KR102378752B1

KR102378752B1 - 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102378752B1
Application number: KR1020200148881A
Authority: KR
Inventors: 박진오; 김태현; 최홍범
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-03-29

Abstract

폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(Expanded Polystyrene: EPS) 블록 제조시, 폐자재가 외부로 노출되지 않도록 심재로 이용하여 EPS 블록을 보강함으로써 건축자재 또는 토목자재로 재활용할 수 있고, 또한, 심재와 EPS 외피로 이루어진 EPS 블록 제조시, 폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 원재료인 EPS 비드와 함께 사용하여 EPS 블록을 제조할 수 있으며, 또한, EPS 입자와 폐플라스틱 입자가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 EPS 비드에 미세 분쇄한 폐플라스틱을 현탁중합하여 단위 EPS 블록을 형성함으로써 압축강도를 보강할 수 있고, 이에 따라, EPS 블록의 상부 하중에 의한 균열 발생을 방지할 수 있는, 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록 및 그 제조방법 {EXPANDED POLYSTYRENE (EPS) BLOCK FOR REUTILIZING WASTE MATERIALS, AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 발포폴리스티렌 블록에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(Expanded Polystyrene: EPS) 블록을 제조하여 건축자재 또는 토목자재로 재활용하는, 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 환경문제로 부각되는 폐플라스틱의 재활용 기술이 많이 발전해 오고 있지만, 폐플라스틱의 2차적인 환경오염에 대한 우려와 기술 개발의 미비 그리고 경제성 약화 등 재활용 처리에 많은 문제점이 되고 있다.

이러한 폐플라스틱 중에서 물리적 재활용을 위해 특정 생산공정에서 배출되는 단일 성분의 열가소성 폐플라스틱들은 재활용이 비교적 용이하고, 경제가치가 있어 많은 상용화가 이루어졌다. 하지만, 생활 폐기물인 복합 폐플라스틱의 경우, 재질별로 선별이 어렵고 다양한 물리화학적 성질이 혼재됨에 따라 상호간에 사용성이 없기 때문에 재생되기 어렵거나, 재생되더라도 물성이 저하되어 제품 또는 원료로서 가치가 상실되어 활용가치가 없는 것으로 알려져 있다.

한편, 국내 대부분의 재활용업체들이 폐기된 플라스틱을 처리하고 있다. 그러나, 플라스틱의 특성상 단일 재질, 예를 들면, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 등으로 이루어진 품목들은 재활용이 잘되고 있지만, 이에 반해, 여러 가지의 재질로 구성된 복합 플라스틱은 여전히 재활용이 어려운 품목으로 분류되어 아직도 상당수 폐플라스틱을 매립 또는 소각에 의존하고 있는 실정이다. 예를 들면, OECD 보고서에 따르면, 폐플라스틱은 14% 정도만 재활용되고 나머지 62%는 매립되고, 24%는 소각되는 것으로 알려져 있다.

또한, 비교적 재활용이 용이한 폐플라스틱병의 경우, 예를 들면, 14단계의 많은 공정을 거쳐 펠릿 형태로 제작할 수 있다. 구체적으로, 이러한 폐플라스틱병이 펠릿(Pellet)으로 만들어지는 과정은 복잡한 재활용 공정을 거치게 되며, 예를 들면, (1) 선별 → (2) 수거 → (3) 압축 → (4) 병뚜껑 제거 → (5) 1차 세척 → (6) 색깔별 페트병 분류(이때, 유색 페트병 검은색으로 염색) → (7) 상표 제거 → (8) 2차 세척 → (9) 분쇄 → (10) 3차 세척 → (11) 금속탐지기로 이물질 제거 → (12) 조각조각 잘라진 플레이크(Flake) 형태로 제작 → (13) 화학적 정제로 불순물 제거 → (14) 펠릿 형태 제작의 과정을 거치게 된다.

한편, 재활용에 어려움이 있는 폐플라스틱의 경우, 소각을 통한 열에너지를 얻기 위해 고형연료제품(SRF)을 제조하여 열병합발전소에서 소각에 의한 발전을 실시하기도 한다. 그러나, 소각에 의한 다이옥신 같은 유해가스 발생 등의 2차 환경오염 문제가 발생하기 때문에 정상적인 발전을 하지 못하는 경우가 발생하고 있다.

