KR19980065407A - 혼합 폐플라스틱 재활용 상용화제 조성물 및 폐플라스틱 재생 방법 - Google Patents

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Abstract

에틸렌 프로필렌 러버, 에틸렌 프로필렌 디엔 러버, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 및 무수 말레인산 변형 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 및 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 폴리머를 둘 이상 포함하는 폐플라스틱 재활용을 위한 상용화제 조성물을 사용하면 여러 성분이 혼합되어 있는 폐플라스틱을 성분별로 분리할 필요없이 바로 가공하여 재활용할 수 있으므로, 재활용 비용을 감소시킬 수 있다.

Description

혼합 폐플라스틱 재활용 상용화제 조성물 및 폐플라스틱 재생 방법
[산업상 이용분야]
본 발명은 혼합 폐플라스틱 재활용 상용화제 조성물에 관한 것으로서, 상세하게는 여러 종류의 플라스틱 혼합물의 상분리를 방지할 수 있는 폐플라스틱 상용화제 조성물 및 이를 이용하여 경제적으로 혼합 폐플라스틱을 재생할 수 있는 폐플라스틱 재생 방법에 관한 것이다.
[종래 기술]
플라스틱은 가볍고 튼튼하며 강하고 오래 사용할 수 있어서, 산업 현장 혹은 일반 가정에서 많이 사용되고 있다. 플리스틱 쓰레기는 위생물질로 분해되지 않고, 공기중이나 수중에서 안정하며 분해 또는 용해하지 않고 장기간 원형 그대로 있으므로, 환경오염을 유발시키는 문제점이 있다. 또한 플라스틱을 처리하기 위하여 연소시키면 고열을 방출하며, 연소시에는 공기를 다량 필요로 하고 유해 가스나 매연을 내며 코크스화 하거나 용융하여 완전 연소가 곤란한 등의 문제점이 있다. 따라서, 폐플라스틱을 재생하여 재활용하는 것은 공해 문제 해결뿐만 아니라 자원의 재활용이라는 측면에서 많은 연구개발이 진행되고 있다.
플라스틱의 재생이용을 위한 가공 방법으로는 용융주형법, 압출가공법, 압축가공법, 발포가공법등이 이용되고 있다. 상기한 방법 중 첫째, 용융주형법은 플라스틱 폐기물을 가열하여 용융상태로 하고 형에 넣어 일정한 형태로 냉각시키는 방법이다. 둘째, 압출가공법은 플라스틱의 성형에 사용하는 압출기와 비슷한 것을 사용하여 가열하고 반용융상으로 한 것을 잘 혼련하면서 스크루우로 압출한 후 냉각시켜 원하는 모양으로 가공하는 방법이다. 셋째, 압축가공법은 가공유에 폐플라스틱을 투입하여 연화시킨 후 프레스가공하는 방법과 폐플라스틱시이트나 필름에 충진제를 가한 후 프레스가공하는 방법이 있다. 넷째, 발포가공은 금형내에서 가교성인 폴리올레핀발포조성물과 가교하지 않는 폴리올레핀을 외부로 압출하여, 내부는 가교올레핀층으로 하고 표피는 가교하지 않는 폴리올레핀층으로하여 이 양자를 강하게 결합하여 샌드위치제조의 매우 강한 복합재료를 만드는 방법이며 합성목재로 이용된다. 상기한 방법 중 압출가공법은 펠렛으로 만들거나 또는 다이의 형태에 따라 원하는 단면 모양의 연속 제품을 생산할 수 있고 이중 펠렛은 다시 압축 성형 또는 사출 성형 제품의 원료로 사용되어 다양한 제품을 생산할 수 있는 장점이 있어서, 압출가공법이 가장 많이 이용되고 있으나, 혼합 폐플라스틱의 경우에는 다음과 같은 문제점이 있어 보편적으로 널리 행해지지 못하고 있다. 즉 현재 플라스틱은 다른 음식물이나 종이, 캔 등의 쓰레기와 별도로 분리수거는 되고 있으나, 플라스틱의 성분이 혼합된 채로 회수되고 있다. 따라서 이를 재생하게 되면 플라스틱 성분의 각 종류가 섞여 있어서 물성이 급격히 저하되어 최종 제품의 질이 매우 떨어지게 된다. 혼합된 플라스틱을 그대로 재생할 수 있다면 매우 바람직하겠는데 대부분의 경우 2가지 이상의 합성수지를 혼합하면 상용성이 없으므로 상분리가 일어나서 플라스틱의 물성이 저하되게 된다. 특히 가정용 폐플라스틱의 경우는 종류별 분리가 어렵기 때문에 이 방법에 의한 재생이 매우 중요하다고 하겠다. 특히 가정에서 나오는 폐플라스틱의 경우 주로 포장용 등에서 나오는 저밀도 및 고밀도 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 그리고 음료수병에서 나오는 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET) 등이 혼합되어 있으므로, 이들을 종류별로 분리하여 재생하기 위하여는 많은 인력과 비용이 많이 드는 문제점이 있다.
