KR102660295B1 - 재생플라스틱 칩과 시멘트를 혼합 제조한 모래대용품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 종래 콘크리트를 제조할 때 자갈과 모래 및 시멘트를 혼합하여 제조하던 것과 달리 모래 대신에 플라스틱 폐기물 중 PET와 PP 및 HDPE를 선별하여 이를 5mm 이하 칩으로 파쇄한 다음, 여기에 10~15%의 시멘트를 혼합하고 이를 230℃ 가까운 온도에서 가압하여 두께 3mm 정도의 판상으로 만든 후 이를 세로 및 가로로 각각 3mm 정도 간격으로 절단하여 알갱이 모양 모래대용품을 얻는 방법과, 5mm 이하 크기로 파쇄한 PET, PP 및 HDPE의 재생플라스틱 칩에 10~15%의 시멘트를 혼합한 후 265~275℃로 녹인 다음 이를 직경 3mm 정도 굵기의 여러 가닥으로 사출시킨 후 이를 가로로 3mm 정도의 간격으로 절단하여 알갱이 모양 모래대용품을 얻는 방법이다. 본 발명의 모래대용품은 콘크리트 제조 시 막대한 양이 소요되는 강모래나 바닷모래를 대체하여 사용할 수 있고, 막대한 양으로 쏟아져 나오는 폐플라스틱을 효과적으로 재활용할 수 있으며, 폐플라스틱으로 인한 환경공해를 줄일 수 있다.
Description
건축용 또는 산업용 콘크리트의 자재로 쓰이는 모래의 대용품으로 쓰일 수 있도록 재생플라스틱 칩과 시멘트를 혼합 제조한 모래대용품의 개발
본 발명은 건축용 또는 산업용으로 사용되는 각종 콘크리트의 제조시 시멘트 및 자갈, 물 등과 혼합하여 사용되는 모래 대신에 모래를 대체하여 사용할 수 있는 재생플라스틱 칩을 이용한 모래대용품의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 종래 시멘트 벽돌이나 블록 및 와이드 모노타일 등과 같은 건축용재나 원통형 흄관, 보도블록 및 암거 등과 같은 산업용재 또는 건축물이나 옹벽, 댐 등과 같은 각종 건축 및 산업용 구조물을 콘크리트로 제조 시 골재(모래 및 자갈)와 시멘트 및 물을 혼합하여 제조케 되며 막대한 양의 모래가 필요하였다. 이와같이 각종 콘크리트 제조 시 필요로 하는 막대한 양의 모래는 일반적으로 강모래나 바닷모래를 사용하며, 일부는 바위를 깨어서 자갈을 만들고 이 자갈을 다시 미세하게 부순 후 5mm 정도의 체로 쳐서 인공모래를 제조하기도 하였다.
본 발명은 자원이 한정되어 있고 점점 더 품귀현상을 보일 뿐 아니라 가격이 상승하고 있는 콘크리트용 강모래나 바닷모래 또는 인공모래 대신에 재생플라스틱 칩과 시멘트를 혼합 제조한 모래대용품을 제공함으로써 이들 강모래나 바닷모래 또는 인공모래의 사용량을 줄일 수 있고, 이 모래대용품을 이용하여 제조한 콘크리트 제품은 모래 대신 재생플라스틱 칩과 시멘트를 혼합 제조한 모래대용품을 사용하기 때문에 중량이 가벼워 운반, 취급 및 축조가 간편하며, 전 세계적으로 막대한 양으로 쏟아져 나오는 플라스틱 폐기물 중 사용 가능한 것을 선별하여 이를 미세하게 파쇄한 후 시멘트와 혼합하고, 이를 가공하여 모래알 크기 정도의 모래대용품을 제공함으로써 플라스틱 폐기물의 효과적 재활용을 기하고, 플라스틱 폐기물로 인한 환경공해를 감소시키고자 안출한 것이다.