또한, 재활용 및 발전을 실시하고 남은 폐플라스틱은 매립시설에 묻는 방법에 의존하게 된다. 결국, 폐플라스틱은 재활용, 소각, 매립 또는 폐기되며 지속적인 환경오염 문제가 발생하고 있다.

한편, 발포폴리스티렌(Expanded Polystyrene: EPS) 블록은 스티로폼을 벽돌 모양으로 성형한 제품으로서, 단위중량이 흙의 1/100 정도밖에 되지 않는 초경량성, 내압축성, 내수성, 자립성, 가공 용이성이 뛰어나며, 차음성과 흡음성을 비롯하여 내화학성 등에 강하며 생물학적으로 안정된 특성을 갖고 있다.

도 1은 EPS 블록의 시공사례를 나타낸 사진이고, 도 2a는 단위 EPS 블록의 제원을 나타내는 도면이고, 도 2b는 EPS 블록에 하중이 작용하여 균열이 발생하는 것을 예시하는 도면이다.

토목자재용 단위 EPS 블록(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 적층하여 토목공사 등에 사용되고 있고, 또한, 도 2의 a)에 도시된 바와 같이, 600㎜ x 900㎜ x 1800㎜ 크기의 스티로폼을 벽돌 모양으로 성형한 제품으로서, 5㎜ 단위로 재단하여 사용할 수 있다. 하지만, 이러한 EPS 블록(10)은, 원재료 EPS 비드만 발포 성형하여 제작하고 있고, 또한, 도 2의 b)에 도시된 바와 같이, 상부하중이 작용할 경우 균열이 발생할 우려가 있다.

이에 따라, 이러한 EPS 블록의 요구 품질로서, 국토교통부 표준시방서(경량재 쌓기공, KCS 11 30 40:2016.06.30. 제정) 제2항에서 화재에 대비해 난연재가 첨가되어야 하며, 착화하여 화원(火源)을 제거하면 3초 이내에 스스로 소화되는 성질을 요구하고 있다. 아울러, KS M 3808(발포폴리스티렌 보온재)에서는 밀도, 초기 열전도율, 굴국하피하중, 압축강도, 흡수율, 연소성, 투수계수 등의 품질로 제품을 구분하고 있다.

한편, 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-350547호에는 "스폰지 스크랩과 폐플라스틱을 이용한 발포체 조성물 및 그 발포체의 제조방법"이라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 스폰지 스크랩과 폐플라스틱(올레핀계)을 이용하여 다양한 분야에서 이용할 수 있는 저비중에서 고비중까지의 필요한 비중의 발포체를 얻을 수 있게 하는 발포체 조성물 및 그 발포체의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 이러한 발포체 조성물을 샌드위치 패널로 사용하는 경우, 기존 폴리스티렌 제품이나 폴리우레탄 제품에 비하여 굴곡강도가 높으므로 패널의 두께를 상대적으로 얇게 하고 경량화할 수 있으며, 생산비용을 줄임으로써 폐자원 활용에 기여할 수 있다.

하지만, 종래의 기술에 따른 스폰지 스크랩과 폐플라스틱을 이용한 발포체 조성물 및 그 발포체의 제조방법의 경우, EVA 스폰지(신발 산업용), PP 또는 PE 스폰지(자동차 산업용) 등 다량으로 방출되는 폐스폰지를 재활용하여 발포체를 제조한 후, 샌드위치 패널 등의 심재로 사용하기 위한 것이다.

한편, 다른 선행기술로서, 대한민국 등록특허번호 제10-408704호에는 "폐플라스틱을 이용한 발포체 조성물과 이를 이용한 발포체"라는 명칭의 발명이 개시되어 있는데, 바탕수지로 고가의 순수원료를 전혀 사용치 않고, 폐플라스틱으로서 폐폴리에틸렌(W-PE) 또는 폐에틸렌비닐공중합체(W-EVA)와 경우에 따라서 폐타이어고무분말(GTR; Ground tire rubber)를 블렌드하고, 여기에 발포제, 가교제 및 기타 첨가제를 혼합하여 만든 조성물로서, 폐플라스틱의 효율적인 재활용을 추구함과 동시에 보다 환경친화성 및 경제성과 기계적 물성이 우수한 발포체 조성물과 이를 이용하여 성형시킨 발포체에 관한 것이다.

