KR20000034789A - 플라스틱 재생 방법 및 플라스틱 재료의 제조 방법 - Google Patents

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KR20000034789A
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귄터 샬렌베르크
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피나코 안스탈트
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Abstract

본 발명은 새로운 플라스틱, 재처리 플라스틱 또는 사용한 플라스틱과 그 플라스틱 혼합물 또는 분류 및 비분류 플라스틱 폐기물을 사용하여 플라스틱, 플라스틱 혼합물 및 플라스틱 재료를 재생 및 제조하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 (a) 새로 제조한 플라스틱 재료 또는 균일한 종류의 플라스틱 또는 여러 가지 종류의 플라스틱을 함유하는 플라스틱 폐기물을 포함하는 캐리어 물질 A와, 임의 또는 미지 조성의 재료 X와, 지방산, 천연 또는 합성의 지방산을 함유하는 혼합물, 처리 조건하에서 지방산을 방출하는 지방산 유도체 및 지방성 알콜에서 선택되는 추가의 성분 Z를 함께 혼합하는 단계(여기서, A와 X는 함께 비플라스틱 성분이 혼입되는 경우에도 여전히 균일하거나 부분적으로 균일한 조성물을 형성하도록 부피를 기준으로 일정량 이상의 플라스틱을 함유함), (b) 상기 혼합물을 일정한 기계적 혼합, 혼련 또는 압축을 수행하는 운송 장치를 통해 운송시켜서 운반 경로를 따라 부분적 다단계 열 처리시키는 단계(각 단계에서의 온도는 매 경우마다 서로 독립적으로 60℃ 내지 400℃ 범위내임), 및 (c) 추가 처리를 위해 또는 성형을 위해 열 처리된 혼합물을 노즐을 통해 배출시키는 단계를 포함한다.

Description

플라스틱 재생 방법 및 플라스틱 재료의 제조 방법
매년 생산되는 다양한 종류의 많은 양의 플라스틱 중, 소기의 목적에 사용된 후 많은 양이 매립지에 최종 매립되거나, 폐기물 소각로에서 열분해되어 재료 회수없이 제거되고 만다. 다른 재료의 경우와 유사한 환경 문제가 발생한다. 그 과정에서, 많은 양의 유용하고 재사용할 수 있는 재료들이 버려지게 된다.
폐기물로부터 소위 "재료"를 제조하고 이용하는 일은 아주 오래 전부터 증가되어 왔다. 예를 들면, 폐기물 중에 함유되어 있는 유용한 재료를 재처리하고 회수하거나 그 폐기물로부터 얻을 수 있는 재료를 생산하는 일이 무작위 조성의 폐기물 또는 쓰레기 혼합물로부터 그러한 작업을 행하는 것보다 저렴하기 때문에, 많은 곳에서 분리 수거 및/또는 폐기물의 종류별 분류를 제안하여 시행되어 왔다. 결론적으로 매일 생산되는 가정용 폐기물 또는 공업용 폐기물을 "원료"라고 표현할 수 있지만, 양쪽 모두의 경우에 종류가 순수하지 않으면 상당한 문제를 수반하게 된다. 플라스틱 재생에 있어서는 특히 그러하다.
지금까지 플라스틱의 종류 상이성이 일정 수준을 초과하는 경우에는 혼합 플라스틱 폐기물을 재료로서 사용할 수 없었다(참조: A. 정바우어의 Recycling von Kunststoffen, 제1판, Wurzburg, Vogel-Verlag, 1994, 특히 p. 40 이하). 그러한 이유 때문에, 지금까지 혼합 플라스틱 분급물을 등급별로, 그리고 종류별로 완전하게 분리한 후, 분리된 분급물들을 이들 각각에 적합한 개별 재생 공정으로 보내야만 했다. 기껏해야 동일하거나 매우 유사한 플라스틱 재료들의 혼합물 정도가 허용되었다. 그러한 폐기물의 분류, 특히 플라스틱 폐기물의 분류는 인력과 비용이 많이 드는 일임에도 불구하고, 재생 공정 또는 각 경우에 얻은 재료를 사용하여 제조한 제품은 가격이 상당히 비싸다. 가정용 및 공업용 폐기물에서 플라스틱 폐기물을 분류하는 일은 문제가 있으며 어렵거나 제한된 정도만이 가능한 것으로 알려져 있다.
