KR102358506B1 - 나일론 업싸이클 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기되는 나일론 수지 및 나일론 섬유 제품을 회수하여 효율적으로 불순물을 제거하고 물성 별로 분류한 후 특정한 색상과 물성을 보유한 나일론 재생 원료로 재가공하는 나일론 업싸이클 가공방법에 관한 것으로, 입고된 나일론 폐자재 벌크에서 특정 나일론을 선별하는 제1 단계; 선별된 나일론 폐자재 벌크의 샘플을 용융하여 점도를 테스트하는 제2 단계; 나일론 폐자재 벌크의 점도와 색상에 따라 분류하는 제3 단계; 다수의 나일론 폐자재 벌크를 원하는 점도와 색상에 따라 선택적으로 블렌딩하는 제 4단계; 및 블렌딩한 나일론 폐자재 벌크에 첨가제를 혼합하여 용융 가공하여 나일론 재생 원료를 생산하는 제5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

나일론 업싸이클 가공방법{Processing Method For Nylon Upcycle}

본 발명은 나일론 업싸이클 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기되는 나일론 수지 및 나일론 섬유 제품을 회수하여 효율적으로 불순물을 제거하고 물성 별로 분류한 후 특정한 색상과 물성을 보유한 나일론 재생 원료로 재가공하는 나일론 업싸이클 가공방법에 관한 것이다.

산업의 발달 또는 생활의 편리함 등을 이유로 현재 합성수지 또는 합성섬유 제품이 많이 사용되고 있으며, 이에 따라 합성수지 또는 합성섬유 폐기물 또한 심각하게 발생되고 있다. 합성수지 또는 합성섬유 폐기물을 처리하는 방법으로 소각하거나 매립하는 방법이 있으나, 소각에 의한 처리는 소각시 유해가스를 다량으로 방출하여 인근 지역의 대기를 오염시키는 문제가 있어 기피되고 있다. 또한, 매립에 의한 처리는 매립지를 구하기가 힘들 뿐만 아니라, 합성수지 또는 합성섬유의 특성상 그 분해 속도가 매우 느리고 침출수에 의한 매립지 오염 문제가 있어 역시 기피되고 있는 방법이다.

이에 합성수지 또는 합성섬유 폐기물에 대한 재활용의 필요성이 매우 높아지고 있으나, 아래와 같은 문제점을 내포하고 있다.

첫째, 합성수지 또는 합성섬유 폐기물의 회수와 선별에 많은 설비와 인원이 투입되어야 한다. 회수되는 합성수지 또는 합성섬유 폐기물에는 불순물이 섞여 있는 경우가 대부분이므로 재활용 제품의 품질을 확보하기 위해서는 회수된 폐기물의 선별에 많은 설비와 인원이 필요하게 되어 비용이 높아질 수밖에 없는 문제가 있다. 둘째, 재활용 제품의 품질에 대한 문제이다. 합성수지 또는 합성섬유의 폐기물 회수와 선별에 막대한 설비와 인원을 투입하더라도 재활용되는 원료의 순도가 부족하여 신규 원료와 혼용하여 사용되거나 저급 원료로 사용되고 있다.

현재 각종 산업 분야에서 많이 사용되고 있는 나일론 섬유 또는 나일론 수지 또한 재활용이 가능한 소재이지만, 이러한 문제로 인하여 재활용에 어려움이 있다. 특히, 나일론 수지 제품의 경우 유리 섬유나 다른 합성수지와 혼합되어 사용되는 경우가 많아 완제품을 해체하거나 불순물을 선별하는 작업이 반드시 선행되어야 하고, 나일론 6과 나일론 66은 물성이 전혀 상이하여 나일론 섬유 또는 나일론 수지 폐기물을 원재료에 따라 부가적으로 선별해 주어야 한다.