종래의 기술에 따른 폐플라스틱을 이용한 발포체 조성물과 이를 이용한 발포체의 경우, 수지성분으로 W-PE와 W-EVA 중 하나 이상의 폐플라스틱 성분 100중량부와 폐타이어 고무분말(Ground tire rubber: GTR) 1~40 중량부를 블렌드하고, 여기에 첨가제로서 발포제 5~40 중량부와 가교제 0.1~5 중량를 함유하는 첨가제를 첨가하여 조성물을 제조한 다음에, 이 조성물을 110~120℃에서 혼합하고 압출, 압축 또는 사출하여 발포체를 제조한다.

종래의 기술에 따른 폐플라스틱을 이용한 발포체 조성물과 이를 이용한 발포체의 경우, 기존에 바탕수지로 사용되었던 고가의 순수원료 대신에 폐플라스틱(WPE, W-EVA) 또는 폐타이어 고무분말(GTR)을 효과적으로 조합 블렌드하고, 기타 첨가제의 조성을 새롭게 구성하여 종래의 발포체 조성물에 비하여, 특히 기계적 물성이 우수하면서도 보다 환경친화적이고 폐자원 재활용으로 인해 제조단가를 낮출 수 있지만, 폐플라스틱의 재활용 제품이므로, 사용에 제한적이라는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허번호 제10-350547호(등록일: 2002년 8월 16일), 발명의 명칭: "스폰지 스크랩과 폐플라스틱을 이용한 발포체 조성물 및 그 발포체의 제조방법" 대한민국 등록특허번호 제10-408704호(등록일: 2003년 11월 25일), 발명의 명칭: "폐플라스틱을 이용한 발포체 조성물과 이를 이용한 발포체" 대한민국 등록특허번호 제10-2099925호(등록일: 2020년 4월 6일), 발명의 명칭: "건축용 경량 난연블록의 제조방법" 대한민국 등록특허번호 제10-1959233호(등록일: 2019년 3월 12일), 발명의 명칭: "재활용 플라스틱을 이용한 펠릿 제조장치" 대한민국 등록특허번호 제10-2117223호(등록일: 2020년 5월 26일), 발명의 명칭: "폐플라스틱 재활용을 위한 처리 장치" 대한민국 등록특허번호 제10-1835555호(등록일: 2018년 2월 28일), 발명의 명칭: "재활용 플라스틱을 이용한 투수성 스틸 그레이팅 및 그 제조방법"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록 제조시, 폐자재가 외부로 노출되지 않도록 심재로 이용하여 EPS 블록을 보강함으로써 건축자재 또는 토목자재로 재활용할 수 있는, 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 심재와 EPS 외피로 이루어진 EPS 블록 제조시, 폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 원재료인 EPS 비드와 함께 사용하여 EPS 블록을 제조할 수 있는, 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, EPS 입자와 폐플라스틱 입자가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 EPS 비드에 미세 분쇄한 폐플라스틱을 현탁중합하여 단위 EPS 블록을 형성함으로써 압축강도를 보강할 수 있는, 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록은, 폐자재를 재활용하여 입체 형상으로 가공된 심재; 및 EPS 비드를 발포 성형하여 상기 심재를 내장하는 EPS 외피를 포함하되, 상기 심재는 각형 또는 구형의 입체 형태로 제작되고, 상기 EPS 외피와의 부착을 위해 표면에 굴곡이 형성되며; 상기 EPS 외피는 상기 심재보다 크게 형성되고, 상기 심재가 외부로 노출되지 않도록 상기 EPS 외피 내에 내장되며; 상기 EPS 외피는 EPS 비드에 미세 분쇄한 판형의 폐플라스틱을 추가로 혼합하여 형성되고, 상기 판형의 폐플라스틱에 의해 EPS 블록의 균열 발생을 억제시키고; 그리고 상기 EPS 외피는 EPS 입자와 폐플라스틱 입자가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 현탁중합시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 폐자재는 폐플라스틱, 폐비닐, 폐타이어, 폐고무, 폐우레탄, 폐스티로폼, 폐포장재, 폐EP(Engineering Plastics), 폐플레이크 및 펠릿 중 적어도 하나 이상 포함하고, 단독 또는 일부를 혼용하여 사용될 수 있다.

삭제

여기서, 상기 심재는 육면체 심재, 수평 타원체 심재 또는 수직 타원체 심재 중에서 선택될 수 있다.

삭제

여기서, 상기 EPS 외피는 상기 EPS 비드에 난연제를 추가로 혼합하여 형성되거나 상기 EPS 외피의 표면에 난연제가 추가로 코팅될 수 있다.

