KR102431148B1 - 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법 - Google Patents

폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수거된 폐분체도료를 이물질 제거, 수분 제거, 펠렛 제조 및 분쇄 과정을 거쳐 재생 분체도료로 제조함으로써, 폐분체도료의 소각 및 폐기에 따른 환경오염을 방지하고, 가공성, 밀착성, 도막성능 등이 우수한 재생 분체도료를 제공할 수 있는 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법에 관한 것이다.

Description

폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법{A method for manufacturing recycled powdery paint using waste powdery paint}
본 발명은 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수거된 폐분체도료를 이물질 제거, 수분 제거, 펠렛 제조 및 분쇄 과정을 거쳐 재생 분체도료로 제조함으로써, 폐분체도료의 소각 및 폐기에 따른 환경오염을 방지하고, 가공성, 밀착성, 도막성능 등이 우수한 재생 분체도료를 제공할 수 있는 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법에 관한 것이다.
분체도료는 액상도료와 달리 용매를 사용하지 않으므로, 취급, 관리 및 도장작업이 용이하고, 용매에 의한 질병 발생 및 화재의 위험이 감소될 수 있다.
분체도료는 정전도장 등의 방법으로 피도장물에 부착된 후 열처리되는데, 이때 분체도료의 수지 성분이 열에 의해 가교 및 경화되면서 도막이 형성된다.
한편, 분체도료는 고전압으로 분사되어 도장공정이 진행되므로, 도장공정 중에 피도장물로부터 이탈하여 손실되는 분체도료의 양이 상당히 많은데, 기존에는 이러한 폐분체도료를 수거하여 대부분 소각처리하고 있다.
그러나 폐분체도료를 소각하는 경우 소각처리에 많은 비용이 소요되어 도장 원가를 상승시키는 문제점이 있다.
이와 같은 폐분체도료의 소각에 따른 문제점을 해결하기 위하여 폐분체도료를 재활용하는 다양한 연구들이 진행되고 있다.
이와 관련하여, 한국등록특허 제10-0955658호는 레벨링 첨가제를 포함하는 폐분체도료 90~95중량%에 수산기를 포함하는 용매로 되는 촉매 5~10중량%를 첨가하고 삼본 롤밀을 이용하여 분산하여 선분산된 폐분체도료를 얻는 단계(S1); 레벨링 첨가제를 포함하지 않으며 특수무늬 첨가제를 포함하는 버진 특수무늬 분체도료 조성물에, 선분산된 폐분체도료를 혼합하고 용융압출하여 고상의 칩으로 성형하는 단계(S2); 및 성형된 고상의 칩을 분쇄하는 단계(S3)를 포함하는 재생 특수무늬 분체도료의 제조방법을 개시하고 있다.
그러나 상기 선행기술은 폐분체도료의 재활용 공정이 복잡하고, 용매를 추가로 사용함에 따라 취급 및 관리가 어려운 문제점이 있다.
따라서 폐분체도료의 재생공정이 간단하고, 가공성, 밀착성, 도막성능 등이 우수한 재생 분체도료를 제공할 수 있는, 폐분체도료를 활용한 친환경 재생 분체도료의 제조방법에 대한 기술개발이 요구된다.
한국등록특허 제10-0955658호(2010.05.06.)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수거된 폐분체도료를 이물질 제거, 수분 제거, 펠렛 제조 및 분쇄 과정을 거쳐 재생 분체도료로 제조함으로써, 폐분체도료의 재생공정이 간단하고, 폐분체도료의 소각 및 폐기에 따른 환경오염을 방지하며, 가공성, 밀착성, 도막성능 등이 우수한 재생 분체도료를 제공할 수 있는, 폐분체도료를 활용한 친환경 재생 분체도료의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 폐분체도료를 수거한 후 이물질을 제거하는 이물질 제거단계;
상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 혼합하여 수분을 제거하는 수분 제거단계;
상기 수분이 제거된 폐분체도료를 용융 압출하여 펠렛을 제조하는 펠렛 제조단계; 및
상기 펠렛을 분쇄하여 재생 분체도료를 제조하는 재생 분체도료 제조단계;를 포함하는 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 수분 제거단계는 상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 40~70℃에서 혼합하여 수분을 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 수분 제거단계는 입자크기가 177~250㎛인 폐분체도료 및 입자크기가 125㎛ 이상이고 177㎛ 미만인 폐분체도료를 혼합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 수분 제거단계 이후에, 상기 수분이 제거된 폐분체도료를 40~70℃에서 열처리하는 열처리단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 수거된 폐분체도료를 이물질 제거, 수분 제거, 펠렛 제조 및 분쇄 과정을 거쳐 재생 분체도료로 제조함으로써, 폐분체도료의 재생공정이 간단하고, 폐분체도료의 소각 및 폐기에 따른 환경오염을 방지하며, 가공성, 밀착성, 도막성능 등이 우수한 재생 분체도료를 제공할 수 있는, 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법을 제공할 수 있다.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.