본 발명은 골재(모래 및 자갈)와 시멘트 및 모래를 혼합하여 제조하는 콘크리트에 있어서 모래 대신 재생플라스틱 칩과 시멘트를 혼합하여 이를 알갱이 모양으로 제조한 모래대용품을 대체 사용할 수 있도록 한 것으로, 폐기되는 플라스틱 중 활용 가능한 것을 선별한 다음 이를 미세하게 파쇄한 후 이 파쇄한 재생플라스틱 칩에 10~15% 정도의 시멘트를 혼합하고, 이를 PET의 결정 용융 온도인 230℃ 가까운 온도에서 용융되지 않고 가소성이 가장 높을 때 가압하여 두께 3mm 정도의 판상으로 만든 후 이를 세로로 3mm 정도 간격으로 절단하고 가로로도 3mm 정도의 간격으로 절단하여 3×3×3mm 정도의 알갱이 모양 모래 대용품을 얻게 된다. 또 다른 방법은 미세하게 파쇄한 재생플라스틱 칩에 10~15%의 시멘트를 혼합한 후 PET의 사출 가공 온도인 265~275℃로 재생플라스틱 칩과 시멘트의 혼합체를 녹인 다음 이를 직경 3mm 정도 굵기의 여러 가닥의 철사 모양 또는 국수 가닥 모양으로 사출시킨 후 이를 가로로 3mm 정도의 간격으로 절단하면 직경 3mm 정도 알갱이 모양의 재생플라스틱 칩과 시멘트가 혼합된 본 발명의 모래대용품을 얻게 된다. 이같이 하여 얻어진 본 발명의 모래대용품은 콘크리트 제조 시 모래 대신 대체 재료로 사용할 수 있게 된 것이다.
본 발명의 재생플라스틱 칩과 시멘트를 혼합 제조한 모래대용품(이하 이를 본 발명의 모래대용품이라 칭한다)의 효과를 살펴보면 다음과 같다. 본 발명의 모래대용품은 종래 골재(모래 및 자갈)와 시멘트 및 물을 섞어서 콘크리트를 제조하던 것과 달리 골재 중의 모래를 본 발명의 모래대용품으로 대체하여 사용할 수 있으므로 엄청난 양의 모래를 절감할 수 있다. 일반적으로 콘크리트 제조용 모래는 강모래나 바닷모래 또는 인공모래를 사용케 되는데, 이들 강모래나 바닷모래 또는 인공모래 대신에 폐기되는 플라스틱 자원을 활용하여 본 발명의 모래대용품을 사용케 됨으로써 자원이 한정되어 있는 강모래나 바닷모래 또는 인공모래를 대체할 수 있게 된 것이다. 또 본 발명의 모래대용품은 중량이 무거운 모래 대신에 재생플라스틱 칩을 주 재료로 한 모래대용품을 사용하므로 중량이 가벼워 운반 및 취급과 설치가 간편하다.
본 발명의 모래대용품은 현재 전세계적으로 매년 4억 6천만 톤에 달하는 플라스틱이 제조되고(2020년 기준) 이중 막대한 양의 플라스틱이 폐플라스틱으로 폐기되는데, 현재 이들 플라스틱의 폐기물에 대한 재활용 방안이 극히 한정되어 있어서 극히 일부만이 섬유원료로 사용되거나, 자동차 부속품 등으로 재활용 되거나, 또는 화학적 재가공으로 재활용되고 대부분 매립 폐기되거나 또는 열에너지로 소각되었지만, 본 발명의 모래대용품은 전 세계적으로 널리 사용되는 각종 콘크리트 제품이나 구조물에 모래 대신 본 발명의 모래대용품을 사용할 수 있게 되어 폐기되는 플라스틱을 효과적으로 재활용할 수 있을 뿐 아니라, 폐플라스틱으로 인한 환경공해의 방지에 큰 효과가 있다.
또 본 발명의 모래대용품은 비중이 가벼워 물에 뜨기 쉬운 재생플라스틱 칩의 혼합물에 대하여 비중이 평균 3.15 정도로 무거운 포틀랜드 시멘트를 혼합하여 제조함으로써 그 비중이 물보다 무겁게 되며, 콘크리트 제조 시 혼합되는 시멘트, 모래 및 물과 쉽게 혼합될 수 있는 효과가 있다.