한편, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법은, a) 폐자재를 재활용한 심재를 입체 형태로 가공하는 단계; b) 발포성형기에 EPS 외피 형성을 위한 EPS 비드를 1차 투입하는 단계; c) 상기 발포성형기 내에 1차로 투입된 EPS 비드 상에 상기 입체 형태의 심재를 배치하는 단계; d) 상기 심재가 내장되도록 소정 높이까지 EPS 비드를 2차 투입하는 단계; e) 상기 발포성형기 내의 상기 EPS 비드를 발포 성형하는 단계; f) 상기 발포에 의해 상기 심재가 내장되도록 EPS 외피를 형성하는 단계; 및 g) 상기 발포성형기 내의 EPS 블록을 재단 및 인출하여 EPS 블록을 완성하는 단계를 포함하되, 상기 a) 단계의 심재는 각형 또는 구형의 입체 형태로 제작되고, 상기 EPS 외피와의 부착을 위해 표면에 굴곡이 형성되며; 상기 폐자재를 가공한 심재는 외부로 노출되지 않도록 상기 EPS 외피 내에 내장되며; 상기 f) 단계의 EPS 외피는 EPS 비드에 미세 분쇄한 판형의 폐플라스틱을 추가로 혼합하여 형성되고, 상기 판형의 폐플라스틱에 의해 EPS 블록의 균열 발생을 억제시키며; 그리고 상기 EPS 외피는 EPS 입자와 폐플라스틱 입자가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 현탁중합시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 a) 단계의 폐자재는 폐플라스틱, 폐비닐, 폐타이어, 폐고무, 폐우레탄, 폐스티로폼, 폐포장재, 폐EP, 폐플레이크 및 펠릿 중 적어도 하나 이상 포함하고, 단독 또는 일부를 혼용하여 사용될 수 있다.

여기서, 상기 f) 단계의 심재는 육면체 심재, 수평 타원체 심재또는 수직 타원체 심재 중에서 선택될 수 있다. 여기서, 상기 EPS 외피는 상기 EPS 비드에 난연제를 추가로 혼합하여 형성되거나 상기 EPS 외피의 표면에 난연제가 추가로 코팅될 수 있다.

삭제

본 발명에 따르면, 폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록 제조시, 폐자재가 외부로 노출되지 않도록 심재로 이용하여 EPS 블록을 보강함으로써 건축자재 또는 토목자재로 재활용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 심재와 EPS 외피로 이루어진 EPS 블록 제조시, 폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 원재료인 EPS 비드와 함께 사용하여 EPS 블록을 제조할 수 있다.

본 발명에 따르면, EPS 입자와 폐플라스틱 입자가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 EPS 비드에 미세 분쇄한 폐플라스틱을 현탁중합하여 단위 EPS 블록을 형성함으로써 압축강도를 보강할 수 있고, 이에 따라, EPS 블록의 상부 하중에 의한 균열 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 EPS 블록의 시공사례를 나타낸 사진이다.
도 2는 토목자재용 단위 EPS 블록의 제원을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록에서 심재의 형태를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록에서 플레이크 및 EPS 비드를 예시하는 사진이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록에서 EPS 외피 형성시 EPS 비드에 혼합되는 폐자재를 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법을 나타내는 동작흐름도이다.
도 8a 내지 도 8g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법을 구체적으로 설명하기 위한 단면도들이다.
도 9a 내지 도 9g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 적용분야를 나타내는 사진들이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록의 경우, 재활용이 가능한 폐플라스틱의 건축자재 활용방안으로서, 매립 또는 소각되지 않고 자원으로 활용될 수 있는 폐플라스틱 등의 폐자재를 재활용하여 건축자재 또는 토목자재로 사용하게 된다.

예를 들면, 플라스틱은 저렴한 가격 및 용이한 가공성 때문에 다양하게 사용되고 있지만, 폐플라스틱의 재활용 과정에서는 다양성 때문에 많은 공정을 거쳐 재활용된다. 그럼에도 불구하고, 생산단가 절감 및 재활용률 향상을 위해서 재활용을 위한 공정 간소화 또는 저품질 폐플라스틱의 활용 방법을 모색하였다.

[폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록(100)]

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록을 나타내는 도면으로서, 도 3의 a)는 측면도이고, 도 3의 b)는 사시도이다.

도 3의 a) 및 b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록(100)은, 크게 심재(110) 및 EPS 외피(120)로 이루어진다.