가정용 및 공업용 폐기물의 플라스틱 쓰레기는 그 조성이 극히 다양하고 수십 가지의 플라스틱 종류 및 등급으로 구성되며, 현재의 기술 상태로는 그러한 플라스틱 쓰레기의 조성은 지역마다 완전히 다를 수 있는 것으로 보인다. 평균적으로 다음과 같은 플라스틱 종류가 발견될 것으로 예상된다.
폴리에틸렌 (LDPE, MDPE 및 HDPE) 약 30%
폴리프로필렌 PP 약 10%
폴리비닐 클로라이드 (PVC) 약 15%
폴리스티렌 (PS, EPS, ABS, ASA) 약 15%
폴리아미드 (PA 6, PA 6.6 등) 약 10%
기타 공업용 열가소성 물질 약 10%
열경화성 물질 및 복합재 약 10%
이들 모두는 염료 잔류물, 종이, 접착제 잔류물, 코팅재 및 기타 물질들로 심하게 오염되어 있다. 이러한 복잡한 혼합물들의 분리 작업은 비록 비용이 적당하다 하더라도 불가능한 경우가 있다.
그러나, 지금까지 상기 플라스틱류를 고도로 재생하기 위해서는 청결성과 종류 및 등급의 순수성이 필수적이었다. 혼합 플라스틱 쓰레기는 저급 용도에서만 제한적으로 사용할 수 있다. 그러나, 앞에서 설명한 바와 같이, 어떤 종류의 플라스틱 혼합물이든 고품질의 제품으로 가공하는 것은 어렵고 비용이 많이 들며, 심지어 불가능한 경우도 있다. 예를 들면 PVC와 같은 특정의 플라스틱 종류가 혼합되어 있으면 실제로 재생이 거의 불가능하다.
본 발명은 새로운 플라스틱, 재처리 플라스틱 또는 사용한 플라스틱과 그 플라스틱 혼합물 또는 분류 및 비분류 플라스틱 폐기물을 사용하여 플라스틱, 플라스틱 혼합물 및 플라스틱 재료를 재생 및 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 플라스틱의 등급 순도 및 종류 순수성은 정해져 있지 않다.
따라서 본 발명의 목적은 플라스틱 폐기물을 함유하는 혼합물을 재처리하는 방법, 특히 그것을 재생 및 이용하는 방법 또는 새로 제조한 플라스틱을 사용하는 방법과, 바람직하게는 동시에 새로 제조하거나 사용한 플라스틱을 사용하여 새로운 재료를 제조하는 방법을 제공하는 것인데, 여기서 플라스틱의 등급 순수성 및 종류 순수성은 필요하지 않으며, 고품질의 재료 및 제품을 제조할 수 있다. 이 재생 방법은 또한 기존의 방법들에 비해 상당히 저렴하며 동시에 다른 폐기물의 동시 이용도 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기 목적은 새로 제조한 플라스틱 재료 또는 플라스틱 폐기물을 포함하는 혼합물로부터 재료를 제조하는 방법(즉, 새로운 플라스틱을 사용하거나 사용된 또는 다른 폐기물 플라스틱을 재생하는 방법)에 의해 성취할 수 있는데, 이 방법은
(a) 새로 제조한 플라스틱 재료 또는 균일한 종류의 플라스틱 또는 여러 가지 종류의 플라스틱을 함유하는 플라스틱 폐기물을 포함하는 캐리어 물질 A와, 임의 또는 미지 조성의 재료 X와, 지방산, 지방산을 함유하는 혼합물, 처리 조건하에서 지방산을 방출하는 지방산 유도체 및 지방 알콜에서 선택되는 추가의 성분 Z를 함께 혼합하는 단계(여기서, A와 X는 함께 비플라스틱 성분이 혼입되는 경우에도 여전히 균일하거나 부분적으로 균일한 조성물을 형성하도록 부피를 기준으로 일정량 이상의 플라스틱을 함유함),
(b) 상기 혼합물을 일정한 기계적 혼합, 혼련 또는 압축을 수행하는 운송 장치를 통해 운송시켜서 운반 경로를 따라 구간별로 다단계 열 처리시키는 단계(각 단계에서의 온도는 매 경우마다 서로 독립적으로 60℃ 내지 400℃ 범위내임), 및
(c) 추가 처리를 위해 또는 성형을 위해 열 처리된 혼합물을 노즐을 통해 배출하는 단계
를 포함한다.
