KR102395416B1 - 터널용 eco 방수시트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐비닐을 이용한 방수시트의 제조 방법 및 이의 제조 방법으로 제조된 방수시트에 관한 것으로, 폐비닐을 폐비닐의 방치 또는 소각에 발생하는 환경오염을 줄이고 폐비닐의 자원화를 통해 폐비닐 처리 비용을 절감하고, 기존 EVA 대비 동등 또는 그 이상의 제품 성능을 나타내며, 원가 절감, 탄소 배출량을 감소할 수 있다.
또한, 물리적 성질 및 화학적 성질이 제품 기준에 부합하는 방수 시트를 제공할 수 있다.

Description

터널용 ECO 방수시트 및 이의 제조 방법{ECO waterproof sheet for tunnel and manufacturing method thereof}

본 발명은 재활용폴리에틸렌을 이용한 터널용 ECO 방수시트 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

생활 산업용 쓰레기의 증가는 사회적 환경적으로 심각한 문제로 인식되어 왔으며 특히 국내 연간 폐비닐 발생량은 200만톤 이상으로 각 지자체의 빈터나 사업장에 쉽게 버려지고 있어 최근 사회적 이슈가 된 "쓰레기산"의 원인이 되고 있으며, 이 가운데 70 내지 80%가 매립이나 소각되고 있다.

이로 인한 토양오염과 미세먼지 발생 등 2차 환경오염과 산불 발생으로 인한 환경파괴의 원인을 제공하기도 한다.

반면 기존 시설의 처리능력은 한계에 이르고 있고 폐기물 처리시설의 신규 증설은 곳곳에서 주민 반대에 부닥쳐 외면 받고 있으며, 중국 등 여러 나라가 폐기물 수입을 중단하였으며, 폐비닐 재활용 수익성 악화로 재활용업체의 폐비닐 수거 거부 사태 등 문제가 끊이지 않고 있다.

한국환경공단에 따르면 한 해 35만톤의 폐비닐을 수거했으며, 이를 처리하는 비용이 연간 350억원 정도가 필요하다고 한다.

방수시트의 제조 과정에서 다량의 불량시트·스크랩이 발생하고 있으며, 문제는 폐기물 발생량이 증가하면서 처리 비용도 매년 늘어나고 있어 독립적인 폐비닐 재활용 구조대책 수립이 시급하다.

식품용 포장비닐(과자, 라면 등)은 제품의 변질을 막고 산소 차단을 위해 알루미늄박 코팅 처리되어 다양한 색으로 인쇄되어 있으며 이 과정에서 여러 색의 잉크가 선명하게 인쇄될 수 있도록 '톨루엔'이라는 물질(현행 화학물질 관리법상 유독물질로 분류)이 들어가 있다.

이러한 식품용 포장 비닐은 재활용이 불가하여 심각하게 환경 파괴 원인이 되고 있으나, 다행히 폐방수시트는 재활용이 가능한 소재이다.

폐기물 발생 처리 비용에 드는 국가적 낭비를 개선하기 위해서 재활용 등 다시 자원화하는 방법이 최우선 고려되어야 하나, 재활용품은 이미 성능은 떨어지고 수명이 다한 소재를 사용하게 되어 터널 방수시트로 사용 시 성능 안전성 등의 문제점을 갖고 있고, 폐비닐의 재활용 시 예상되는 문제점으로 악취가 발생하며 시트의 표면이 거칠고 상태가 좋지 못하여 제조가 용이하지 않다.

물리적 성질로는 인장 인열 강도 수준이 도공(KS)에서 제시하는 수준에 지극히 못 미쳐 "신장률 및 탄성 회복률"에서 상기와 같이 동일한 수준으로 제품 생산이 불가하며, 화학적 성질로는 열융착(가열신축, 열화처리) 및 저온성(0℃이하)에서도 접합성이 지극히 약하여 작업할 수준이 안되며, 일반 재활용제품은 물리적 성능 저하, 수명 단축, 웰딩성 감소로 인한 방수성 약화, 산화가 빨라지며 시공성 저하 등의 많은 문제점으로 품질 수준이 기존 EVA의 50% 정도로 도공(KS) 품질기준에 부적합하여 "터널용 방수시트" 제작이 불가한 수준이다.