본 발명은 폐분체도료를 수거한 후 이물질을 제거하는 이물질 제거단계;
상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 혼합하여 수분을 제거하는 수분 제거단계;
상기 수분이 제거된 폐분체도료를 용융 압출하여 펠렛을 제조하는 펠렛 제조단계; 및
상기 펠렛을 분쇄하여 재생 분체도료를 제조하는 재생 분체도료 제조단계;를 포함하는 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법에 관한 것이다.
상기 이물질 제거단계는 폐분체도료를 수거한 후 폐분체도료에 포함되어 있는 먼지, 이물질, 불순물, 덩어리 등을 제거하는 단계로서, 메쉬 등의 여과망을 사용하여 특정 크기 이하의 폐분체도료를 선별하여 수거할 수 있다.
또한 자석을 이용하여 폐분체도료에 포함된 철, 금속 등의 철재류를 제거할 수 있다.
상기 여과망의 크기는 60~150메쉬인 것이 바람직하며, 상기 여과망을 통과한 폐분체도료를 사용하는 경우 가공성, 밀착성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
여과망의 크기가 60메쉬인 경우 선별된 폐분체도료의 입경은 250㎛ 이하이고, 여과망의 크기가 80메쉬인 경우 선별된 폐분체도료의 입경은 177㎛ 이하이며, 여과망의 크기가 120메쉬인 경우 선별된 폐분체도료의 입경은 125㎛ 이하이며, 여과망의 크기가 150메쉬인 경우 선별된 폐분체도료의 입경은 104㎛ 이하이다.
상기 선별된 폐분체도료의 입경은 250㎛ 이하(여과망의 크기가 60메쉬인 경우)인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 177㎛ 이하(여과망의 크기가 80메쉬인 경우)인 것이 좋다.
본 발명은 입자크기(입경)가 125~177㎛인 폐분체도료를 사용하는 것이 바람직하며, 입자크기가 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성, 밀착성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
또한 본 발명은 입자크기가 177~250㎛인 폐분체도료(폐분체도료 1) 및 입자크기가 125㎛ 이상이고 177㎛ 미만인 폐분체도료(폐분체도료 2)를 혼합하여 사용할 수 있으며, 이때 폐분체도료 1 및 폐분체도료 2의 중량비는 20~40:60~80 인 것이 바람직하다. 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성, 밀착성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
아울러 본 발명은 입자크기가 177~250㎛인 폐분체도료(폐분체도료 1), 입자크기가 125㎛ 이상이고 177㎛ 미만인 폐분체도료(폐분체도료 2) 및 입자크기가 125㎛ 미만인 폐분체도료(폐분체도료 3)를 혼합하여 사용할 수 있으며, 이때 폐분체도료 1, 폐분체도료 2 및 폐분체도료 3의 중량비는 10~30:100:5~20 인 것이 바람직하다. 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성, 밀착성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
또한 본 발명은 입자크기가 177~250㎛인 폐분체도료(폐분체도료 1), 입자크기가 125㎛ 이상이고 177㎛ 미만인 폐분체도료(폐분체도료 2), 입자크기가 104㎛ 이상이고 125㎛ 미만인 폐분체도료(폐분체도료 3) 및 입자크기가 104㎛ 미만인 폐분체도료(폐분체도료 4)를 혼합하여 사용할 수 있으며, 이때 폐분체도료 1, 폐분체도료 2, 폐분체도료 3 및 폐분체도료 4의 중량비는 10~30:100:5~20:2~15 인 것이 바람직하다. 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성, 밀착성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
상기 수분 제거단계는 상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 40~70℃에서 혼합하여 폐분체도료에 포함되어 있는 수분, 습기 등을 제거할 수 있다.
상기 폐분체도료에 포함된 수분 및 습기는 작업성 및 가공성을 저하시키고, 펠렛이나 재생 분체도료의 내부에 기공을 형성시켜 도료 및 도막의 특성을 저하시킬 수 있다.
상기 폐분체도료를 40~70℃에서 교반함으로써 폐분체도료의 내부에 존재하는 수분 및 습기를 효과적으로 제거할 수 있다.