본 발명자들은 여러 가지 성분의 플라스틱이 혼합되어 있는 폐플라스틱을 분별 공정을 거치지 않고 직접 압출 재생하여 제품을 만들기 위한 고품질의 펠렛을 제조할 수 있도록 연구를 한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 산업 현장 혹은 일반 가정에서 다량으로 혼합된 상태로 발생하는 폐플라스틱을 플라스틱 종류별 분리공정을 거치지 않아도 되므로 경제적으로 폐플라스틱을 재활용할 수 있는 폐플라스틱 재활용용 상용화제 조성물을 제공하는 것이다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 에틸렌 프로필렌 러버, 에틸렌 프로필렌 디엔 러버, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체, 무수 말레인산 변형 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 및 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 폴리머를 하나 이상 포함하는 폐플라스틱 재활용을 위한 상용화제 조성물이 제공한다.
본 발명에 있어서, 에틸렌 프로필렌 러버 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체를 포함하는 폐플라스틱 재활용을 위한 상용화제 조성물을 가장 바람직하다.
또한, 플라스틱을 분쇄하고; 상기 분쇄한 플라스틱과 제 1 항의 상용화제 조성물을 혼합하고; 상기 혼합물을 용융압출하는 공정을 포함하는 폐플라스틱의 재생 방법을 제공한다.
상기한 본 발명에 있어서, 상기 분쇄한 플라스틱과 상용화제 조성물의 혼합 비율은 100 : 5 ∼60인 것이 바람직하다.
[실시예]
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 일실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
LDPE 35 중량%, PP 35 중량%, PET 30 중량% 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하였다. 필요한 경우에는, 수세한 후 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합하였다. 이 혼합물에 에틸렌 프로필렌 러버(EPR) 10 중량%와 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체(SEBS) 10 중량%를 포함하는 폐플라스틱 재활용 상용화제 조성물을 240℃ 전후에서 용융압출하여 성형품을 제조하였다.
(실시예 2)
LDPE 35 중량%, PP 35 중량%, PET 30 중량% 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하였다. 필요한 경우에는, 수세한 후 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합하였다. 이 혼합물에 에틸렌 프로필렌 러버 5 중량%와 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 15 중량%를 포함하는 폐플라스틱 재활용 사용화제 조성물을 ___g 첨가한 후 240℃ 전후에서 용융압출하여 성형품을 제조하였다.
(실시예 3)
LDPE 35 중량%, PP 35 중량%, PET 30 중량% 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하였다. 필요한 경우에는, 수세한 후 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합하였다. 이 혼합물에 에틸렌 프로필렌 러버 10 중량%와 무수 변형 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체(SEBS-MA) 10 중량%를 포함하는 폐플라스틱 재활용 사용화제 조성물을 250℃ 전후에서 용융압출하여 성형품을 제조하였다.
(실시예 4)
LDPE 35 중량%, PP 35 중량%, PET 30 중량% 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하였다. 필요한 경우에는, 수세한 후 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합하였다. 이 혼합물에 에틸렌 프로필렌 러버 10 중량%와 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(SBS) 10 중량%를 포함하는 폐플라스틱 재활용 상용화제 조성물을 230℃ 전후에서 용융압출하여 성형품을 제조하였다.
(비교예 1)
LDPE 35 중량부, PP 35 중량부, PET 30 중량부 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하고 세척하였다. 이어서, 수세한 후 플라스틱 수지별로 분류하고 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합한 후, 240℃에서 용융압출하여 성형물을 제조하였다.
(비교예 2)
LDPE 35 중량부, PP 35 중량부, PET 30 중량부 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하고 세척하였다. 이어서, 수세한 후 플라스틱 수지별로 분류하고 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합하였다. 이 혼합물에 에틸렌-EVA-EPDM 코폴리머(ethylene-EVA-EPDM copolymer: EEEC) 10 중량%와 에틸렌-에틸아크릴레이트-무수 말레인 산 코폴리머(ethylene-ethylacrylate-maleic anhydride copolymer) 10중량%를 포함하는 상용화제 조성물을 첨가한 후 240℃ 전후에서 용융하여 성형품을 제조하였다.
(비교예 3)
상용화제 조성물을 에틸렌-EVA-EPDM 코폴리머 대신 에틸렌-에틸아크릴레이트-무수 말레인 산 코폴리머 20 중량%를 포함하는 상용화제 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 성형품을 제조하였다.
