KR19990049341A - 과산화물을 사용한 재생수지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 본 발명은 폴리올레핀을 함유하는 자동차용 플라스틱 폐기물에 과산화물을 첨가하여 재생수지(recycled resin)를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수명이 다 되어 폐기 처분되는 나일론 및 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 자동차용 이종복합재료를 분쇄하고 압출한 뒤 폴리에틸렌 고분자 주쇄들 간의 가교를 형성시키는 과산화물을 개질제(reforming agent)로 혼합하고 용융 압출하여 신율 및 충격강도가 우수한 재생수지를 제조하고 각종 자동차용 부품을 생산하는데 이용함으로써 산업폐기물 및 생산원가를 절감시킬 수 있는 재생수지의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폴리올레핀을 함유하는 자동차용 플라스틱 폐기물에 과산화물을 첨가하여 재생수지를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수명이 다 되어 폐기 처분되는 나일론 및 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 자동차용 이종복합재료를 분쇄하고 압출한 뒤 폴리에틸렌 고분자 주쇄들 간의 가교를 형성시키는 과산화물을 개질제(reforming agent)로 혼합하고 용융 압출하여 신율 및 충격강도가 우수한 재생수지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
자동차에서 발생하는 플라스틱 폐기물은 폴리올레핀(polyolefin)을 포함하는 경우가 많은데 자동차에 사용되는 폴리올레핀 수지라면 폴리프로필렌(polypropylene; 이하 "PP"라 약칭한다), 폴리에틸렌(polyethylene; 이하 "PE"라 약칭한다), 폴리 에틸렌-프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber; 이하 "EPR"이라 약칭한다), PP/EPR 블렌드 등을 들수 있다. 자동차에 사용되는 폴리올레핀 수지는 그 용도에 따라 여러 가지 충전제(filler)가 사용되므로 실제로는 다양한 등급의 수지가 존재하게 된다.
그 일예로 자동차의 바닥깔개로 사용되는 나일론 카펫(nylon tufted carpet)은 주로 PE 및 나일론으로 구성되어 있는데 그 중량조성을 살펴보면 폴리에틸렌 바닥면(polyethylene backing)이 15∼50 중량%, 폴리아미드(polyamide) 섬유 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; 이하, "PET"라고 약칭한다) 기포층(base carpet)이 50∼85 중량% 이다.
이 때 상판을 구성하는 폴리아미드 섬유의 일부분이 바닥면의 폴리에틸렌에 물리적으로 함침되어 있어 각 수지간의 분리가 어려워서 재활용이 곤란하다. 이는 화학적 성질이 서로 다른 폴리아미드 섬유, PET 기포층 및 폴리에틸렌으로 구성된 이종복합재료를 단순히 압출가공하는 방법으로 재생수지를 제조할 경우 각 수지들간의 상분리(phase separation)로 재생수지의 물성이 현저히 저하되기 때문이다. 이러한 재활용의 난점 때문에 지금까지 폐카펫은 매립하여 폐기하거나 소각 처리되고 있다. 그러나, 환경에 대한 인식이 점차 증가되어 환경오염에 대한 규제가 강화되어 이러한 폐기물의 발생을 감소시키고 발생되는 폐기물을 재활용하여 제품의 생산원가를 절감시키려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 PE의 경우는 과산화물을 첨가하여 압출과정을 거치게 되면 고분자 주쇄들 간에 가교가 생성되는 것으로 알려져 있다.