본 발명은 회수되는 폐기되는 나일론 수지 및 나일론 섬유 제품을 수집하여 효율적으로 불순물을 제거하고 물성별로 분류한 후 특정한 색상과 물성을 보유한 나일론 재생 원료로 재가공하는 나일론 업싸이클 가공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 나일론 업싸이클 가공방법은, 입고된 나일론 폐자재 벌크에서 특정 나일론을 선별하는 제1 단계; 선별된 나일론 폐자재 벌크의 샘플을 용융하여 점도를 테스트하는 제2 단계; 나일론 폐자재 벌크의 점도와 색상에 따라 분류하는 제3 단계; 다수의 나일론 폐자재 벌크를 원하는 점도와 색상에 따라 선택적으로 블렌딩하는 제 4단계; 및 블렌딩한 나일론 폐자재 벌크에 첨가제를 혼합하여 용융 가공하여 나일론 재생 원료를 생산하는 제5 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 단계는, 입고된 나일론 폐자재 벌크에서 불순물을 선별하여 제거하는 제1-1 단계; 및 불순물이 제거된 나일론 폐자재 벌크에서 나일론 6과 나일론 66을 선별하여 분류하는 제1-2 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1-1 단계는, 입고된 나일론 폐자재 벌크의 샘플을 일정 온도 이상으로 연소시킨 후 잔류량과 잔류율에 따라 불순물 함유 여부를 판단하는 애쉬 테스트 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1-2 단계는, 불순물이 제거된 나일론 폐자재 벌크의 샘플을 나일론 6의 용융점보다는 높으며 나일론 66의 용융점보다는 낮은 온도로 가열하여 나일론 6과 나일론 66의 혼재 여부를 판단하는 멜팅 테스트 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 첨가제는, 최종 산출물의 색상을 구현하기 위한 안료를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수집되어 회수되는 나일론 수지 및 나일론 섬유 제품 등 나일론 폐자재 벌크에서 샘플을 채취하여 불순물을 함유하는지 여부를 테스트한 후 불순물을 선별하는 작업을 수행하고, 나일론 6과 나일론 66 제품이 혼재하는지 여부를 테스트한 후 나일론 종류별로 분류하는 작업을 수행함으로써, 나일론 폐자재 벌크에서 불순물을 제거하고 종류별로 분류하는 작업에 최소한의 설비와 인원을 투입할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 나일론 폐자재 벌크의 샘플에 대하여 점도 등 물성 테스트를 수행하여 점도와 색상에 따라 나일론 폐자재 벌크를 분류한 후, 다양한 점도나 색상의 나일론 폐자재 벌크들을 블렌딩하여 균일하고 우수한 점도와 색상을 가지는 나일론 재생 원료로 업싸이클 할 수 있다는 다른 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나일론 업싸이클 가공방법의 블록공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나일론 폐자재 벌크의 샘플에 대하여 멜팅 테스트를 수행한 결과물의 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나일론 업싸이클 가공방법을 거친 최종 나일론 재생 원료의 사진이다.

이하에서 개시되는 본 발명에 의한 실시예들은 본 발명의 특징과 효과, 그것들을 달성하기 위한 방법을 명확하게 하기 위한 목적으로 예시된 것으로서 특정한 실시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 및 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의한 실시예에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 의한 실시예에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명에 의한 실시예를 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에 의한 실시예에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 여기에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 지식을 가진 사람에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에 의한 실시예에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 나일론 업싸이클 가공방법은 입고되는 나일론 폐자재 벌크에서 샘플을 채취하여 나일론 폐자재 벌크에 유리섬유나 금속 등과 같은 불순물이 섞여 있는지 확인하는 단계로 시작된다. 나일론 폐자재 벌크에 불순물이 섞여 있는지는 일일이 육안으로 확인할 수도 있겠지만, 샘플을 채취하여 샘플에 대한 애쉬 테스트를 진행하여 불순물이 섞여 있는지, 어느 정도의 비율로 섞여 있는지 확인하는 것이 바람직할 것이다.

애쉬 테스트는 샘플을 일정 온도 이상으로 가열하여 나일론 소재를 연소시킨 후 남은 잔류량에 따라 불순물 함유 여부를 확인하는 테스트이다. 아래 표 1은 특정 나일론 폐자재 벌크의 샘플에 대한 애쉬 테스트를 수행한 결과이다.

테스트 전(무게, g)			테스트 후(무게, g)			테스트 조건
도가니	투입시료	합	도가니	잔류량	잔류율	가열온도	가열시간
37.339	3.098	40.437	37.346	0.007	0.23%	800℃	60분

상기 표 1에 따르면 애쉬 테스트 결과, 애쉬 잔류량이 0.007g으로 잔류율은 0.23%으로 양호하였으며, 이에 따라 입고된 나일론 폐자재 벌크에는 불순물이 거의 섞여 있지 않은 것을 알 수 있으며, 별도의 불순물 제거 단계를 거치지 않고 다음 단계로 진행하게 된다.

아래 표 2는 다른 특정 나일론 폐자재 벌크의 샘플에 대한 애쉬 테스트를 수행한 결과이다.