첨부된 청구 범위의 종속 청구항들의 주제는 본 발명의 바람직한 실시 양태들이다.
본 발명의 방법을 이용하는 경우에, 여러 가지 종류, 심지어 상당히 다른 종류 및 형태의 플라스틱을 함유하는 쓰레기 및 폐기물을 놀라울 정도로 처리할 수 있다. 또한 제조된 플라스틱 조성물은 예상치 못한 고품질의 제품으로 가공할 수 있으며, 새로 제조한 플라스틱을 사용한 경우에 비해 재생 플라스틱을 사용하는 경우에 달성되는 품질 및 유효 수명은 기존의 재생 플라스틱이 약 30 내지 35%인 데 반해 약 80%에 이를 정도로 상당히 놀라운 것이다.
본 발명의 재생 및 제조 방법은 특히 모든 종류의 플라스틱 및 플라스틱 등급(열가소성, 열경화성, 탄성체성 및 기타 특성의 플라스틱)에 대해 적용할 수 있는데, 그 중 몇 가지는 현재의 기술 지식에 의하면 재생 불가능하고, 재용융 불가능하며, 혼합시킬 때 서로 비상용성이고, 균질하게 혼합할 수 없기 때문에 가공 중의 열적-기계적 처리에 의해, 그리고 혼합된 추가 성분들의 이용을 통해 균일하거나 부분적으로 균일한 조성물을 형성시킬 수 없는 것으로 간주되고 있다.
공지된 방법들에서 지금까지 발생하던 다른 종류의 플라스틱(예를 들면, 임의 혼합된 상태의 PVC, PS/PE, PE/PP, PA/PE)간의 비상용성 문제와 얻어진 플라스틱 조성물의 가열시 분해 및 연소되던 문제는 본 발명의 방법에 의해 해소된다. 특히 주목할 만한 것은 각종 플라스틱을 분류하지 않고(종류를 순수하게 하지 않고), 즉 함께 가공할 수 있다는 점이다.
더욱이, 예를 들면 고무, 카페트, 마루 바닥재, 목재 폐기물, 유리 섬유 폐기물, 폐지 등과 같은 다른 종류의 다양한 폐기물을 임의 또는 미지 조성의 재료 X인 추가 성분으로서 처리 공정에 첨가할 수 있으며, 처리 공정 효율을 현저하게 손상시키는 일 없이 처리할 수 있다. 따라서 폐기물을 매립지에 매립하고 소각로에서 연소시켜야 하던 것을 막는 데 크게 기여하는 것이다.
즉, 본 발명의 방법에 있어서, 소정 정도까지 오염된 깨끗하지 않은 플라스틱과 총부피의 소정 비율까지 함유된 비플라스틱 재료는, 재료들의 각 비율 및 종류에 따라 균일하거나 또는 제한적으로, 즉 부분적으로 균일한 화합물을 형성하는 천연의 생물학적 추가 성분 또는 합성의 추가의 성분과 함께 혼합된 상태로 존재하는 플라스틱 혼합물 또는 플라스틱과 비플라스틱 재료의 혼합물에 첨가 및 혼입시켜 처리할 수 있다.