심재(110)는 폐자재를 재활용하여 입체 형상으로 가공된다. 이때, 상기 폐자재는 폐플라스틱, 폐비닐, 폐타이어, 폐고무, 폐우레탄, 폐스티로폼, 폐포장재, 폐EP(Engineering Plastics), 폐플레이크 및 펠릿 중 적어도 하나 이상 포함하고, 단독 또는 일부를 혼용하여 사용될 수 있다. 여기서, 상기 폐플레이크는 PE, PP, PS, PVC, ABS 등일 수 있고, 상기 펠릿은 PE, PP, PS, PVC, ABS 등일 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 또한, 상기 심재(110)는 각형 또는 구형의 입체 형태로 제작되고, 상기 EPS 외피(120)와의 부착을 위해 표면에 굴곡이 형성된 것이 바람직하다.

EPS 외피(120)는 EPS 비드(120a, 120b)를 발포 성형하여 상기 심재(110)를 내장하며, 이때, 상기 EPS 외피(120)는 상기 심재(110)보다 크게 형성되고, 상기 심재(110)가 외부로 노출되지 않도록 상기 EPS 외피(120) 내에 내장된다. 특히, 상기 EPS 외피(120)는 EPS 비드에 미세 분쇄한 판형의 폐플라스틱을 추가로 혼합하여 형성되고, 상기 판형의 폐플라스틱에 의해 EPS 블록의 균열 발생을 억제시킬 수 있다. 이때, 상기 EPS 외피(120)는 EPS 입자(121)와 폐플라스틱 입자(122)가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 현탁중합시켜 형성될 수 있다.

또한, 상기 EPS 외피(120)는 상기 EPS 비드(120a, 120b)에 난연제를 추가로 혼합하여 형성되거나 상기 EPS 외피(120)의 표면에 난연제가 추가로 코팅될 수 있다.

한편, 통상적으로 플라스틱은 일정 온도를 가열하여 특정 형상의 제품으로 제작된다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록(100)의 제조공정에도 EPS 비드를 일정 온도로 가열하는 공정이 포함되어 있다. 이에 따라, 원재료인 EPS 비드와 폐자재(폐플라스틱, 폐비닐 등)로 함께 사용하여 EPS 블록을 제조할 수도 있다.

한편, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록에서 심재의 형태를 예시하는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록에서 심재(110)의 경우, 상기 심재(110)는 각형 또는 구형의 입체 형태로 제작되고, 상기 EPS 외피(120)와의 부착을 위해 표면에 굴곡이 형성된 것이 바람직하며, 예를 들면, 도 4의 a)에 도시된 바와 같이, 육면체 심재(110a)이거나, 도 4의 b)에 도시된 바와 같이, 수평 타원체 심재(110b) 또는 도 4의 c)에 도시된 바와 같이, 수직 타원체 심재(110c) 중에서 선택될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

한편, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록에서 플레이크 및 EPS 비드를 예시하는 사진이고, 도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록에서 EPS 외피 형성시 EPS 비드에 혼합되는 폐자재를 예시하는 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 경우, 예를 들면, 도 5의 a)에 도시된 바와 같이 플레이크 형태의 폐플라스틱을 사용하고, 또한, 원재료로서 도 5의 b) 도시된 바와 같이 EPS 비드를 사용하며, 또한, EPS 비드와 폐플라스틱을 함께 사용할 수도 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 모든 구조물이나 부재의 경우, 상부에서 하중이 가력되게 되는데, 이때, 하부에서 균열이 발생하게 된다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록(100)의 경우, 구 형태인 EPS 입자(121)에 판재인 폐플라스틱 입자 등의 폐자재를 사용하며, 이때, 폐플라스틱 등의 폐자재가 균열 발생을 억제하는 역할을 하게 된다. 예를 들면, 철근콘크리트에 철근과 같은 역할을 수행할 수 있다. 이에 따라, 심재(110)와 EPS 외피(120)를 구분하여 제작한 외피(EPS 블록)가 외부의 충격으로 인한 폐플라스틱 등이 분해/박리/이탈되는 현상을 방지할 수 있다.

또한, EPS 외피(120)는 EPS 비드를 사용함으로써 기존 EPS 블록 외관과 동일하게 제작되기 때문에 재활용품을 사용한다는 거부감 없이 시공현장에 적용할 수 있다.