현재 전 세계적으로 글로벌 플라스틱 생산량은 1950년 200만t에서 2020년에는 4억 6000만t으로 230배 가까이 늘어났지만 재활용율은 9%에 머물고 있으며 대부분 매립되거나 소각된다(조선일보 2021. 11. 30자 기사 참고). 즉 매년 4억 6000만t 이상의 플라스틱이 생산되지만 그 중 막대한 양의 플라스틱이 폐기되어 매립되거나 소각되고 일부는 바다로 유입되어 환경공해를 일으키고 있는바, 이같은 플라스틱 폐기물로 인한 환경공해의 방지와 폐플라스틱의 재활용 방안 모색은 매우 중요한 과제로 대두되고 있다. 일반적으로 생산된 플라스틱이 폐기될 경우 폐기되는 플라스틱은 경질의 PET와 PP, HDPE, PVC 등과 주로 비닐류인 LDPE와 주로 스티로폼의 재료가 되는 PS 및 타 재료가 혼합된 기타 플라스틱 등으로 분류되어 배출되고 있다. 본 발명은 페트병의 주 원료로 병체를 제조하는 PET와 뚜껑을 제조하는 PP 및 샴푸나 세제용기 또는 어린이 장난감 등에 사용되는 HDPE를 주로 선별하여 사용케 되며, 고온에서 많은 독성물질과 유해가스를 배출하는 PVC나 비닐류인 LDPE, 스티로폼의 재료가 되는 PS는 선발에서 제외한다.
본 발명은 이같이 폐기되는 플라스틱 중 활용 가능한 PET. PP 및 HDPE를 선별하여 이를 5mm 이하 미세한 크기의 재생플라스틱 칩으로 파쇄한 다음, 여기에 중량 대비 10~15%의 포틀랜드 시멘트를 혼합하고 이를 PET의 결정 용융온도 230℃ 가까운 온도에서 PET가 용융되지 않고 가소성이 가장 높을 때 이를 가압하여 두께 3mm 정도의 판상으로 만든 후 이를 세로로 3mm 정도 간격으로 절단하고 가로로도 3mm 정도의 간격으로 절단하면 3×3×3mm 정도의 알갱이 모양 모래 대용품을 얻게 된다. 또 다른 방법은 PET, PP 및 HDPE를 선별하여 이를 5mm 이하로 미세하게 파쇄한 재생플라스틱 칩에 10~15%의 포틀랜드 시멘트를 혼합하고 PET의 사출 가공 온도인 265~275℃로 재생플라스틱 파쇄물과 시멘트 혼합체를 녹인 다음 이를 직경 3mm 정도의 굵기로 여러 가닥의 철사 모양 또는 국수 가닥 모양으로 사출시킨 후 이를 가로로 3mm 정도의 간격으로 절단하면 직경 3mm 정도의 알갱이 모양 재생플라스틱 칩과 시멘트가 혼합된 본 발명의 모래대용품을 얻게 된다. 이때 PP는 용융온도가 160℃ 내외이고 HDPE는 용융온도가 104~112℃이므로 PET의 사출 가공 온도에서 용융상태로 함께 사출된다.
본 발명에서 PET, PP 및 HDPE 혼합 파쇄물에 10~15%의 포틀랜드 시멘트를 혼합하는 이유는 병(bottle)의 재료인 PET의 비중이 1.38 내외이고, 뚜껑(cap)의 재료인 PP의 비중이 0.90 내외이며, HDPE의 비중은 0.96 정도로 알려져 있는데, 이들은 물보다 다소 비중이 무거운 PET가 있는가 하면, 물보다 비중이 가벼운 PP나 HDPE가 혼합되어 있어서, 이들의 혼합물이 물보다 비중이 가볍거나 물의 비중과 비슷하면 물에 뜨기 쉬우며, 콘크리트 제조 시 자갈 및 시멘트, 물과 혼합하면 물 위에 부유하면서 잘 섞이지 않을 우려가 있다. 그러나 본 발명에서 PET, PP 및 HDPE의 혼합물인 재생플라스틱 칩에 비중이 3.10~3.18이고 평균 3.15 정도인 포틀랜드 시멘트를 섞게 되면 재생플라스틱 칩과 포틀랜드 시멘트의 혼합물이 물보다 비중이 크고 물에 뜨지 않으며, 콘크리트 제조 시 혼합되는 자갈 및 시멘트, 물과 친화성이 커서 잘 혼합될 수 있게 된다.