KR 10-0545247 B1 KR 10-1275023 B1

본 발명의 목적은 재활용폴리에틸렌을 이용한 터널용 ECO 방수시트 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 폐비닐의 소각 시 발생하는 환경오염을 줄이고 폐비닐의 자원화를 통해 폐비닐 처리 비용을 절감하고, 기존 EVA 대비 동등 또는 그 이상의 제품 성능을 나타내며, 원가 절감, 탄소 배출량을 감소할 수 있는 방수시트의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 물리적 성질 및 화학적 성질이 제품 기준에 부합하는 방수 시트를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용폴리에틸렌을 이용한 방수시트는 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층; 상기 재활용 시트층의 상부에 적층되는 제1 시트층; 및 상기 재활용 시트층의 하부에 적층되는 제2 시트층을 포함하며, 상기 재활용 컴파운드 펠렛은 폴리에틸렌 불량 시트를 이용한 재활용 펠렛을 포함할 수 있다.

상기 제1 시트층의 상부에 장섬유 부직포층이 적층될 수 있다.

상기 제2 시트층의 하부에 기능성 부직포층이 적층될 수 있다.

상기 제1 시트층은 메탈로센계 수지로 구성된 제1층; 및 폴리에틸렌 수지로 구성된 제2층이 적층되고, 두께가 0.1 내지 0.5mm이다.

상기 제2 시트층은 폴리에틸렌 수지로 구성된 제1층; 메탈로센계 수지로 구성된 제2층; 및 엘라스토머 수지로 구성된 제3층이 적층되고, 두께가 0.1 내지 0.5mm이다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 재활용폴리에틸렌을 이용한 방수시트의 제조 방법은 1) 재활용 폴리에틸렌을 이용하여 재활용 펠렛을 제조하는 단계; 2) 상기 재활용 팰렛를 포함하는 재활용 컴파운드 펠렛을 제조하는 단계; 3) 메탈로센계 수지 및 폴리에틸렌 수지를 이용하여, 제1 시트를 성형하는 단계; 4) 상기 2) 단계의 재활용 컴파운드 펠렛을 이용하여, 재활용 시트를 성형하는 단계; 5) 폴리에틸렌 수지, 메탈로센계 수지 및 엘라스토머 수지를 이용하여 제2 시트를 성형하는 단계; 및 6) 상기 제1 시트, 재활용 시트 및 제2 시트의 순서로 합지하거나 동시에 합지하여 다층 시트를 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 다층 시트는 상부 및 하부에 부직포를 추가로 합지하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 1) 단계는, 1-1) 폴리에틸렌 불량 시트를 수집하는 단계; 1-2) 상기 수집된 폴리에틸렌 불량 시트를 파쇄하는 단계; 1-3) 상기 파쇄된 불량 시트를 세척 및 건조하는 단계; 및 1-4) 상기 세척 및 건조한 불량 시트를 가압하여 용융 및 혼련하고, 연속 압출하여 재활용 펠렛으로 성형하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 2) 단계는 재활용 펠렛에 엘라스토머 수지를 혼합하고, 가압하여 용융 및 혼련하고, 연속 압출하여 재활용 컴파운드 펠렛을 제조할 수 있다.

본 발명은 폐비닐의 소각 시 발생하는 환경오염을 줄이고 폐비닐의 자원화를 통해 폐비닐 처리 비용을 절감하고, 기존 EVA 대비 동등 또는 그 이상의 제품 성능을 나타내며, 원가 절감, 탄소 배출량을 감소할 수 있다.

또한, 물리적 성질 및 화학적 성질이 제품 기준에 부합하는 방수 시트를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용폴리에틸렌을 이용한 방수시트의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 재활용폴리에틸렌을 이용한 방수시트의 제조 방법에 대한 순서도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명은, 폐비닐을 재활용하여 기존 EVA 대비 성능은 동등 이상으로 원가를 절감하고, 탄소 배출량을 20%이상 감소한 친환경적인 터널용 ECO 방수시트에 관한 것이다.

터널용 ECO 시트층의 배치순서에 따라 여러가지로 배치순서에 따른 터널용 ECO 방수시트를 고려할 수 있으며, 정리해 보면 다음과 같다.

1) 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층; 상기 재활용 시트층의 상부에 적층되는 제1 시트층; 상기 제1 시트층의 상부에 장섬유 부직포층; 상기 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층의 하부에 기능성 부직포층이 적층된 터널용 ECO 방수시트.

2) 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층; 상기 재활용 시트층의 상부에 적층되는 제1 시트층; 상기 제1 시트층의 상부에 장섬유 부직포층; 상기 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층의 하부에 적층되는 폴리에틸렌 수지를 포함하는 1 Layers로 구성된 제 2시트층; 상기 제 2시트층 하부에 기능성 부직포층이 적층된 터널용 ECO 방수시트.