또한, 도 6b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 경우, 휘저어 섞는 조작으로 간단하게 공업적 중합법인 현탁중합 방법을 통하여 EPS 입자와 플라스틱 입자를 하나의 단위 EPS 블록으로 제작할 수 있다. 구체적으로, 육면체 형태의 단위공간에 거의 녹지 않는 매체(주로 물) 속에 분산시킨 EPS 입자(121)와 폐플라스틱 입자(122)를 고온의 환경을 조성하여 단위공간 안에서 팽창 및 융착으로 일체화하여 단위블록을 형성할 수 있다. 경우에 따라, 제작 과정에서 폐플라스틱 등이 융착하지 않을 수도 있으나 주변 EPS 입자 사이에 둘러싸여서 단위블록으로 제작 및 사용할 수 있다.

다시 말하면, 현탁중합은 고중합을 하는 방법의 하나로서, 단위체를 거의 녹지 않는 매개체(주로 물) 속에 분산시킨 다음, 안정제를 조금 가하여, 매개체에 녹기 어렵고 단위체에 잘 녹는 중합개시제를 사용하여 중합시키는 것을 말한다. 이때, 중합체는 구슬모양 입자로 얻어진다. 이러한 현탁중합은 반응열을 제거하기 쉽고, 점성계수의 상승도 없어서, 휘저어 섞는 조작도 간단하므로 공업적 중합법에 적당하다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록(100)의 경우, EPS 입자 및 플라스틱 입자를 하나의 단위블록으로 제작함에 따라 균열을 억제할 수 있고, 이때, 판재 형태의 폐플라스틱이 인장력에 의한 균열을 억제하는 역할을 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록(100)의 경우, 폐기물의 수출제한 및 재활용률 저하로 인하여 재활용업체 수익성 악화로 폐기물 수집 거부 등의 사회문제가 발생하고 있으나, 재활용 제품의 안정적 사용방안 마련을 통하여 환경문제 해결에 기여할 수 있다. 또한, 기존에 열을 이용한 생산공정의 변화 없이 폐플라스틱도 원재료로 함께 사용할 수 있는 방법으로서, 생산공정에 제조설비를 추가하기 위한 별도의 비용이 불필요하다.

결국, 본 발명의 실시에에 따르면, 폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(Expanded Polystyrene: EPS) 블록 제조시, 폐자재가 외부로 노출되지 않도록 심재로 이용하여 EPS 블록을 보강함으로써 건축자재 또는 토목자재로 재활용할 수 있다.

[폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록의 제조방법]

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법을 나타내는 동작흐름도이고, 도 8a 내지 도 8g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법을 구체적으로 설명하기 위한 단면도들이다.

도 7, 도 8a 내지 도 8g를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법은, 먼저, 도 8a에 도시된 바와 같이, 폐플라스틱 등의 폐자재를 재활용한 심재(110)를 입체 형태로 가공한다(S110). 이때, EPS 블록(100)의 크기에 따라서 심재(110) 형상 및 크기를 자유롭게 변경할 수 있고, 예를 들면, 라벨 제거, 분쇄 및 성형을 통해 심재(110)를 입체 형태로 가공할 수 있다.

여기서, 상기 폐자재는 폐플라스틱, 폐비닐, 폐타이어, 폐고무, 폐우레탄, 폐스티로폼, 폐포장재, 폐EP, 폐플레이크 및 펠릿 중 적어도 하나 이상 포함하고, 단독 또는 일부를 혼용하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 심재(110)는 심재(110)는 각형 또는 구형의 입체 형태로 제작되고, 상기 EPS 외피(120)와의 부착을 위해 표면에 굴곡이 형성된 것이 바람직하며, 전술한 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 심재(110)는 육면체 심재(110a), 수평 타원체 심재(110b) 또는 수직 타원체 심재(110c) 중에서 선택될 수 있지만, 이에 국한되는 것은 아니다.

다음으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 발포성형기(200)에 EPS 외피(120) 형성을 위한 원재료인 EPS 비드(120a)를 1차 투입한다(S120). 이때, 상기 발포성형기(200)와 상기 심재(110) 사이의 간격을 유지하기 위한 스페이서(Spacer)를 설치할 수도 있다.

다음으로, 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 발포성형기(200) 내에 1차로 투입된 EPS 비드(120a) 상에 상기 입체 형태의 심재(110)를 배치한다(S130).