본 발명의 방법에 사용할 재료를 선택함에 있어서, 유일하게 충족시켜야 하는 조건은 처리 온도에 노출시킬 A와 X로 이루어지는 재료 혼합물이 함께 비플라스틱 성분이 혼입되는 경우에도 여전히 균일하거나 부분적으로 균일한 조성물을 형성하도록 부피를 기준으로 일정량 이상의 플라스틱을 함유하여야 한다는 것인데, 플라스틱 함량은 10 부피% 이상이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 25 부피% 이상, 특히 40 부피% 이상이며, 가장 바람직하게는 50 부피% 이상이고, 본 발명에 의하면 이 비율은 다른 종류의 플라스틱 분급물에도 적용시킬 수 있다.
캐리어 물질 A는 열가소성, 열경화성 및/또는 탄성체성 플라스틱으로부터 선택된 플라스틱을 함유하는 성분을 포함하는 것이 바람직하며, 복합체 및 그러한 플라스틱을 포함하는 RIM 플라스틱도 포함된다.
본 발명의 바람직한 실시 양태에 의하면, 플라스틱 재료는 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 중합체(ABS), 고밀도, 중밀도 및 저밀도 폴리에틸렌(PE)을 비롯한 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 에틸렌/비닐 아세테이트 중합체(EVA), 폴리메틸렌(PMMA), 폴리옥시메틸렌(PEM), 스티렌/아크릴로니트릴 중합체(SAN), 폴리스티렌(PS, EPS, ASA), 폴리아미드(PA), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐 클로라이드(PVC) 및 폴리우레탄(PUR) 및 특히 폴리에틸렌(PE) 및/또는 폴리프로필렌(PP)에서 선택되는 1종 이상의 플라스틱을 포함한다.
플라스틱 함유 캐리어 물질 A는 예를 들면 전적으로 또는 부분적으로 플라스틱을 함유하는 카페트 잔류물 및/또는 직물 잔류물을 포함할 수 있다.
플라스틱 성분과 더불어, 캐리어 물질 A는 부피를 기준으로 10%까지, 특히 5%까지의 다른 오염 물질을 함유할 수 있다. 본 발명에 따라 다단계 열 처리로 처리할 혼합물을 형성시키는 과정에서, 임의 또는 미지 조성의 재료 X는 전체적으로 필요한 분량만큼, 가장 바람직하게는 50 부피% 이상의 플라스틱이 존재할 정도로 많은 양의 플라스틱을 함유하여야 한다는 점에 유의하여야 한다. 다른 재료는 예를 들면 고무 및 탄성 고무, 모든 종류의 마루 바닥재, 유리 및 유리 섬유, 금속, 종이, 목재 및 목재 잔류물, 특히 톱밥, 울 및 모래에서 선택되는 것일 수 있다.
바람직한 실시 양태에 의하면, 캐리어 물질 A는 예비 분류하여 캐리어 물질 A 중의 플라스틱 함유 성분의 비율을 부피를 기준으로 90 내지 100%로 조정한다.
캐리어 물질 A가 100%의 플라스틱을 함유하는 경우에는, 캐리어 물질 A의 50 부피%인 경우와 같이 조성에, 즉 임의 또는 미지 조성의 재료 X인 특정 플라스틱 함량에 특별한 주의를 기울이지 않아도 된다. 예비 분류 시에 분리된 분급물은 다시 임의 또는 미지 조성의 재료 X로서 사용하여 플라스틱 폐기물을 100% 활용하는 것이 바람직하다.
캐리어 물질 A와 임의 또는 미지 조성의 재료 X는 부피를 기준으로 소정의 비율, 예를 들면 1:50 내지 50:1, 바람직하게는 1:10 내지 10:1, 특히 1:5 내지 5:1의 비율로 서로 혼합하여 충분한 최소 플라스틱 함량, 예를 들면 혼합물 중의 10, 25, 40 또는 50 부피%의 최소 플라스틱 함량을 유지하도록 주의를 기울여야 한다. 재료 A와 X는 50:50의 비율로 서로 혼합하는 것이 바람직하며, 캐리어 물질 A는 플라스틱 이외의 다른 물질은 포함하지 않는 것이 바람직하다. 그러나, 다른 물질을 함유하는 경우라면, 총 혼합물 중의 캐리어 물질 A의 비율을 증가시키도록 하거나, 임의 또는 미지 조성의 재료 중에 플라스틱 분급물이 존재하도록 주의를 기울여야 한다.