3) 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층; 상기 재활용 시트층의 상부에 적층되는 제1 시트층; 상기 제1 시트층의 상부에 장섬유 부직포층; 상기 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층의 하부에 적층되는 폴리에틸렌 및 메탈로센계 수지를 포함하는 2 Layers로 구성된 제 2시트층; 상기 제 2시트층 하부에 기능성 부직포층이 적층된 터널용 ECO 방수시트.

4) 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층; 상기 재활용 시트층의 상부에 적층되는 제1 시트층; 상기 제1 시트층의 상부에 장섬유 부직포층; 상기 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층의 하부에 적층되는 폴리에틸렌, 메탈로센계 및 엘라스토머 수지를 포함하는 3 Layers로 구성된 제 2시트층; 상기 제 2시트층 하부에 기능성 부직포층이 적층된 터널용 ECO 방수시트를 구성할 수 있다.

또한 구체적으로, 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층; 상기 재활용 시트층의 상부에 적층되는 제1 시트층; 및 상기 재활용 시트층의 하부에 적층되는 제2 시트층을 포함하며, 상기 재활용 컴파운드 펠렛은 폴리에틸렌 불량 시트를 이용한 재활용 펠렛을 포함할 수 있다.

상기 재활용 시트층은, 폴리에틸렌 불량 시트를 이용한 재활용 펠렛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 폴리에틸렌 불량 시트는 앞서 설명한 바와 같이, 방수시트의 제조 과정에서 발생되는 대량의 불량시트 또는 스크랩을 이용하는 것이다. 방수 시트의 제조 과정에서 발생하는 불량 시트 또는 스크랩은 종래 활용 방법이 없어, 처리에 다량의 비용이 소모되고 있는 실정이다.

본 발명에서는, 방수 시트의 제조 과정에서 발생하는 폴리에틸렌 불량 시트 또는 스크랩을 이용하여, 재활용 폴리에틸렌 펠렛으로 제조하고, 이를 이용하여 재활용 컴파운드 펠렛을 제조한다.

구체적으로, 상기 재활용 시트층을 제조하는 것은, 1) 폴리에틸렌 불량 시트를 이용하여 재활용폴리에틸렌 펠렛을 제조하는 단계; 및 2) 상기 재활용 팰렛를 포함하는 재활용 컴파운드 펠렛을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 폴리에틸렌 불량 시트는 방수 시트 제조 공정에서 발생되는 것으로, 이를 수집하고, 파쇄한 후, 세척 및 건조한다. 이후, 가압 용융/혼련을 진행하고, 연속 압출 공정하고, 커팅하여 펠렛으로 제조할 수 있다.

이는 시트 형태로 제조되어 있는 폴리에틸렌 불량 시트를, 다시 이용하기 위해 펠렛으로 제조하는 것이다.

상기 재활용 폴리에틸렌 펠렛은 폴리에틸렌만을 포함하고 있어 인장 강도의 저하 문제가 발생할 수 있다. 상기의 문제를 개선하기 위해, 재활용 펠렛은 재활용 컴파운드 펠렛으로 제조하며, 이때 가교제로 엘라스토머 수지를 배합하여 제조한다.
이때, 수지 간 혼합이 쉽도록 오일을 첨가하고, 제품 수명을 늘리도록 산화방지제를 첨가하며, 재활용 펠렛과 엘라스토머 수지를 니더기(Kneader)에 넣고 한 쌍의 롤러 사이에 회전되며 반죽되어 분자 구조가 거친 형태의 사각형에서 칠각형 또는 팔각형으로 작게 분산될 때까지 10회 정도 정품 플라스틱 수지 대비 오랜 시간 반죽을 한다.

탄성, 내구성 및 용융성이 뛰어나고, 웰딩성이 좋은 엘라스토머 수지를 추가로 혼합하여, 가압 용융/혼련을 진행하고, 연속 압출 공정하고, 커팅하여 펠렛으로 제조함에 따라, 재활용 폴리에틸렌만을 사용함에 따른 문제를 해결할 수 있다.

이때, 엘라스토머 수지는, 재활용 펠렛 25~75 중량부에 대해, 25 내지 75 중량부로 포함할 수 있고, 바람직하게는 30 내지 35 중량부로 포함할 수 있다. 상기 엘라스토머 수지는, 재활용 시트층의 인장 강도 저하 문제를 방지하고, 탄성 및 내구성을 높이기 위해 포함되는 것으로, 상기 범위 내에서 사용 시, 위의 효과를 발휘할 수 있다.