이때 상기 수분 제거단계는 40~70℃에서 1~5시간 동안 수행되는 것이 바람직하며, 온도 및 시간이 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성, 밀착성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
또한 상기 수분 제거단계는 40~70℃에서 1~5시간 동안 혼합한 후, 20~35℃에서 1~3시간 동안 냉각한 다음, 다시 40~70℃에서 1~5시간 동안 혼합할 수 있다. 이러한 공정을 통하여 폐분체도료의 내부에 존재하는 수분 및 습기를 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 수분 제거단계를 거친 폐분체도료는 상온에서 보관될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 수분 제거단계에서 에어 또는 압축공기를 분사할 수 있으며, 이를 통하여 수분의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 펠렛 제조단계는 상기 수분이 제거된 폐분체도료를 용융 압출하여 펠렛을 제조할 수 있다.
이때 압출온도는 80~150℃인 것이 바람직하며, 압출온도가 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성, 밀착성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
또한 상기 펠렛 제조단계는 가공성 및 도막성능을 향상시키기 위하여, 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 및 2-하이드록시메틸 아크릴레이트(HEMA)의 공중합체를 추가로 첨가할 수 있다.
상기 공중합체는 폐분체도료의 결합력을 향상시켜 제조되는 펠렛의 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제로는 3-메타크릴록시프로필메틸디메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴록시프로필메틸디에톡시실란, 3-메타크릴록시프로필트리에톡시실란, 3-아크릴록시프로필트리메톡시실란, 메타크릴록시메틸트리에톡시실란, 메타크릴록시메틸트리메톡시실란 등이 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 및 2-하이드록시메틸 아크릴레이트(HEMA)의 중량비는 20~40:100:60~80 인 것이 바람직하며, 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
상기 공중합체는 폐분체도료 100중량부에 대하여 1~10중량부 사용되는 것이 바람직하고, 공중합체의 함량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
또한 상기 펠렛 제조단계는 가공성 및 도막성능을 향상시키기 위하여, 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제, 에폭시기 함유 실란 커플링제, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 및 2-하이드록시메틸 아크릴레이트(HEMA)를 반응시켜 제조되는 실란 커플링제 올리고머를 추가로 첨가할 수 있다.
상기 실란 커플링제 올리고머는 폐분체도료의 결합력을 향상시켜 제조되는 펠렛의 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 실란 커플링제 올리고머의 중량평균분자량은 1,000~50,000g/mol 인 것이 바람직하다.
상기 에폭시기 함유 실란 커플링제로는 2-글리시독시에틸메틸디메톡시실란, 2-글리시독시에틸메틸디에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 2-글리시독시에틸트리메톡시실란, 2-글리시독시에틸트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸메틸디에톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필메틸디메톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필메틸디에톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 2-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리에톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필트리메톡시실란, 3-(3,4-에폭시시클로헥실)프로필트리에톡시실란 등이 있다.
상기 아크릴레이트기 함유 실란 커플링제, 에폭시기 함유 실란 커플링제, 2-하이드록시에틸 아크릴레이트(HEA) 및 2-하이드록시메틸 아크릴레이트(HEMA)의 중량비는 20~40:100:30~50:10~30 인 것이 바람직하며, 중량비가 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
상기 실란 커플링제 올리고머는 폐분체도료 100중량부에 대하여 1~10중량부 사용되는 것이 바람직하고, 실란 커플링제 올리고머의 함량이 상기 수치범위를 만족하는 경우 가공성 및 도막성능이 극대화될 수 있다.
상기 재생 분체도료 제조단계는 상기 펠렛을 분쇄하여 재생 분체도료를 제조할 수 있다.
상기 펠렛을 통상의 분쇄기를 사용하여 분쇄하여, 10~100㎛ 크기의 입경을 갖는 재생 분체도료를 제조할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 수분 제거단계 및 상기 펠렛 제조단계 사이에, 상기 수분이 제거된 폐분체도료를 40~70℃에서 1~5시간 동안 열처리하는 열처리단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 열처리단계를 수행함으로써, 폐분체도료의 내부에 잔존하는 수분 및 습기를 추가적으로 제거할 수 있고, 폐분체도료의 온도를 균일하게 유지하여 압출공정이 효과적으로 수행될 수 있으며, 제조되는 펠렛의 특성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 열처리를 통하여 폐분체도료의 표면특성 및 흐름성이 개선되어 압출공정이 효과적으로 수행될 수 있다.
아울러 본 발명은 상기 열처리단계를 40~50℃에서 1~3시간 동안 수행한 후, 55~70℃에서 1~2시간 동안 단계적으로 수행할 수 있으며, 단계적 열처리를 통하여 제조되는 펠렛의 특성을 극대화할 수 있다.
이하 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
에폭시계 폐분체도료를 수거한 후, 80메쉬의 여과망 및 120메쉬의 여과망에 통과시켜 이물질을 제거하였다. 이때 입경이 125㎛ 이상이고 177㎛ 미만인 폐분체도료를 수득하였다.