이에 본 발명자는 수명이 다된 폴리올레핀을 함유하는 자동차용 플라스틱 폐기물을 재활용할 수 있는 방법을 연구해 오던 중, 나일론 및 PE을 주성분으로 하는 자동차용 폐기물의 파쇄물에 PE 고분자 주쇄들 간의 가교를 형성시키는 과산화물을 개질재로 첨가하면 신율 및 충격특성이 우수한 폴리올레핀을 포함하는 재생수지가 제조됨을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 폴리올레핀을 함유하는 자동차용 플라스틱 폐기물에 폴리올레핀 고분자 주쇄들 간의 가교를 형성시키는 과산화물을 개질재로 첨가하여 각종 자동차용 부품으로 사용될 수 있는 재생수지를 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리올레핀을 함유하는 이종복합재료에 과산화물 개질제를 적절한 비율로 혼합하여 신율 및 충격강도가 우수한 재생수지를 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로 본 발명은 나일론 및 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 이종복합재료를 분쇄하고 압출한 뒤 과산화물 개질제와 적절한 비율로 혼합하고 용융, 압출 및 성형가공하여 재생수지를 제조하는 방법을 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 나일론 및 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 이종복합재료를 분쇄하고 압출한 뒤 다시 분쇄하여 파쇄물로 만든 다음 폴리에틸렌 고분자 주쇄들 간의 가교를 형성시키는 과산화물 개질제와 적절한 비율로 혼합하고 용융, 압출 및 성형가공하여 제품을 생산하는 단계로 구성되는 자동차의 각종 부품에 사용될 수 있는 재생수지를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에서는 폴리에틸렌 바닥재(15∼50 중량%), 폴리아미드 섬유 및 PET 기포층(50∼85 중량%)로 구성되는 자동차용 폐 나일론 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물(scrap)로 만들어 1축 압출기(mono screw extruder)로 용융 및 압출 성형하여 덩어리상의 재생수지를 제조한다. 용융 및 압출 공정에서의 가공온도는 260∼270℃ 정도가 바람직하고 265℃는 더욱 바람직한데, 이는 폐 카펫을 구성하는 모든 성분이 용융되는 온도이다.
용융 및 압출된 덩어리(lump) 상의 수지에 PE 고분자 주쇄들 간의 가교를 형성시키는 과산화물 등을 개질제로 첨가하여 혼합기(mixer)를 이용하여 균일하게 혼합한다.
이 때 첨가하는 과산화물로는 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠[1.3-bis(isobutylperoxy-isopropyl) benzen] 또는 다이-큐밀 퍼옥사이드(di-cumyl peroxide) 등을 사용할 수 있으며, 첨가하는 양은 0.001 내지 5.0 중량부가 바람직하고 더욱 바람직하게는 0.01 내지 1.0 중량부를 첨가하는 것이다.
또한 개질제로서 고밀도PE, 저밀도PE, 선형저밀도PE 등과 같은 PE를 부가하여 첨가할 수 있는데, 혼합물의 PE 함량이 증가하게 되면 과산화물이 유도하는 PE 성분의 가교반응이 많이 일어나게 된다. 개질제로 첨가하는 PE 의 양은 1∼50 중량부가 바람직하고, 5∼25 중량부는 더욱 바람직하다.
상기에서 제조한 혼합물은 동방향 2축 압출기(co-rotating twin screw extruder)를 사용하여 펠렛(pellet)으로 제조한 뒤 사출성형하여 원하는 부품을 제조한다.
본 발명의 방법을 통하여 제조되는 재생수지는 각종 자동차용 부품 즉, 트렁크 내장제(trunk trim), 트렁크 매트(trunk mat), 휠 가드(wheel guard), 머드가드(mud guard), 엔진 언더 커버(engine under cover) 등의 외관이 문제시되지 않는 폴리올레핀 수지를 사용하는 자동차용 부품으로 제조되어 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<비교실시예 1>
수거된 자동차용 폐 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물(scrap)을 제조한 뒤 이 파쇄물을 1축 압출기에 급송하여 가공온도 265℃에서 압출성형 후 덩어리상의 재생수지를 제조하고 덩어리상의 재생수지는 다시 분쇄기에 넣어 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을 제조하였다. 제조된 파쇄물을 슈퍼믹서를 이용하여 혼합한 뒤 동방향 2축 압출기로 급송하여 압출기의 다이헤드 부에서 배출되는 수지의 온도가 265℃가 되도록 압출기 내의 온도를 조절하여 재생수지를 압출하고 펠렛형으로 제조한 다음 사출성형하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
<비교실시예 2>
용융지수(melt index)가 4.5g/10분인 고밀도 PE(이하 HDPE로 약칭함)를 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을로 제조 한 다음 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
<실시예 1>
수거된 자동차용 폐 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물을 제조한 뒤 이 파쇄물을 1축 압출기에 급송하여 가공온도 265℃에서 압출성형 후 덩어리상의 재생수지를 제조하고 덩어리상의 재생수지는 다시 분쇄기에 넣어 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을 제조하였다. 여기에 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠을 0.05 phr(parts hundred per rubber)이 되게 첨가하여 슈퍼믹서(super mixer)에서 균일하게 혼합한 뒤 동방향 2축 압출기로 급송하여 압출기의 다이헤드 부에서 배출되는 수지의 온도가 265℃가 되도록 압출기 내의 온도를 조절하여 재생수지를 압출하였다. 압출물은 물을 통과시키면서 수지를 냉각시켜 펠렛형으로 제조하고 사출성형하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
