KR102334324B1 - 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말 - Google Patents
폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말 Download PDFInfo
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Abstract
폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말이 개시된다. 개시된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법은 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 1차 분쇄하는 단계(S10), 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 개질하는 단계(S20), 상기 개질된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 초음파로 세척하는 단계(S30), 상기 세척된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 건조하는 단계(S40), 상기 건조된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 2차 분쇄하는 단계(S50) 및 상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 3차 분쇄하는 단계(S60)를 포함한다.
Description
폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말이 개시된다. 보다 상세하게는, 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량이 낮은 폴리테트라플루오르에틸렌 분말을 제공할 수 있는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말이 개시된다.
불소수지란 탄소골격과 불소원자로 이루어진 합성수지를 지칭하는 것으로서, 대표적으로 알려진 불소수지로는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylene), 플루오로에틸렌 프로필렌(FEP: fluoroethylene propylene), 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA: Perfluoroalkoxy alkane) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF: polyvinylidene fluoride) 등이 있으며, 이들 중에서 가장 많이 사용되고 있는 불소수지는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이다. 폴리테트라플루오로에틸렌은 미국 듀퐁(DUPONT)사에서 처음 개발한 것으로 테프론이라는 제품명으로 더 잘 알려져 있다.
불소는 전기음성도가 가장 큰 원소로 반응성이 크고 전자밀도가 높으며, 수소에 비해 원자반경이 크다. 이로 인해 불소계 수지는 화학적 및 물리적 안정성을 지니게 되고, 이로 인해 내열성 및 내약품성이 뛰어나 고성능을 나타내게 되며, 자기윤활성, 비점착성, 전기절연성 및 고주파 특성이 우수하여 고기능성을 겸비한 엔지니어링플라스틱에 적합하다. 이러한 기능으로 인해 불소수지는 전기전자재료, 기계재료, 생산설비에서의 내식성 방지를 위한 라이닝, 항공기 재료, 기능성 섬유 원료, 프라이팬 등의 조리도구 등에 범용적으로 사용되고 있다.
폴리플루오로에틸렌은 연속 사용 온도가 260℃이고 저온(-268℃)에서 고온까지 안정된 상태에서 사용될 수 있다. 고분자 개질을 통해 생성된 저분자량 PTFE는 성형 재료, 잉크, 화장품, 도료, 윤활유(grease), 사무자동화 기기(office automation)용 부재료, 토너를 개질하는 첨가제 또는 도금액의 첨가제 등과의 분산성이 뛰어나다. 예를 들어, 마이크로 파우더는 슬라이딩성이나 마모량 저하, 울림 방지, 발수성·발유성의 향상을 목적으로 사용되는 것이어서, 탄화수소계 열경화성 수지가 잉크 또는 도료에 배합될 수 있다.
일반적으로 폴리테트라플루오로에틸렌을 분말화하는 방법으로는 대한민국 공개특허공보 제2001-0024038호 또는 대한민국 공개특허공보 제1999-0067072호와 같이 유화중합법에 의해 폴리머 라텍스를 얻고, 그 후 응집 공정에서 라텍스에 계면활성제를 첨가하여 응집시키는 공정을 거쳐 폴리테트라플루오로에틸렌 분말을 제조할 수 있다. 그러나, 상기 기술을 응용하더라도 폐폴리테트라플루오로에틸렌(waste PTFE)을 재활용할 수는 없다.
일반적으로 폴리테트라플루오로에틸렌을 분말화하는 방법으로는 대한민국 공개특허공보 제2008-0105946호에서와 같이 전자빔을 이용하여 분자결합구조를 끊고 ACM(Air Classifying Mill)을 이용한 건식분쇄 방법으로 마이크로미터 크기의 폴리테트라플루오로에틸렌 분말을 제조할 수 있다. 그러나, 상기 기술을 응용하더라도 환경오염물질인 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량이 낮은 저분자량 폴리테트라플루오로에틸렌을 얻을 수 없다.