테스트 전(무게, g)			테스트 후(무게, g)			테스트 조건
도가니	투입시료	합	도가니	잔류량	잔류율	가열온도	가열시간
34.719	3.075	37.794	34.926	0.207	6.73%	800℃	60분

상기 표 2에 따르면 애쉬 테스트 결과, 애쉬 잔류량이 0.207g으로 잔유율은 6.73%를 기록하였는바, 입고된 나일론 폐자재 벌크에는 유리섬유나 금속 등과 같은 불순물이 다소 섞여 있을 가능성이 높으므로 별도의 불순물 제거 작업을 수행하도록 한다.

이와 같이 입고된 나일론 폐자재 벌크에 대한 불순물 함유 여부를 확인하고 불순물 제거 작업을 수행한 후, 나일론 폐자재 벌크에 나일론 6과 나일론 66이 혼재되어 있는지를 확인하는 작업을 수행한다.

나일론 6과 나일론 66은 육안으로 구별하기 어려우므로 별도의 확인 작업이 필요하며, 본 발명의 일실시예에서는 나일론 6과 나일론 66의 용융점 차이를 이용한 멜팅 테스트를 통하여 판별하도록 하였다.

즉, 입고된 나일론 폐자재 벌크의 샘플을 나일론 6의 용융점인 약 230℃ 보다는 높으며, 나일론 66의 용융점인 약 275℃보다는 낮은 온도로 가열하여 샘플의 용융 정도나 형태에 따라 나일론 6과 나일론 66이 혼재되어 있는지를 판별하도록 한다.

도 2에는 이와 같이 멜팅 테스트를 수행한 결과물의 사진이 도시되어 있는데, 도 2(a)와 같이 샘플이 전체적으로 일정하게 용융되어 있는 경우에는 입고된 나일론 폐자재 벌크에 나일론 6만이 함유되어 있는 것으로 판별한다. 그러나, 도 2(b)와 같이 샘플이 일정하게 용융되어 있는 것이 아니라 용융되지 못한 덩어리가 섞여 있는 경우에는 입고된 나일론 폐자재 벌크에 나일론 6과 나일론 66이 혼재되어 있는 것으로 판별하도록 한다.

이와 같이 나일론 6과 나일론 66이 혼재되어 있는 나일론 폐자재 벌크는 별도의 선별 단계를 거쳐 나일론 6과 나일론 66의 혼입 생산을 방지하도록 하여야 한다. 이러한 선별 작업은 역시 나일론 6과 나일론 66의 용융점 차이를 이용하여 수행할 수 있을 것이다.

나일론 폐자재 벌크에 대한 불순물 제거와 종류별 선별 작업이 완료된 후에는 나일론 폐자재 벌크의 샘플에 대한 점도 테스트를 수행하도록 한다. 입고되는 다양한 나일론 폐자재 벌크는 다양한 점도를 가지고 있을 것인데, 이를 고려하지 않고 그대로 용융하여 최종 나일론 재생 원료로 가공하는 경우 물성이 균일하지 못하게 되어 품질에 문제가 발생할 것이다.

이를 방지하기 위하여, 입고되는 나일론 폐자재 벌크별로 점도를 테스트한 후 이를 분류한 후, 다수의 나일론 폐자재 벌크를 선택적으로 블렌딩하여 최종 나일론 재생 원료로 가공하여 물성이 균일하도록 하는 것이 바람직할 것이다.

아래 표 3은 입고된 다수의 나이론 폐자재 벌크의 샘플들을 각각 용융하여 점도 테스트(Melt Index Test)를 수행한 결과이다.

구분	측정시간	시료무게	MI	테스트 조건
				설정온도	용융시간	하중
샘플1	16.30	2.11	77.7	275℃	5′00″	2.16kg
샘플2	21.04	2.10	59.9	275℃	5′00″	2.16kg
샘플3	16.56	2.11	76.4	275℃	5′00″	2.16kg
샘플4	16.95	2.12	75.0	275℃	5′00″	2.16kg
샘플5	18.62	2.11	68.0	275℃	5′00″	2.16kg
샘플6	17.32	2.08	72.1	275℃	5′00″	2.16kg
샘플7	20.74	2.05	59.3	275℃	5′00″	2.16kg
샘플8	18.26	2.10	69.0	275℃	5′00″	2.16kg

상기 표 3에서 알 수 있듯이 입고되는 나일론 폐자재 벌크에 따라 어느 벌크는 높은 점도를 가지고 있고 어느 벌크는 낮은 점도를 가지고 있어, 균일한 물성을 보이지 못하고 있다.