상기 재활용 시트층의 두께는 0.2 내지 1mm이며, 바람직하게는 0.7mm일 수 있으나 상기 범위에 제한되지 않는다.

상기 재활용 시트층의 제조는, 도 3과 같이 재활용 컴파운드 수지를 호퍼에 넣고 압출기에서 용융하고, 용융된 수지를 T-die에서 압출하여 시트 성형 및 냉각롤러를 통해 냉각시켜 제조할 수 있다.

상기 제1 시트층은 메탈로센계 수지로 구성된 제1층; 및 폴리에틸렌 수지로 구성된 제2층이 적층되고, 두께가 0.1 내지 0.5mm일 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 시트층은 3) 메탈로센계 수지 및 폴리에틸렌 수지를 이용하여, 제1 시트를 성형하는 단계로 제조될 수 있다.

보다 구체적으로 상기 제1 시트층은 재활용 시트층의 부족한 웰딩성 및 물리적 성질을 보완하기 위한 것으로, 도 4와 같이 메탈로센계 수지 및 폴리에틸렌 수지를 각각 압출기(Extruder)에 넣고, 용융하여 상향식 인플레이션 성형기를 이용하여, 메탈로센계 수지로 구성된 제1층; 및 폴리에틸렌 수지로 구성된 제2층을 포함하는 제1 시트층으로 제조할 수 있다.

상기 제2 시트층은 폴리에틸렌 수지로 구성된 제1층; 메탈로센계 수지로 구성된 제2층; 및 엘라스토머 수지로 구성된 제3층이 적층되고, 두께가 0.1 내지 0.5mm일 수 있다.

구체적으로, 상기 제2 시트층은 기능성 섬유와의 저온 접착성을 강화하고 웰딩성 및 물리적 성질을 보완하기 위하여 도 5와 같이 폴리에틸렌 수지, 메탈로센계 수지 및 엘라스토머 수지를 3대의 압출기에 각각 용융하여 상향식 인플레이션 성형기를 이용하여, 폴리에틸렌 수지로 구성된 제1층; 메탈로센계 수지로 구성된 제2층; 및 엘라스토머 수지로 구성된 제3층을 포함하는 제2 시트층으로 제조할 수 있다.

상기 제1 시트층, 재활용 시트층 및 제2 시트층이 각각 제조되면, 3 레이어(Layers) 합지롤러를 이용하여 다층 시트를 제조할 수 있다.

보다 구체적으로, 재활용 시트층을 가운데 위치시키고 이를 일 방향으로 이동시켜 주며, 제1 시트층을 상부에 적층할 수 있도록 위치시키고, 제2 시트층을 하부에 적층할 수 있도록 위치시킨 후, 상부 및 하부에 위치한 합지 롤러를 통해, 다층 시트를 제조한다.

상기 본 발명의 방수시트는 장섬유 부직포층 및 기능성 부직포층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 상기 장섬유 부직포층은 제1 시트층의 상부에 적층되며, 상기 기능성 부직포층은 제2 시트층의 하부에 적층될 수 있다. 구체적으로, 숏크리트에서 발생하는 물을 유도하고 완충 역할을 하는 장섬유 부직포층 및 방수시트와 라이닝 콘크리트의 부착을 용이하게 하는 기능성 부직포층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 장섬유 부직포층은 합지롤러와 열풍기에 의한 열융착 방식으로 적층할 수 있다. 상기 기능성 부직포층은 장섬유 부직포층과 동일한 방식으로 적층 시, 손상이 발생할 수 있어, 열융착 공정에 의한 손상을 방지하고, 접착성을 개선하기 위해, 핫멜트 방식으로 접착한다.

보다 구체적으로, 상기 기능성 부직포층을 제2 시트층의 하부에 핫멜트 방식으로 부착하고, 이후 장섬유 부직포층을 제1 시트층의 상부에 합지롤러와 열풍기에 의해 열융착 방식으로 접착한다.

제조예

방수시트의 제조

폴리에틸렌 불량 시트 및 스크랩을 수거하고, 파쇄한다. 이후 이물질 등을 제거하기 위해, 세척하고 완전히 건조한다. 상기 세척 및 건조한 불량 시트 및 스트랩은 가압하여 용융 및 혼련하고, 연속 압출하였으며, 커팅하여 재활용 폴리에틸렌 펠렛으로 제조한다.

상기 재활용폴리에틸렌 펠렛은 엘라스토머 수지와 혼합하고, 가압하여 용융 및 혼련하고, 연속 압출하였으며, 커팅하여 재활용 컴파운드 펠렛으로 제조한다.