다른 방법으로는 대한민국 공개특허공보 제2002-0006344호에 개시된 바와 같이 폴리테트라플루오로에틸렌을 5torr 미만의 압력 및 500℃ 이상의 온도에서 열분해하여 고분자 사슬을 절단하는 방법이 있다. 그러나, 열분해를 이용하는 방법은 폴리테트라플루오로에틸렌이 순간적으로 열분해되는 것이 아니기 때문에 장시간 고온과 진공상태를 유지시켜 줘야 하는 등 공정이 복잡하고 에너지 소모가 많은 문제점이 있다.
US 특허 No. 6,203,733은 물과 퍼플루오로알킬 알킬 에테르를 함유하는 액상 매질로 PTFE 분말을 응고시킴으로써 입상 PTFE 분말을 제조하는 방법을 개시하고 있다. PTFE 1차 분말을 액상 매질과 혼합한 다음 일정 강도로 교반하여 목적하는 응고도 및 제립도를 성취한다.
US 특허 No. 4,370,436 및 5,321,059는 미분 PTFE 입자와 표면처리된 충진제를, 수-혼화성 유기 액체를 포함하는 수성 매질 중에서, 교반하에 충진한 응집 PTFE 성형 분말의 제조방법을 개시하고 있다.
US 특허 No. 6,197,862는 PTFE 분말, 충진제 및 물을, 유기 액체와 비-이온계 용매의 존재 및 교반하에, 충진한 PTFE 입상 분말의 제조방법을 개시하고 있다.
US 특허 No. 6,281,281은 PTFE 분말과 충진제의 혼합물 100 중량부를 규정 농도의 음이온계 계면활성제를 함유하는 수용액 30 내지 60 중량부로 습윤시킴으로써, 충진한 PTFE의 입상 분말의 제조방법을 개시하고 있다.
US 특허 No. 6,350,801은 물과 액체-액체 계면을 형성하는 유기 액체와 비이온계 계면활성제를 사용하여 PTFE 분말과 충진제의 수성 슬러리를 형성시킨 다음 교반 및 해응집을 병행하여 입상화함으로써, 충진제를 충진한 입상 PTFE 분말의 제조방법을 개시하고 있다.
US 특허 No. 3,597,405는 중합체 분말을 표면 장력이 낮은 소량의 액체로 습윤시킨 다음, 습윤 분말을, 예를 들면, 텀블링 작업에 의해 응집체로 형성시키는 응집 방법을 개시하고 있다. 응집체 형성 후, 액체는 가열에 의해 제거된다.
US 특허 No. 3,682,859는 테트라플루오로에틸렌 중합체를 유기 액체로 습윤시키는 방법을 개시하고 있다.
US 특허 No. 3,882,217은 테트라플루오로에틸렌 중합체 산물을 응집에 앞서서 소량의 휘발성 비이온계 계면활성제의 수용액으로 습윤시키는 응집 방법을 개시하고 있다.
US 특허 No. 3,983,200은 테트라플루오로에틸렌 중 합체를 보호성 콜로이드를 함유하는 수용액으로 먼저 습윤시키는 방법을 개시하고 있다.
일본특허 No. 06822458은 저분자량 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluoroethylene)의 제조방법, 저분자량 폴리테트라플루오르에틸렌 (polytetrafluoroethylene) 및 분말에 관한 것으로서, 방사선 및 열처리방식으로 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)이 산화되어 제거된, 저분자량 폴리테트라플루오로에틸렌을 개시하고 있다.
본 발명의 일 구현예는 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량이 낮은 폴리테트라플루오르에틸렌 분말을 제공할 수 있는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 구현예는 상기 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법을 이용하여 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
폐폴리테트라플루오로에틸렌을 1차 분쇄하는 단계(S10);
상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 개질하는 단계(S20);
상기 개질된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 초음파로 세척하는 단계(S30);
상기 세척된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 건조하는 단계(S40);
상기 건조된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 2차 분쇄하는 단계(S50); 및
상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 3차 분쇄하는 단계(S60)를 포함하는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법을 제공한다.