(비교에 4)
상용화제 조성물을 에틸렌-EVA-EPDM 코폴리머 대신 에틸렌 프로필렌 러버 20 중량%를 포함하는 상용화제 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 성형품을 제조하였다.
(비교예 5)
상용화제 조성물을 에틸렌-EVA-EPDM 코폴리머 대신 무수 말레인산 변형 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 20 중량%를 포함하는 상용화제 조성물을 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 2와 동일한 방법으로 성형품을 제조하였다.
상기 실시예와 비교예의 방법으로 제조한 성형품의 내충격 강도, 인장 강도 및 파단 신율을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이중상용화제 첨가 폐플라스틱 3성분 혼합물의 기계적 물성 분석결과
폐플라스틱 LDPE/PP/PET의혼합 비율[중량%] Izod(내충격 강도)[㎏·㎝/㎝] 인장강도[N/㎟] 파단 신율[%]
실시예 1 35/35/30 21.5 7.6 30
실시예 2 35/35/30 24.3 11.3 37
실시예 3 35/35/30 17.7 11.7 30
실시예 4 35/35/30 7.0 7.3 6
비교예 1 35/35/30 1.7 10.5 3.9
비교예 2 35/35/30 3.0 8.4 5.5
비교예 3 35/35/30 1.8 11.0 6.0
비교예 4 35/35/30 2.6 7.2 5.0
비교예 5 35/35/30 6.3 12.1 8.5
(실시예 5)
HPDE 25 중량%, LDPE 25 중량%, PP 25 중량%, PET 25 중량% 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하였다. 필요한 경우에는, 수세한 후 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합하였다. 이 혼합물에 에틸렌 프로필렌 러버 10 중량%와 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 10 중량%를 포함하는 폐플라스틱 재활용 상용화제 조성물을 240℃ 전후에서 용융하여 성형품을 제조하였다.
(비교예 6)
HPDE 25 중량%, LDPE 25 중량%, PP 25 중량%, PET 25 중량% 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하였다. 필요한 경우에는, 수세한 후 플라스틱 수지별로 분류하고 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합하였다. 이 혼합물을 240℃ 전후에서 용융하여 성형품을 제조하였다.
(비교예 7)
HPDE 25 중량%, LDPE 25 중량%, PP 25 중량%, PET 25 중량% 혼합 폐플라스틱을 분쇄기를 사용하여 3∼5㎜ 크기로 분쇄하였다. 필요한 경우에는, 수세한 후 120℃에서 건조하고 균질하게 혼합하였다. 이 혼합물에 에틸렌 프로필렌 러버 20 중량를 포함하는 폐플라스틱 재활용 상용화제 조성물을 240℃ 전후에서 용융하여 성형품을 제조하였다.
상기 실시예와 비교예의 방법으로 제조한 성형품의 내충격 강도, 인장 강도 및 파단 신율을 측정하여 그 결과를 하기한 표 2에 나타내었다.
이중상용화제 첨가 폐플라스틱 4성분 혼합물의 기계적 물성 분석결과
폐플라스틱HPDE/LDPE/PP/PET혼합비율[중량%] Izod(내충격강도)[㎏·㎝/㎝] 인장강도[N/㎟] 파단 신율[%]
실시예 5 25/25/25/25 23.0 12.7 27.4
비교예 6 25/25/25/25 4.5 13.7 3.8
비교예 7 25/25/25/25 12.7 11.1 7.8
LDPE/PP/PET 혼합 플라스틱에 기존 폐플라스틱 상용화제인 에틸렌-EVA-EPDM 코폴리머(Ethylene-EVA-EPDM copolymer: EEEC), 에틸렌-에틸아크릴레이트-무수 말레인 산 코폴리머(Ethylene-ethylacrylate-maleic anhydride copolymer: EEMC)을 이용하여 보았고 또한 본 연구에서는 에틸렌 프로필렌 러버(Ethylene Propylene Rubber: EPR), 에틸렌 프로필렌 디엔 러버(Ethylene Propylene Diene Rubber: EPDM), 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(Styrene-ethylene-butylene-styrene 블록 공중합체(SEBS), 무수 말레인산 변형 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌(Styrene-ethylene-butylene-styrene) 블록 공중합체(SEBS-MA)를 이용하여 각각 20% 첨가한 경우의 비교예를 표1에 나타내었다. 