상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 50℃에서 2시간 동안 혼합한 후, 상온으로 냉각하여 폐분체도료에 포함되어 있는 수분, 습기 등을 제거하였다.
상기 수분이 제거된 폐분체도료를 120℃에서 용융 압출하여 펠렛을 제조하였다.
상기 펠렛을 분쇄기로 분쇄하여 입경이 40㎛인 재생 분체도료를 제조하였다.
상기 재생 분체도료를 정전도장을 통해 철재 창틀에 도장하여 도막을 형성하였다.
(실시예 2)
상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 50℃에서 30분 동안 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 분체도료를 제조한 후, 이를 정전도장하여 도막을 형성하였다.
(실시예 3)
상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 50℃에서 6시간 동안 혼합한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 분체도료를 제조한 후, 이를 정전도장하여 도막을 형성하였다.
(실시예 4)
상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 50℃에서 2시간 동안 혼합한 후, 30℃에서 2시간 동안 냉각한 다음, 다시 50℃에서 2시간 동안 혼합한 후, 상온으로 냉각한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 분체도료를 제조한 후, 이를 정전도장하여 도막을 형성하였다.
(실시예 5)
에폭시계 폐분체도료를 수거한 후, 60메쉬의 여과망 및 80메쉬의 여과망에 통과시켜 이물질을 제거하였다. 이때 입경이 177~250㎛인 폐분체도료를 수득하였다.
입경이 125㎛ 이상이고 177㎛ 미만인 폐분체도료 및 입경이 177~250㎛인 폐분체도료를 70:30의 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 분체도료를 제조한 후, 이를 정전도장하여 도막을 형성하였다.
(실시예 6)
상기 수분 제거단계 및 상기 펠렛 제조단계 사이에, 상기 수분이 제거된 폐분체도료를 60℃에서 2시간 동안 열처리하는 단계를 추가로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 분체도료를 제조한 후, 이를 정전도장하여 도막을 형성하였다.
(비교예 1)
상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 50℃에서 2시간 동안 혼합한 후, 상온으로 냉각하여 폐분체도료에 포함되어 있는 수분, 습기 등을 제거하는 단계를 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 재생 분체도료를 제조한 후, 이를 정전도장하여 도막을 형성하였다.
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 도막의 특성을 평가하여 아래 표 1에 나타내었다.
(내식성)
실시예 및 비교예에서 제조된 도막을 5% 염수에 240시간 동안 침지한 후 도막의 박리상태를 측정하였다.
(내산성)
실시예 및 비교예에서 제조된 도막을 5% 황산에 48시간 동안 침지한 후 도막의 외관을 확인하여, 탁월, 우수, 보통, 불량으로 표기하였다.
(치수변화율)
도막의 치수변화율은 KS K ISO 3759에 의거하여 측정하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 1
내식성
(mm)		 2.1 2.6 2.5 1.8 1.7 1.6 3.2
내산성 우수 보통 보통 탁월 탁월 탁월 불량
치수변화율
(%)		 1.9 2.8 3.0 1.2 1.1 1.3 5.4
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 6은 도막의 내식성, 내산성 및 치수변화율이 우수하며, 특히 실시예 1, 4 내지 6은 상기 특성이 가장 우수하다.
반면 비교예 1은 실시예에 비하여 상기 특성이 저하됨을 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 폐분체도료를 수거한 후 이물질을 제거하는 이물질 제거단계;
    상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 혼합하여 수분을 제거하는 수분 제거단계;
    상기 수분이 제거된 폐분체도료를 용융 압출하여 펠렛을 제조하는 펠렛 제조단계; 및
    상기 펠렛을 분쇄하여 재생 분체도료를 제조하는 재생 분체도료 제조단계;를 포함하는 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법에 있어서,
    상기 수분 제거단계는 입자크기가 177~250㎛인 폐분체도료 및 입자크기가 125㎛ 이상이고 177㎛ 미만인 폐분체도료를 혼합하고,
    상기 입자크기가 177~250㎛인 폐분체도료 및 입자크기가 125㎛ 이상이고 177㎛ 미만인 폐분체도료의 중량비는 20~40:60~80 이며,
    상기 수분 제거단계는 상기 이물질이 제거된 폐분체도료를 40~70℃에서 1~5시간 동안 혼합하여 수분을 제거하는 것을 특징으로 하는 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수분 제거단계 이후에,
    상기 수분이 제거된 폐분체도료를 40~70℃에서 열처리하는 열처리단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐분체도료를 활용한 재생 분체도료의 제조방법.
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