상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 0.5~10mm의 입자크기를 가지고, 상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 10~300㎛의 입자크기를 가지고, 상기 3차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 0.1~30㎛의 입자크기를 가질 수 있다.
상기 단계(S20)는 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌에 전자빔 또는 감마선을 100~2,500kGy의 선량으로 조사함으로써 수행될 수 있다.
상기 단계(S30)는 알코올 증기의 존재하에 수행될 수 있다.
상기 단계(S50)는 Air Classification Mill을 사용하여 수행될 수 있다.
상기 단계(S60)는 Air Jet Mill을 사용하여 수행될 수 있다.
상기 단계(S60)는 95~110℃의 고온 압축공기를 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
상기 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법에 의해 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말을 제공한다.
상기 폴리테트라플루오르에틸렌 분말은 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량이 각각 5㎍/kg 미만일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법은 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량 및 평균입도가 낮은 폴리테트라플루오르에틸렌 분말을 높은 수율로 제조할 수 있다.
도 1은 폐폴리테트라플루오르에틸렌을 보여주는 사진이다.
도 2는 도 1의 폐폴리테트라플루오르에틸렌을 1차 분쇄하여 얻은 결과물을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법에 사용되는 Air Jet Mill을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 폐폴리테트라플루오르에틸렌을 1차 분쇄하여 얻은 결과물을 보여주는 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법에 사용되는 Air Jet Mill을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 일 구현예에 따른 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 명세서에서, "과불화옥탄산(PFOA)"이란 과불화옥탄산 자체 및 과불화옥탄산의 염을 총칭하는 개념이다.
또한 본 명세서에서, "과불화옥탄술폰산(PFOS)"이란 과불화옥탄술폰산 자체 및 과불화옥탄술폰산의 염을 총칭하는 개념이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법은 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 1차 분쇄하는 단계(S10), 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 개질하는 단계(S20), 상기 개질된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 초음파로 세척하는 단계(S30), 상기 세척된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 건조하는 단계(S40), 상기 건조된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 2차 분쇄하는 단계(S50) 및 상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 3차 분쇄하는 단계(S60)를 포함한다.
상기 단계(S10)는 후속단계인 상기 단계(S20)에서 폐폴리테트라플루오로에틸렌의 개질 작업(즉, 전자빔 조사 또는 감마선 조사)을 용이하게 해주는 역할을 수행한다.
또한, 상기 단계(S10)에서 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 칩 형태 또는 시트 형태로 수거된 것일 수 있다.
또한, 상기 단계(S10)는 칼날형 파쇄기를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 칼날형 파쇄기의 파쇄 용량은 시간당 300~500kg일 수 있다.
또한, 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 0.5~10mm(예를 들어, 1~3mm)의 입자크기를 가질 수 있다.
상기 단계(S20)는 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌의 분자결합구조를 끊어줌으로써 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 나노미터 크기로 분말화시켜주는 역할을 수행한다.
예를 들어, 상기 단계(S20)는 주로 농수축산물 원료 또는 가공식품들의 살균 또는 살충과 의료용구 및 의료용품들의 멸균 등에 주로 사용되는 코발트-60 방사성 동위원소에서 나오는 단파장 빛인 감마선이나 전자빔을 이용하여 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌의 화학적 결합구조를 변화시켜 폐폴리테트라플루오로에틸렌의 주쇄 부분을 끊기 용이한 저분자량 상태로 개질시켜주며, 폐폴리테트라플루오로에틸렌의 주쇄 부분이 산소 분위기에서 절단되게 된다. 이러한 절단 과정에서 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)이 필연적으로 생성되게 된다.