예를 들면 비중 1.38 내외인 PET와 비중 0.90 내외인 PP와 비중 0.96 내외인 HDPE가 6:2:2의 비율로 혼합된 것이라면 그 비중은 1.20이 되며, 여기에 중량 10%의 비중 3.15인 포틀랜드 시멘트를 혼합하게 되면 그 비중은 1.395가 되고, 중량 15%의 비율로 포틀랜드 시멘트를 혼합하게 되면 그 비중은 1.493이 되어 각각 물보다 훨씬 무거운 비중이 되며, 본 발명의 모래대용품을 자갈, 시멘트 및 물과 혼합하여 콘크리트를 제조할 때 본 발명의 모래대용품이 물에 뜨지 않고 자갈, 시멘트 및 물과 용이하게 혼합될 수 있는 것이다.
본 발명에서 PET, PP 및 HDPE 혼합 파쇄물에 10~15%의 포틀랜드 시멘트를 혼합하는 또 다른 이유는 포틀랜드 시멘트가 미세한 가루 형태이어서 PET, PP 및 HDPE 혼합 파쇄물과 골고루 혼합되기 쉽고, 또 골고루 혼합되어 제조된 본 발명의 모래대용품은 품질이 비교적 균일하며, 포틀랜드 시멘트가 혼합된 것이어서 콘크리트 제조 시 섞게 되는 시멘트 및 자갈과도 친화성이 커서 용이하게 혼합될 수 있는 효과가 있다.
그러므로 본 발명의 모래대용품은 종래 시멘트 벽돌이나 블록 및 와이드 모노타일 등과 같은 건축용재나 원통형 흄관, 보도블록 및 암거 등과 같은 산업용재 또는 건축물이나 옹벽, 댐 등과 같은 각종 건축 및 산업용 구조물을 콘크리트로 제조 시 자갈과 함께 골재로 사용하던 모래 대신 본 발명의 모래대용품을 시멘트, 자갈 및 물과 혼합하여 제조케 됨으로써 막대한 양의 강모래나 바닷모래 또는 인공모래를 대체하여 사용할 수 있고, 대부분 폐기되던 PET, PP 및 HDPE를 재활용할 수 있게 되며, 플라스틱 폐기물로 인한 환경공해를 줄이는 데 큰 효과가 있다.
Claims (3)
- 플라스틱 폐기물에서 활용 가능한 PET, PP, HDPE 중 어느 하나 이상을 분리하여 이를 5mm 이하 크기의 재생플라스틱 칩으로 파쇄하는 단계;
상기 재생플라스틱 칩에 포틀랜드 시멘트를 중량 대비 10~15%로 혼합하는 단계;
상기 재생플라스틱 칩과 포틀랜드 시멘트 혼합물을 230℃ 이내의 온도에서 가압하여 두께 3mm 이내의 판상으로 압착하는 단계;
상기 압착한 판을 부피 3×3×3mm 이내의 알갱이로 분쇄하는 단계를 포함하는 모래대용품을 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 파쇄하는 단계는, 상기 PET, PP, HDPE를 6:2:2의 비율로 혼합하고, 여기에 비중 3.15인 상기 포틀랜드 시멘트를 중량 대비 10~15%로 혼합하는 것을 특징으로 하는 모래대용품을 제조하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 압착하는 단계는, 상기 재생플라스틱 칩과 포틀랜드 시멘트 혼합물을 265~275℃로 녹인 후 이를 직경 3mm 이내의 굵기로 사출한 후 이를 3mm 이내의 알갱이로 절단하는 단계로 대치되는 모래대용품을 제조하는 방법.
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2021
- 2021-12-06 KR KR1020210173628A patent/KR102660295B1/ko active IP Right Grant
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