메탈로센계 수지 및 폴리에틸렌 수지를 각각 압출기(Extruder)에 넣고, 용융하여 상향식 인플레이션 성형기를 이용하여, 메탈로센계 수지로 구성된 제1층; 및 폴리에틸렌 수지로 구성된 제2층을 포함하는 제1 시트층을 제조한다.

상기 재활용 컴파운드 펠렛을 T-die에서 압출하여, 재활용 시트층으로 성형하고, 냉각 롤러를 통해 재활용 시트층을 제조한다.

폴리에틸렌 수지, 메탈로센계 수지 및 엘라스토머 수지를 3대의 압출기에 각각 용융하여 상향식 인플레이션 성형기를 이용하여, 폴리에틸렌 수지로 구성된 제1층; 메탈로센계 수지로 구성된 제2층; 및 엘라스토머 수지로 구성된 제3층을 포함하는 제2 시트층을 제조한다.

상기 재활용 시트층을 가운데 위치시키고 이를 일 방향으로 이동시켜 주며, 제1 시트층을 상부에 적층할 수 있도록 위치시키고, 제2 시트층을 하부에 적층할 수 있도록 위치시킨 후, 상부 및 하부에 위치한 합지 롤러를 통해, 다층 시트를 제조한다.

상기 다층시트의 하부에 기능성 부직포를 적층시키고, 핫멜트 방식으로 접착한다.

이후, 장섬유 부직포를 다층 시트의 상부에 위치시키고, 합지롤러 및 열풍기를 이용하여 열융착으로 접착하고, 권취한다.

상기 재활용 컴파운드 펠렛을 제조하기 위한, 재활용폴리에틸렌 펠렛 및 엘라스토머 수지의 함량 비율은 하기 표 1과 같다.

(단위 중량%)

실험예 1

방수 시트의 제품 규격 및 성능 평가

비교예로 EVA 필름을 이용한 방수 시트를 이용하였다. 구체적으로 비교예의 방수시트는 EVA를 호퍼에 넣고 압출기에서 용융하고 용융된 EVA 수지를 T-die에서 압출하여 시트 성형 및 냉각 롤러를 통해 냉각하여 EVA 시트층을 제조하고, 상기 EVA 시트층에 부직포를 합지롤러와 열풍기에 의한 열융착 방식으로 접착하여 제조하였다.

방수 시트의 친환경성 평가

본 발명의 방수시트는 하기와 같은 탄소감소량을 나타내는 것을 특징으로 한다.

종래 방수시트 대비, 단가가 절감되고, CO₂ 발생량도 기존 EVA 방수시트 대비 42% 수준에 불과하여, 우수한 탄소감소 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 무게도 EVA 방수시트 대비 20% 이상 감소된 제품으로의 제공이 가능하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 재활용 시트층
200: 제1 시트층
300: 제2 시트층
400: 장섬유 부직포층
500: 기능성 부직포층

Claims (15)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 재활용 컴파운드 펠렛을 포함하는 재활용 시트층;
   상기 재활용 시트층의 상부에 적층되는 제1 시트층; 및
   상기 재활용 시트층의 하부에 적층되는 제2 시트층을 포함하며,
   상기 재활용 컴파운드 펠렛은 폴리에틸렌 불량 시트를 이용한 재활용 펠렛을 포함하고,
   상기 제1 시트층의 상부에 장섬유 부직포층이 적층되며,
   상기 제2 시트층의 하부에 기능성 부직포층이 적층되고,
   상기 제1 시트층은 메탈로센계 수지로 구성된 제1층, 및
   폴리에틸렌 수지로 구성된 제2층이 적층되고,
   두께가 0.1 내지 0.5mm이며,
   상기 제2 시트층은 폴리에틸렌 수지로 구성된 제1층,
   메탈로센계 수지로 구성된 제2층, 및
   엘라스토머 수지로 구성된 제3층이 적층되고,
   두께가 0.1 내지 0.5mm이며,
   상기 재활용 컴파운드 펠렛은 가교제로 엘라스토머 수지를 포함하고,
   상기 기능성 부직포층은 제2 시트층의 하부에 핫멜트 방식으로 부착하고,
   상기 장섬유 부직포층은 제1 시트층의 상부에 합지롤러와 열풍기에 의해 열융착 방식으로 접착하는 것을 특징으로 하는 터널용 ECO 방수시트.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 제5항에 있어서,
    상기 재활용 시트층의 두께는 0.4 내지 0.7mm인 터널용 ECO 방수시트.
    
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

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