또한, 상기 단계(S20)는 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌에 전자빔 또는 감마선을 100~2,500kGy(kiloGrey)의 선량으로 조사함으로써 수행될 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌의 경우 연속 사용 온도가 260℃이고, 용융점이 327℃로서 내열특성이 높지만 고온에서 조사할 경우 분해반응을 거쳐 가교반응으로 진행될 수 있으며 조사 밀도가 높으면 불소의 가스화로 열화(저분자화)되어 내열특성이 떨어지는 문제점이 있다. 따라서, 최적의(저에너지 고효율) 조사선량을 도출하는 것이 원료의 물성 저하를 최소화하고, 분쇄공정에서의 효율을 극대화할 수 있다.
상기 단계(S30)는 상기 단계(S20)에서 생성된 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)을 제거하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 단계(S30)는 알코올 증기의 존재하에 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 단계(S30)는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올(IPA) 또는 이들의 조합에서 유래된 증기의 존재하에 수행될 수 있다. 초음파를 세척에 이용하는 기술은 현재까지 이용 가능한 세척기술 가운데 가장 효율적이며, 경제성이 높을 뿐 아니라 다른 세척기술로는 얻을 수 없는 효과를 얻을 수 있다. 초음파 세척은 주로 초음파의 캐비테이션 현상을 활용하여 이루어진다. 캐비테이션 현상은 초음파의 에너지가 용액 중에 전파될 때 초음파의 압력에 의해 미세기포가 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력(수십기압에서 수천기압)과 고온(수백도에서 수천도)을 동반한다. 이 충격파에 의해 액 중에 담겨있는 피 세척물의 내부 깊숙히 보이지 않는 곳까지 단시간내에 세척이 가능해진다. 실제로는 캐비테이션에 의한 충격에너지에 더하여 초음파 자체의 방사압에 의한 교반효과 및 열작용 등이 세제와 상승작용을 일으켜 높은 세척효과를 제공한다.
상기 알코올 증기의 온도는 50~200℃일 수 있다.
상기 단계(S40)는 상기 세척된 폐폴리테트라플루오로에틸렌으로부터 알코올과 같은 액체 성분을 제거하는 역할을 수행한다.
상기 단계(S50)는 Air Classification Mill(ACM)을 사용하여 수행될 수 있다. ACM 설비는 내부로 투입된 원료가 로터(rotor) 회전체에 의하여 분쇄되는 시스템으로서, 로터와 분급 회전체가 동시에 가동되며 분쇄된 원료는 분급기에 의해 초미분까지 분급될 수 있으며, 광범위한 제품의 분쇄에 활용될 수 있는 장비이다. 분쇄 원리는 공기의 기류 및 공기의 중력으로서 선속도(120m/s)에 의해 분쇄가 이루어진다. 분급기(classifier)의 구성 부분은 RPM의 조정으로 원하는 입도를 자유자재로 얻을 수 있다. ACM의 장점으로는 분쇄와 분급이 순차적으로 이루어져 별도의 분급장치가 필요 없고, 저발열 및 저소음이며, 분쇄작업이 용이하고, 적은 동력으로 많은 양을 분쇄할 수 있고, 분쇄기 구조가 컴팩트함으로써 적은 공간에도 설치할 수 있다는 것이다.
또한, 상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 10~300㎛의 입자크기를 가질 수 있다.
상기 단계(S60)는 Air Jet Mill을 사용하여 수행될 수 있다. Air Jet Mill은 1~10 bar의 고압의 압축공기를 분사하여 입자를 가속시키고, 상기 가속된 입자끼리 자체적으로 충돌시켜 재료를 분쇄하는 장비이다. 특히, 재료 오염의 소지가 적어 미세한 입도를 요구하는 재료에 많이 적용되고 있다. Air Jet Mill을 사용하는 분쇄는, 종래에는 컴프레서의 공기 압축과정에서 온도가 상승한 압축공기를 쿨러를 이용하여 냉각시킨 후 건조시켜 분쇄에 이용하는 방식이었으나, 본 발명에서는 오히려 압축공기의 온도를 높혀 분쇄 효율을 증가시킴과 동시에 세척후 잔류할 수 있는 아주 소량의 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)을 제거하는 이중의 효과를 제공하는 방식이라는 특징이 있다.