<실시예 2>
수거된 자동차용 폐 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물을 제조한 뒤 이 파쇄물을 1축 압출기에 급송하여 가공온도 265℃에서 압출성형 후 덩어리상의 재생수지를 제조하고 덩어리상의 재생수지는 다시 분쇄기에 넣어 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을 제조하였다. 여기에 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠을 0.1 phr 이 되게 첨가하여 슈퍼믹서에서 균일하게 혼합한 뒤 동방향 2축 압출기로 급송하여 압출기의 다이헤드 부에서 배출되는 수지의 온도가 265℃가 되도록 압출기 내의 온도를 조절하여 재생수지를 압출하고 펠렛형으로 제조하고 사출성형하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
<실시예 3>
수거된 자동차용 폐 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물을 제조한 뒤 이 파쇄물을 1축 압출기에 급송하여 가공온도 265℃에서 압출성형 후 덩어리상의 재생수지를 제조하고 덩어리상의 재생수지는 다시 분쇄기에 넣어 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을 제조하였다. 여기에 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠을 0.3 phr 이 되게 첨가하여 슈퍼믹서에서 균일하게 혼합한 뒤 동방향 2축 압출기로 급송하여 압출기의 다이헤드 부에서 배출되는 수지의 온도가 265℃가 되도록 압출기 내의 온도를 조절하여 재생수지를 압출하고 펠렛형으로 제조하고 사출성형하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
<실시예 4>
수거된 자동차용 폐 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물을 제조한 뒤 이 파쇄물을 1축 압출기에 급송하여 가공온도 265℃에서 압출성형 후 덩어리상의 재생수지를 제조하고 덩어리상의 재생수지는 다시 분쇄기에 넣어 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을 제조하였다. 여기에 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠을 0.5 phr 이 되게 첨가하여 슈퍼믹서에서 균일하게 혼합한 뒤 동방향 2축 압출기로 급송하여 압출기의 다이헤드 부에서 배출되는 수지의 온도가 265℃가 되도록 압출기 내의 온도를 조절하여 재생수지를 압출하고 펠렛형으로 제조하고 사출성형하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
<실시예 5>
수거된 자동차용 폐 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물을 제조한 뒤 이 파쇄물을 1축 압출기에 급송하여 가공온도 265℃에서 압출성형 후 덩어리상의 재생수지를 제조하고 덩어리상의 재생수지는 다시 분쇄기에 넣어 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을 제조하였다. 여기에 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠을 0.7 phr 이 되게 첨가하여 슈퍼믹서에서 균일하게 혼합한 뒤 동방향 2축 압출기로 급송하여 압출기의 다이헤드 부에서 배출되는 수지의 온도가 265℃가 되도록 압출기 내의 온도를 조절하여 재생수지를 압출하고 펠렛형으로 제조하고 사출성형하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
<실시예 6>
수거된 자동차용 폐 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물을 제조한 뒤 이 파쇄물을 1축 압출기에 급송하여 가공온도 265℃에서 압출성형 후 덩어리상의 재생수지를 제조하고 덩어리상의 재생수지는 다시 분쇄기에 넣어 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을 제조하였다. 상기 파쇄물 90 중량부와 2∼5㎜ 크기의 HDPE 10 중량부를 혼합한 다음 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠을 0.3 phr 이 되게 첨가하여 슈퍼믹서에서 균일하게 혼합한 뒤 동방향 2축 압출기로 급송하여 압출기의 다이헤드 부에서 배출되는 수지의 온도가 265℃가 되도록 압출기 내의 온도를 조절하여 재생수지를 압출하고 펠렛형으로 제조하고 사출성형하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
<실시예 7>
수거된 자동차용 폐 카펫을 분쇄하여 5∼10㎜ 크기의 파쇄물을 제조한 뒤 이 파쇄물을 1축 압출기에 급송하여 가공온도 265℃에서 압출성형 후 덩어리상의 재생수지를 제조하고 덩어리상의 재생수지는 다시 분쇄기에 넣어 2∼5㎜ 크기의 파쇄물을 제조하였다. 상기 파쇄물 80 중량부와 2∼5㎜ 크기의 HDPE 20 중량부를 혼합한 다음 여기에 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠을 0.3 phr 이 되게 첨가하여 슈퍼믹서에서 균일하게 혼합한 뒤 동방향 2축 압출기로 급송하여 압출기의 다이헤드 부에서 배출되는 수지의 온도가 265℃가 되도록 압출기 내의 온도를 조절하여 재생수지를 압출하고 펠렛형으로 제조하고 사출성형하여 시편을 제조하였다.
