    상기 혼합펠렛을 용융기에서 용융한 후 130℃~ 180℃에서 5분 ~ 10분 동안 압출되는 것을 특징으로 하는 폐분체도료를 활용한 재생펠렛의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 방법으로 제조한 폐분체도료를 활용한 재생펠렛.
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