다음으로, 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 심재(110)가 내장되도록 소정 높이까지 EPS 비드(120b)를 2차 투입한다(S140).

다음으로, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 발포성형기(200)를 작동시켜 상기 EPS 비드(120a, 120b)룰 발포 성형한다(S150). 구체적으로, 상기 EPS 비드(120a, 120b)는 폴리스티렌수지에 펜탄이나 부탄과 같은 발포제를 첨가시켜 제조되는 0.2㎜~3.0㎜의 크기로 가공공장에 공급되어 스팀을 열원으로 이용한 가열(1차 발포)이후 상기 발포성형기(200)에 삽입되어 2차 발포(성형공정)을 통하여 얻어진 성형물을 그대로 이용하거나 이후, 적절한 크기로 열선(Hot Wire)을 이용하여 필요한 크기로 재단될 수 있다.

다음으로, 도 8f에 도시된 바와 같이, 발포에 의해 상기 심재(110)가 내장되도록 EPS 외피(120)를 형성한다(S160). 구체적으로, 상기 EPS 외피(120)는 EPS 비드에 미세 분쇄한 판형의 폐플라스틱을 추가로 혼합하여 형성되고, 상기 판형의 폐플라스틱에 의해 EPS 블록의 균열 발생을 억제시킬 수 있으며, 예를 들면, 상기 EPS 외피(120)는 EPS 입자(121)와 폐플라스틱 입자(122)가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 현탁중합시켜 형성될 수 있다. 또한, 상기 EPS 외피(120)는 상기 EPS 비드(120a, 120b)에 난연제를 추가로 혼합하여 형성되거나 상기 EPS 외피(120)의 표면에 난연제가 추가로 코팅될 수 있다.

다음으로, 도 8g에 도시된 바와 같이, 상기 발포성형기(200)로부터 EPS 블록(100)을 인출함으로써 EPS 블록(100)을 완성한다(S170).

이에 따라, 상기 폐자재를 가공한 심재(110)는 외부로 노출되지 않도록 상기 EPS 외피(120) 내에 내장될 수 있다.

한편, 도 9a 내지 도 9g는 각각 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 적용분야를 나타내는 사진들이다.

본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록(100)은, 토목분야 구조물의 하중경감용으로 적용될 수 있고, 예를 들면, 도 9a에 도시된 교량 상판, 도 9b에 도시된 고속도로 동물이동로 또는 도 9c에 도시된 터널 상부에 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록(100)은, 토목분야 구조물의 뒷채움용으로 적용될 수 있고, 예를 들면, 도 9d에 도시된 옹벽 또는 도 9e에 도시된 도로 교대에 적용할 수 있다. 구체적으로, 도로지반에는 많은 골재가 채움용로 사용되고 있는데, 이때, 폐플라스틱 또는 폐비닐을 사용한 EPS 블록을 현장에 적용하는 경우, 기존 공법을 그대로 사용하여도 무방하여 별도의 시공방법을 습득할 필요 없다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록(100)은, 건축분야 구조물의 되메우기용으로 적용될 수 있고, 예를 들면, 도 9f에 도시된 건축물 기초 또는 도 9g에 도시된 아파트 지하주차장이나 옥상정원에 적용할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로서, 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록(100)을 설명하였지만, 실질적으로 유사한 폐자재를 재활용한 발포우레탄 블록을 형성할 수도 있다는 점은 당업자에게 자명하다.

결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 심재와 EPS 외피로 이루어진 EPS 블록 제조시, 폐플라스틱, 폐비닐, 폐종이, 폐타이어 등의 폐자재를 원재료인 EPS 비드와 함께 사용하여 EPS 블록을 제조할 수 있고, 또한, EPS 입자와 폐플라스틱 입자가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 EPS 비드에 미세 분쇄한 폐플라스틱을 현탁중합하여 단위 EPS 블록을 형성함으로써 압축강도를 보강할 수 있고, 이에 따라, EPS 블록의 상부 하중에 의한 균열 발생을 방지할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 발포폴리스티렌(EPS) 블록 200: 발포성형기
110: 심재 120: EPS 외피
120a: 1차 EPS 비드 120b: 2차 EPS 비드
121: EPS 입자 122: 폐플라스틱 입자
110a: 육면체 심재
110b: 수평 타원체 심재
110c: 수직 타원체 심재