또한, Air Jet Mill은 유동층 타입(fludized bed type)으로 이는 먼저 장치 내부에 일정량의 제품을 채우고 분쇄를 진행하는 것이다. 일반적으로 분체가 분쇄될 때 각 노즐에서 나온 고압기류가 만나는 지점에서 분쇄가 이루어진다고 알려져 있으나, 고압기류가 노즐에서 분사됨으로써 에어 스트림을 형성하는데 에어 스트림 주변의 입자가 내부로 빨려가고 이때 빨려들어간 입자가 그 주변의 입자와 충돌하게 되고, 전방으로 진행해 가면서 계속적으로 전방에 있는 입자들과 충돌하며 분쇄가 이루어진다. 따라서, 유동층 타입의 장비가 다른 제트밀에 비해서 분쇄효율이 높다. 즉, 일반적으로 냉동 분쇄기의 경우처럼 분체를 냉동질소를 이용하여 brittle하게 만들에 분쇄하는 방식이 보편화되어 있듯이 분체의 온도를 낮추어 분쇄하는 것이 효율적인 것으로 알려져 있지만, 본 발명에서는 압축된 공기의 온도를 냉각시키지 않고 오히려 온도를 높여줌으로써 분쇄효율을 개선하고, 아울러 제거되지 않은 소량의 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량을 저감시키는 이중의 효과를 얻을 수 있다.
구체적으로, 상기 단계(S60)는 95~110℃의 고온 압축공기를 사용하여 수행될 수 있다. 상기 단계(S60)에서 상기 고온 압축공기의 온도가 상기 범위이내이면, 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량 및 평균입도가 낮은 폴리테트라플루오르에틸렌 분말을 높은 수율로 제조할 수 있다.
상기 3차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌 보다 작은 입자크기로서 0.1~30㎛의 입자크기를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 상기 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법에 의해 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말을 제공한다.
상기 폴리테트라플루오르에틸렌 분말은 과불화옥탄산(PFOA)의 함량 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량이 각각 5㎍/kg 미만일 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1~3 및 비교예 1~3: 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조
(폐폴리테트라플루오르에틸렌의 1차 분쇄)
칼날형 파쇄기를 사용하여 폐폴리테트라플루오르에틸렌을 1차 분쇄하였다.
상기 1차 분쇄전 폐폴리테트라플루오르에틸렌은 도 1의 (a)에 도시된 것과 같이 칩 형태로 수거되거나 도 1의 (b)에 도시된 것과 같이 시트 형태로 수거된 것의 혼합물이었다.
또한, 상기 1차 분쇄후 폐폴리테트라플루오르에틸렌은 도 2에 도시된 것과 같이 1~3mm의 입자크기를 가졌다.
(폐폴리테트라플루오르에틸렌의 개질)
(주) 이비테크의 2.5MeV 전자빔 가속기를 사용하여 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오르에틸렌에 전자빔을 720kGy의 선량으로 조사하였다. 이때, 폐폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 로딩량은 3kg이었다.
(폐폴리테트라플루오르에틸렌의 초음파 세척)
Dongguan Hongshun Automation Equipment사에서 제조된 HS-11252AFC 모델의 초음파 세척기를 사용하여 상기 개질된 폐폴리테트라플루오르에틸렌를 세척하였다. 상기 초음파 세척기의 출력은 28MHz로 설정하였고, 용제로는 메탄올을 사용하였으며, 설정온도 80℃ 및 설정시간 3분의 조건하에서 증기 세척을 실시하였다.
(폐폴리테트라플루오르에틸렌의 건조)
상기 초음파 세척된 폐폴리테트라플루오르에틸렌을 컨벤션 오븐에서 설정온도 70℃에서 2시간 동안 건조시켰다.