임의 또는 미지 조성의 재료 X는 어떤 물질이어도 좋으며, 캐리어 물질 A가 100%의 플라스틱으로 이루어지지 않는 경우에만 총 혼합물 중의 플라스틱의 비율이 충분하도록 플라스틱의 함량을 조절할 필요가 있다. 임의 또는 미지 조성의 재료 X로서 적합한 것은 캐리어 물질 A의 플라스틱 함유 성분과는 다른 종류의 플라스틱 함유 폐기물, 가정용 폐기물, 대형 폐기물, 종이 및 카드보드, 특히 폐지, 코팅 카드보드 및 코팅 폐지, 매립 폐기물, 금속, 목재 및 목재 잔류물, 특히 톱밥, 고무 재료 및 유리 섬유이다. 그러나 이들에 국한되는 것으로 이해해서는 안된다.
캐리어 물질 A와 임의 또는 미지 조성의 재료 X는 열 처리 전에 두 성분이 보다 완전하게, 그리고 보다 충분하게 혼합되도록 혼합전에 임의로 분쇄하는데, 예를 들면 찢거나, 절단하거나, 및/또는 미분쇄한다. 물질 A 및 X는 각각 혼합전에, 예를 들면 저장고와 같은 저장 용기에서 개별적으로 저장하였다가 현장에서, 즉 열 처리용 장치에 도입하기 전에 혼합할 수 있다. 대안으로, 프리믹스를 제조하여 저장한 후, 열 처리용 장치에 공급할 수도 있다. 재료들은 예를 들면 공지의 분류기를 사용하여 편리하게 제조할 수 있다.
지방산(들), 지방산 함유 혼합물, 처리 조건하에서 지방산을 방출하는 지방산 유도체 및 지방 알콜에서 선택되는 추가의 성분 Z는 기계/열 처리 전에 캐리어 물질 A와 임의 또는 미지 조성의 재료 X와의 혼합물에 첨가하는 것이 바람직하다.
"지방산"이란 용어는 임의의 지방족 카르복실산, 바람직하게는 비측쇄화, 측쇄화, 포화 또는 불포화될 수 있는 지방족 C1내지 C50카르복실산 (알칸, 알켄 및 알킨 카르복실산)을 포괄하는 것이다. 또한, 그러한 지방산들의 임의의 혼합물도 포함한다. 비측쇄화된 포화 알칸 카르복실산의 예에는 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 카프로산, 헵탄산, 카프릴산, 펠라곤산, 카프르산, 운데칸산, 라우르산, 트리데칸산, 미리스트산, 펜타데칸산, 팔미트산, 마가르산, 스테아르산, 노나데칸산, 아라키돈산, 베헨산, 리그노세르산 및 멜리스산이 있다. 측쇄화된 포화 알칸 카르복실산의 예에는 이소부티르산, 이소발레르산 및 투베르쿨로스테아르산이 있다. 비측쇄화된 단일 불포화 알켄 카르복실산의 예에는 크로톤산, 팔미톨산, 올레산 및 에루크산이 있다. 비측쇄화된 이중 불포화 알켄 카르복실산의 예에는 소르브산 및 리놀레산이 있다. 비측쇄화된 삼중 불포화 알켄 카르복실산의 예에는 리놀렌산 및 엘라에오스테르산이 있다. 비측쇄화된 사중 불포화 알켄 카르복실산의 예에는 아라키돈산이 있다. 비측쇄화된 오중 불포화 알켄 카르복실산의 예에는 클루파노돈산이 있다. 비측쇄화된 육중 불포화 알켄 카르복실산의 예에는 도코스헥산산이 있다. 이들은 예를 들면 발효 생성물, 효모, 동물성 지방, 식물성 지방 또는 그들로부터 얻어지는 제품(예를 들면, 유지방, 버터, 코코넛유, 창포유, 종려유, 땅콩유, 평지씨 기름, 카카오유, 카르나우바 왁스, 밀납, 라놀린, 콩기름, 옥수수 기름, 크로톤유, 포도씨 기름, 마기목 기름, 소 기름 또는 생선 기름 또는 이러한 형태로 사용되는 제품들이다. 대응하는 지방산 유도체 및 지방 알콜도 본 발명에 포함된다
따라서, 지방산 및 지방 알콜은 포화된, 단일 또는 다중 불포화된 화합물일 수 있으며, 이들은 기름 산출 식물과 기타 식물성 및 동물성 생성물로부터 얻거나 제조할 수 있다.