Claims

폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌(EPS) 블록에 있어서,
폐자재를 재활용하여 입체 형상으로 가공된 심재(110); 및
EPS 비드(120a, 120b)를 발포 성형하여 상기 심재(110)를 내장하는 EPS 외피(120)를 포함하되,
상기 심재(110)는 각형 또는 구형의 입체 형태로 제작되고, 상기 EPS 외피(120)와의 부착을 위해 표면에 굴곡이 형성되며;
상기 EPS 외피(120)는 상기 심재(110)보다 크게 형성되고, 상기 심재(110)가 외부로 노출되지 않도록 상기 EPS 외피(120) 내에 내장되며; 상기 EPS 외피(120)는 EPS 비드에 미세 분쇄한 판형의 폐플라스틱을 추가로 혼합하여 형성되고, 상기 판형의 폐플라스틱에 의해 EPS 블록의 균열 발생을 억제시키며; 그리고 상기 EPS 외피(120)는 EPS 입자(121)와 폐플라스틱 입자(122)가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 현탁중합시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록.
제1항에 있어서,
상기 폐자재는 폐플라스틱, 폐비닐, 폐타이어, 폐고무, 폐우레탄, 폐스티로폼, 폐포장재, 폐EP(Engineering Plastics), 폐플레이크 및 펠릿 중 적어도 하나 이상 포함하고, 단독 또는 일부를 혼용하여 사용되는 것을 특징으로 하는 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록.
삭제
제1항에 있어서,
상기 심재(110)는 육면체 심재(110a), 수평 타원체 심재(110b) 또는 수직 타원체 심재(110c) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 EPS 외피(120)는 상기 EPS 비드(120a, 120b)에 난연제를 추가로 혼합하여 형성되거나 상기 EPS 외피(120)의 표면에 난연제가 추가로 코팅되는 것을 특징으로 하는 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록.
폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법에 있어서,
a) 폐자재를 재활용한 심재(110)를 입체 형태로 가공하는 단계;
b) 발포성형기(200)에 EPS 외피(120) 형성을 위한 EPS 비드(120a)를 1차 투입하는 단계;
c) 상기 발포성형기(200) 내에 1차로 투입된 EPS 비드(120a) 상에 상기 입체 형태의 심재(110)를 배치하는 단계;
d) 상기 심재(110)가 내장되도록 소정 높이까지 EPS 비드(120b)를 2차 투입하는 단계;
e) 상기 발포성형기(200) 내의 상기 EPS 비드(120a, 120b)를 발포 성형하는 단계;
f) 상기 발포에 의해 상기 심재(110)가 내장되도록 EPS 외피(120)를 형성하는 단계; 및
g) 상기 발포성형기(200) 내의 EPS 블록(100)을 재단 및 인출하여 EPS 블록(100)을 완성하는 단계를 포함하되,
상기 a) 단계의 심재(110)는 각형 또는 구형의 입체 형태로 제작되고, 상기 EPS 외피(120)와의 부착을 위해 표면에 굴곡이 형성되며; 상기 폐자재를 가공한 심재(110)는 외부로 노출되지 않도록 상기 EPS 외피(120) 내에 내장되며;
상기 f) 단계의 EPS 외피(120)는 EPS 비드에 미세 분쇄한 판형의 폐플라스틱을 추가로 혼합하여 형성되고, 상기 판형의 폐플라스틱에 의해 EPS 블록의 균열 발생을 억제시키며; 그리고 상기 EPS 외피(120)는 EPS 입자(121)와 폐플라스틱 입자(122)가 단위공간 내에서 팽창 및 융착으로 일체화되도록 현탁중합시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법.
제8항에 있어서,
상기 a) 단계의 폐자재는 폐플라스틱, 폐비닐, 폐타이어, 폐고무, 폐우레탄, 폐스티로폼, 폐포장재, 폐EP, 폐플레이크 및 펠릿 중 적어도 하나 이상 포함하고, 단독 또는 일부를 혼용하여 사용되는 것을 특징으로 하는 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 a) 단계의 심재(110)는 육면체 심재(110a), 수평 타원체 심재(110b) 또는 수직 타원체 심재(110c) 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법.
삭제
삭제
제8항에 있어서,
상기 f) 단계의 EPS 외피(120)는 상기 EPS 비드(120a, 120b)에 난연제를 추가로 혼합하여 형성되거나 상기 EPS 외피(120)의 표면에 난연제가 추가로 코팅되는 것을 특징으로 하는 폐자재를 재활용한 발포폴리스티렌 블록의 제조방법.