(폐폴리테트라플루오르에틸렌의 2차 분쇄)
상기 건조된 폐폴리테트라플루오르에틸렌을 Air Classifier Mill(ACM)로 2차 분쇄하였다. ACM의 운전 조건은 하기 표 1과 같았다.
| 구분 | 분급(Hz) | Blower(Hz) | Feeder(Hz) | ACM Power(KW) |
| 1회 | 70 | 60 | 15 | 60 |
(폐폴리테트라플루오르에틸렌의 3차 분쇄)
상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오르에틸렌을 도 3에 도시된 Air Jet Mill(10)로 3차 분쇄하였다.
도 3을 참조하면, Air Jet Mill(10)은 제트밀 챔버(11), 배관(12, 14, 15, 17), 분급기(13), 백필터 컬렉터(15), 흡입 공기 유량 조절기(18) 및 흡입 송풍기(19)를 포함한다. Air Jet Mill(10)의 제트밀 챔버(11) 내부로 공급되는 고온 압축공기는 온도가 25~120℃이고, 압력이 7.25bar이었다. 각 실시예 및 비교예에서 Air Jet Mill(10)의 제트밀 챔버(11) 내부로 공급되는 고온 압축공기의 온도와 압력을 정리하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 3 | |
| 압축공기의 온도(℃) | 25 | 75 | 95 | 105 | 110 | 120 |
| 압축공기의 압력(bar) | 7.25 | 7.25 | 7.25 | 7.25 | 7.25 | 7.25 |
평가예: 폐폴리테트라플루오르에틸렌의 물성 평가
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~3에서 제조된 폐폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 입도, 생산량, 과불화옥탄산(PFOA)의 함량 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량을 각각 하기와 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. 하기 표 3에서, D50은 부피평균입경을 기준으로 50%에 해당되는 입경, 즉 입경을 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총부피의 50%에 해당하는 입경을 의미하고, D97은 부피평균입경을 기준으로 97%에 해당되는 입경, 즉 입경을 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총부피의 97%에 해당하는 입경을 의미하고, D100은 부피평균입경을 기준으로 100%에 해당되는 입경, 즉 입경을 측정하여 작은 입자부터 부피를 누적할 경우 총부피의 100%에 해당하는 입경을 의미한다. "N.D"는 미검출(not detected)의 약어이다.
(1) 입도 분석: Bettersize BT-9300ST을 사용하였으며, 분산제로는 이소프로필알코올(IPA)을 사용하였고, 폐폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 굴절률은 1.38로 조정하였으며, IPA의 굴절률은 1.37로 조정하였고, 분산방법으로는 분산 중 초음파 처리를 실시하여 정확한 입도를 확인하였다. 또한, 재현성 확보를 위해, Obscuration은 3-5%로 세팅하였고, Span은 3 이하로 세팅하였다.
(2) 생산량: 생산량은 시간당 생산량(kg/hr)으로 측정하였다.
(3) 과불화옥탄산(PFOA)의 함량 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량: CEN TS 15968 시험방법에 따라 LC/MS/MS 장비를 사용하여 측정하였다.
| 비교예 1 | 비교예 2 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 비교예 3 | ||
| 2차 분쇄후 입도분포 (㎛) |
D50 | 17.69 | |||||
| D97 | 76.28 | ||||||
| D100 | 133.7 | ||||||
| 3차 분쇄후 입도분포 (㎛) |
D50 | 3.323 | 3.159 | 3.046 | 2.97 | 3.003 | 3.271 |
| D97 | 6.335 | 6.775 | 6.645 | 5.398 | 6.939 | 8.288 | |
| D100 | 14 | 12 | 10 | 7 | 10 | 14 | |
| 2차 분쇄후 생산량 (kg/hr) |
30 | ||||||
| 3차 분쇄후 생산량 (kg/hr) |
15.2 | 14.6 | 17.5 | 17.8 | 17.4 | 14.8 | |
| PFOA의 함량(㎍/kg) | 7.5 | 6.1 | 4.2 | N.D | N.D | N.D | |
| PFOS의 함량(㎍/kg) | 5.8 | 5.2 | 3.1 | N.D | N.D | N.D | |
상기 표 3을 참조하면, 실시예 1~3에서 제조된 폐폴리테트라플루오르에틸렌 분말은 비교예 1~2에서 제조된 폐폴리테트라플루오르에틸렌 분말에 비해 평균입도(D50), PFOA의 함량 및 PFOS의 함량이 낮고 생산량이 많은 것으로 나타났다.