아래 표 4는 점도별로 분류된 나일론 폐자재 벌크들을 선택적으로 블렌딩한 후 각각의 샘플들을 추출하여 점도 테스트를 수행한 결과이다.

구분	측정시간	시료무게	MI	테스트 조건
				설정온도	용융시간	하중
샘플1	18.28	2.09	68.6	275℃	5′00″	2.16kg
샘플2	18.23	2.09	68.8	276℃	5′01″	2.17kg
샘플3	18.35	2.07	67.7	275℃	5′00″	2.16kg
샘플4	18.18	2.09	69.0	276℃	5′01″	2.17kg
샘플5	18.10	2.09	69.3	277℃	5′02″	2.18kg
샘플6	18.16	2.09	69.1	278℃	5′03″	2.19kg
샘플7	18.43	2.07	67.4	279℃	5′04″	2.20kg
샘플8	18.49	2.09	67.8	280℃	5′05″	2.21kg

상기 표 4에서 알 수 있듯이 나일론 폐자재 벌크를 선택적으로 블렌딩한 후에 각각의 샘플들은 균일한 점도를 나타내고 있다.

한편, 입고된 나일론 폐자재 벌크의 점도에 따라 분류하는 것 외에도 색상에 따라 분류하는 것도 필요할 것이다. 이는 색상 별로 분류된 나일론 폐자재 벌크들을 선택적으로 블렌딩하여 특정 색상의 최종 나일론 재생 원료를 생산하기 위한 것이다. 만약, 나일론 폐자재 벌크들을 선택적으로 블렌딩하여도 특정 색상을 구현하기 어려운 경우에는 첨가제로써 특정 색상의 안료를 혼합하여 가공하도록 한다. 나일론 폐자제와 혼합되는 첨가제로는 안료 이외에도, 특정 성분의 오일이나 다른 합성수지 재료, 유리 섬유 등이 사용될 수가 있을 것이다.

도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 나일론 업싸이클 가공방법을 거친 최종 나일론 재생 원료의 사진이다. 도 3에서 알 수 있듯이 본 발명에 의한 나일론 업싸이클 가공방법에 따라 나일론 폐자재 벌크에서 불순물을 제거하고 나일론 종류에 따라 선별하며, 점도와 색상 등에 따라 블렌딩하여 가공 성형한 경우 매우 균일한 품질의 최종 나일론 재생 원료를 획득할 수가 있다.

이상에서 본 발명의 일실시예에 따른 나일론 업싸이클 가공방법을 살펴보았는데, 상술한 가공 단계 이외에 일반적으로 수행되는 나일론 폐자제에 대한 세척이나 건조 단계, 절단이나 파쇄 단계 등이 더 포함될 수 있음은 물론이다.

이상에서 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정한 것은 아니다. 따라서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 기술적 사상의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 다양한 변형이 제공될 수 있다.

Claims (5)

1. 입고된 나일론 폐자재 벌크에서 특정 나일론을 선별하는 제1 단계;
   선별된 나일론 폐자재 벌크의 샘플을 용융하여 점도를 테스트하는 제2 단계;
   나일론 폐자재 벌크의 점도와 색상에 따라 분류하는 제3 단계;
   다수의 나일론 폐자재 벌크를 원하는 점도와 색상에 따라 선택적으로 블렌딩하는 제 4단계; 및
   블렌딩한 나일론 폐자재 벌크에 첨가제를 혼합하여 용융 가공하여 나일론 재생 원료를 생산하는 제5 단계;를 포함하되,
   상기 제1 단계는,
   입고된 나일론 폐자재 벌크에서 불순물을 선별하여 제거하는 제1-1 단계; 및
   불순물이 제거된 나일론 폐자재 벌크에서 나일론 6과 나일론 66을 선별하여 분류하는 제1-2 단계;를 포함하며,
   상기 제1-1 단계는,
   입고된 나일론 폐자재 벌크의 샘플을 일정 온도 이상으로 연소시킨 후 잔류량과 잔류율에 따라 불순물 함유 여부를 판단하는 애쉬 테스트 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나일론 업싸이클 가공방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1-2 단계는,
   불순물이 제거된 나일론 폐자재 벌크의 샘플을 나일론 6의 용융점보다는 높으며 나일론 66의 용융점보다는 낮은 온도로 가열하여 나일론 6과 나일론 66의 혼재 여부를 판단하는 멜팅 테스트 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 나일론 업싸이클 가공방법.
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 첨가제는,
   최종 산출물의 색상을 구현하기 위한 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는 나일론 업싸이클 가공방법.

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