또한 두가지 상용화제를 총량이 20%가 되도록 동시에 첨가하는 경우 실시예도 표 1에 나타내었다. 표 1의 비교예 1에서 알 수 있듯이, 이 LDPE/PP/PET의 3성분계 혼합 플라스틱의 내충격성은 1.7Kg·cm/cm로 매우 낮았으나 상용화제의 첨가로 향상되었는데 비교예 2 또는 비교예 4와 같이 EEEC 또는 EPR을 단독으로 첨가하였을 때는 내충격성이 약간 향상되기는 하였으나 그 폭이 크지는 않았다. 또한 비교예 3의 EEMC의 경우는 거의 효과가 없었다. 이에 대해서 실시예 1과 같이 두가지의 상용화제를 이용하는 경우 SEBS와 EPR을 각각 10%씩 함께 넣은 경우에는 내충격성이 21.5Kg·cm/cm로 약 10배 이상으로 크게 증가하였다. 인장강도는 7.6N/㎟으로 약간 저하되었으나 실시예 2와 같이 EPR과 SEBS의 비율을 각각 5%와 15%로 첨가한 경우에는 내충격도 24.3Kg·cm/cm와 인장강도 11.3N/㎟으로 인장강도의 저하도 거의 일어나지 않았다. 즉 SEBS와 EPR을 각각 단독으로 20% 넣는 경우에 얻을 수 있는 내충격성 보다 두가지를 동시에 넣었을 때 월등히 좋은 결과가 얻어졌다. 이 결과는 SEBS보다 EPR이 가격이 훨씬 저렴하므로 경제성면에서도 유리하면서 물성은 더 좋아진 결과이므로 매우 바람직하다고 할 수 있다. 따라서 LDPE, PP, PET의 3성분 혼합 플라스틱의 경우에는 실시예와 같이 SEBS와 EPR 등의 2중 상용화제가 매우 효과적인 것으로 나타냈다. 또한 LDPE/PP/PET의 3성분계 혼합 플라스틱에 실시예 3과 같이 EPR과 함께 SEBS 대신에 무수 말레인 산(Maleic anhydride)으로 변형된 SEBS를 첨가하여 보았는데 EPR/SEBS 경우보다 내충격도가 약간 열등하였다. 실시예 4와 같이 SEBS 대신 스티렌-부타디엔-스티렌(Styrene-butadiene-styrene) 블록 공중합체(SBS)를 사용하여 EPR과 함께 첨가한 경우는 EPR/SEBS 경우보다 물성의 향상폭은 감소되었으나 경제성은 매우 향상되는 바람직한 결과였다.
LDPE/PP/PET의 3성분계 혼합 플라스틱 블렌드에 HDPE를 추가하여 LDPE/HDPE/PP/PET의 4성분계로 만들고 여기에 3성분계에 효과가 있었던 EPR과 SEBS를 단일 또는 이중으로 첨가한 경우를 상기한 표 2에 나타내었다. 여기서도 실시예 5와 같이 EPR과 SEBS를 이중으로 첨가하였을 때가 비교예 7과 같이 EPR만 단일로 첨가하였을때보다 효과적인 것으로 나타났다. SEBS보다 EPR이 가격상 훨씬 유리하므로 이중상용화제에 의해 LDPE/HDPE/PP/PET의 4성분계의 경우에도 경제적이면서 물성을 향상시킨 제품을 만들 수 있게 된다. 또한 혼합물의 경우 각성분이 같은 함량일 때 상용성이 일반적으로 최저가 되므로 상기 결과는 혼합 폐플라스틱의 조성이 다른 경우에도 적용가능하다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 상용화제 조성물을 사용하면 여러 성분이 혼합되어 있는 폐플라스틱을 성분별로 분리할 필요없이 바로 가공하여 재활용할 수 있으므로, 재활용 비용을 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

  1. 에틸렌 프로필렌 러버, 에틸렌 프로필렌 디엔 러버, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체, 무수 말레인산 변형 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체 및 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체로 이루어진 그룹 중에서 선택되는 폴리머를 하나 이상 포함하는 폐플라스틱 재활용을 위한 상용화제 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 에틸렌 프로필렌 러버 및 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 블록 공중합체를 포함하는 폐플라스틱 재활용을 위한 상용화제 조성물.
  3. 플라스틱을 분쇄하고;
    상기 분쇄한 플라스틱과 제 1 항의 상용화제 조성물을 혼합하고;
    상기 혼합물을 용융하는;
    공정을 포함하는 폐플라스틱의 재생 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 분쇄한 플라스틱과 상용화제 조성물의 혼합 비율은 100 : 5∼60인 폐플라스틱의 재생 방법.
KR1019970000369A 1997-01-09 1997-01-09 혼합 폐플라스틱 재활용 상용화제 조성물 및 폐플라스틱 재생 방법 KR19980065407A (ko)

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