또한, 비교예 3에서 제조된 폐폴리테트라플루오르에틸렌 분말은 실시예 1~3에서 제조된 폐폴리테트라플루오르에틸렌 분말 대비 평균입도(D50), PFOA의 함량 및 PFOS의 함량은 동등한 수준으로 낮지만 생산량이 적은 것으로 나타났다.
본 발명은 도면 및 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: Air Jet Mill 11: 제트밀 챔버
12, 14, 15, 17: 배관 13: 분급기
15: 백필터 컬렉터 18: 흡입 공기 유량 조절기
19: 흡입 송풍기
12, 14, 15, 17: 배관 13: 분급기
15: 백필터 컬렉터 18: 흡입 공기 유량 조절기
19: 흡입 송풍기
Claims (9)
- 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 1차 분쇄하는 단계(S10);
상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 개질하는 단계(S20);
상기 개질된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 초음파로 세척하는 단계(S30);
상기 세척된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 건조하는 단계(S40);
상기 건조된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 2차 분쇄하는 단계(S50); 및
상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌을 3차 분쇄하는 단계(S60)를 포함하고,
상기 단계(S60)는 95~110℃의 고온 압축공기를 사용하여 수행되는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 0.5~10mm의 입자크기를 가지고, 상기 2차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 10~300㎛의 입자크기를 가지고, 상기 3차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌은 0.1~30㎛의 입자크기를 갖는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계(S20)는 상기 1차 분쇄된 폐폴리테트라플루오로에틸렌에 전자빔 또는 감마선을 100~2,500kGy의 선량으로 조사함으로써 수행되는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계(S30)는 알코올 증기의 존재하에 수행되는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계(S50)는 Air Classification Mill을 사용하여 수행되는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계(S60)는 Air Jet Mill을 사용하여 수행되는 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법. - 삭제
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법에 의해 제조된 것으로, 과불화옥탄산(PFOA) 및 과불화옥탄술폰산(PFOS)의 함량이 각각 5㎍/kg 미만인 폴리테트라플루오르에틸렌 분말.
- 삭제
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210072976A KR102334324B1 (ko) | 2021-06-04 | 2021-06-04 | 폴리테트라플루오르에틸렌 분말의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 폴리테트라플루오르에틸렌 분말 |
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| KR102334324B1 true KR102334324B1 (ko) | 2021-12-07 |
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| KR (1) | KR102334324B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102618233B1 (ko) * | 2023-07-07 | 2023-12-27 | 시미크 주식회사 | 재생 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 제조방법, 유분과 금속물을 포함하는 불순물 제거 장치, 유분과 금속물을 포함하는 불순물 제거 장치를 이용한 재생 폴리테트라플루오로에틸렌 수지 제조방법 |
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| KR0177139B1 (ko) * | 1995-11-07 | 1999-05-15 | 이진주 | 폐실리콘으로부터 고순도 실리콘 분말 및 질화규소 분말의 제조방법 |
| KR20080105946A (ko) * | 2007-06-01 | 2008-12-04 | 서영교 | 전자빔을 이용한 폐폴리테트라플루오로에틸렌의 분말화 장치 및 그 방법 |
| KR20130047031A (ko) * | 2011-10-31 | 2013-05-08 | 주식회사 에스화인켐 | 고분자 개질을 통한 폐 폴리테트라플루오로에틸렌의 나노미터 크기로의 분말화 장치 및 방법 |
| KR20170025787A (ko) * | 2015-08-31 | 2017-03-08 | 주식회사 티케이케미칼 | 열가소성 폐불소고분자 수지의 미분말 제조방법 |
-
2021
- 2021-06-04 KR KR1020210072976A patent/KR102334324B1/ko active IP Right Grant
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