제조된 시편은 비중(ASTM 792), 인장강도(ASTM 638), 신율(ASTM 638), 굴곡탄성율(ASTM 790) 및 아이조드(IZOD) 충격강도(ASTM 256)를 측정하여 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 결과를 얻었다.
| 조성비 | 기계적 물성 | |||||||
| 파쇄물 | HDPE | 개질제A(phr) | 비중(g/cm2) | 인장강도(kgf/cm2) | 신율(%) | 굴곡탄성율(kgf/cm2) | 아이조드 충격강도(kgf·cm/cm) | |
| 비교예 1 | 100 | - | - | 1.02 | 133 | 4 | 5,400 | 1.3 |
| 비교예 2 | - | 100 | - | 0.96 | 230 | >500 | 12,000 | 10.0 |
| 실시예 1 | 100 | - | 0.05 | 1.02 | 175 | 15 | 5,650 | 2.5 |
| 실시예 2 | 100 | - | 0.1 | 1.02 | 120 | 15 | 6,200 | 3.5 |
| 실시예 3 | 100 | - | 0.3 | 1.02 | 215 | 15 | 6,350 | 4.5 |
| 실시예 4 | 100 | - | 0.5 | 1.02 | 190 | 15 | 6,100 | 8.0 |
| 실시예 5 | 100 | - | 0.7 | 1.02 | 160 | 15 | 5,700 | 7.5 |
| 실시예 6 | 90 | 10 | 0.3 | 1.01 | 220 | 20 | 6,900 | 7.0 |
| 실시예 7 | 80 | 20 | 0.3 | 1.01 | 235 | 40 | 7,600 | 15.0 |
| 개질제A; 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠 |
상기 표 1 에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 제조방법을 통하여 제조된 실시예의 재생수지는 과산화물 개질제를 첨가하지 않고 폐카펫을 가공하여 얻은 재생수지에 비하여 물성저하가 작음을 알 수 있다.
또한 HDPE 같은 PE를 부가하여 첨가하면 과산화물에 의한 가교반응 더욱 많이 일어나 물성저하가 현저히 감소된 재생수지를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 수명이 다된 폴리올레핀을 함유하는 자동차용 이종복합재료를 폐기 처리하기 위하여 소각 및 매립 처리가 필요없이 재활용함으로써 산업 폐기물 및 생산원가를 절감시키는 환경 친화적인 제조방법으로, 본 발명의 제조방법을 통하여 제조된 재생수지는 원료수지에 비하여 물성저하가 작아 각종 자동차용 부품으로 유용하게 사용될 수 있다.
Claims (7)
- 폴리올레핀을 함유하는 이종복합재료를 분쇄하고 압출한 뒤 과산화물 개질제와 적절한 비율로 혼합하고 용융, 압출 및 성형가공하여 재생수지를 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 폴리올레핀을 함유하는 이종복합재료는 나일론 및 폴리에틸렌을 주성분으로 하는 이종복합재료인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 과산화물 개질제는 1,3-비스(이소부틸퍼옥시-이소프로필) 벤젠[1.3-bis(isobutylperoxy-isopropyl) benzen] 또는 다이-큐밀 퍼옥사이드(di-cumyl peroxide)인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 과산화물 개질제는 0.001∼5.0 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 과산화물 개질제를 0.1∼1.0 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 이종복합재료에 개질제로 폴리에틸렌을 1 내지 50 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 이종복합재료의 파쇄물을 용융, 압출하는 공정의 가공온도는 260℃ 내지 270℃인 것을 특징으로 하는 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1019970068269A KR19990049341A (ko) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 과산화물을 사용한 재생수지의 제조방법 |
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|---|---|---|---|
| KR1019970068269A KR19990049341A (ko) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 과산화물을 사용한 재생수지의 제조방법 |
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|---|---|
| KR19990049341A true KR19990049341A (ko) | 1999-07-05 |
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| KR1019970068269A KR19990049341A (ko) | 1997-12-12 | 1997-12-12 | 과산화물을 사용한 재생수지의 제조방법 |
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| KR (1) | KR19990049341A (ko) |
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1997
- 1997-12-12 KR KR1019970068269A patent/KR19990049341A/ko not_active Application Discontinuation
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