추가의 성분은 불포화된 것이 바람직하며, 지방산의 불포화도가 높을수록 더 바람직하다.
추가의 성분 Z으로서 적합하고 바람직한 것의 예로는 아마인유 및/또는 옥수수 기름이 있다.
이러한 추가의 성분을 첨가하면 열 처리 중의 혼합물의 온도 안정성이 놀라울 정도로 개량되며, 추가의 성분없이 달성되는 온도 안정성을 훨씬 능가하는 것이다. 추가의 성분은 또한 상용성 촉진제 및 결합제로서 작용할 수 있다. 이 성분은 A와 X의 혼합물의 부피를 기준으로 0.01 내지 10%, 특히 0.1 내지 5%, 바람직하게는 0.3 내지 3%의 분량으로 첨가한다. 더 많은 양도 첨가할 수 있지만 일반적으로 불필요하다.
본 발명에 의하면 제품들의 다양한 특성 요건에 부합하도록 종래의 방법, 공정 및 기능성 첨가제를 아무런 문제없이 사용할 수도 있다.
처리 중에 본 발명에 의한 혼합물을 열 처리 및 기계적 처리하면, 혼합물 중에 존재하는 플라스틱의 추가 성분들과 거의 완전히 상호 작용하여 화학적 및/또는 물리적 반응이 일어나며, 이에 따라 다른 종류의 플라스틱들이 균일하게 또는 적어도 부분적으로 균일하게 서로 혼합된다. 이 과정에서 균일하게 또는 부분적으로 균일하게 혼합되지 않은 물질들은 가공 중의 기계적 작용에 의해 그들의 형태 및 크기가 변화되며, 이들은 플라스틱 재료 제조 중에 완전히 또는 적어도 대부분이 결합된다.
캐리어 물질 A, 임의 또는 미지 조성의 재료 X 및 추가의 성분 Z을 서로 혼합하는 작업은 예를 들면 혼합기 또는 혼합 장치에서 수행한다.
본 발명의 방법의 바람직한 실시 양태에 의하면, 위와 같은 방법으로 제조한 혼합물의 다단계 열 처리는 세 단계를 포함하는데, 각 단계에서의 온도는 다음과 같다:
i) 제1 단계는 60 내지 130℃, 특히 80 내지 120℃, 바람직하게는 90 내지 120℃, 예를 들면 100℃이고,
ii) 제2 단계는 130 내지 180℃, 특히 140 내지 170℃, 바람직하게는 140 내지 160℃이며,
iii) 제3 단계는 160 내지 380℃, 특히 170 내지 320℃, 바람직하게는 180 내지 280℃이다.
본 발명의 방법의 다른 바람직한 실시 양태에 의하면, 다단계 열 처리는 네 단계를 포함하는데, 각 단계에서의 온도는 다음과 같다:
i) 제1 단계는 60 내지 120℃, 특히 80 내지 110℃, 바람직하게는 100℃이고,
ii) 제2 단계는 120 내지 160℃, 특히 130 내지 160℃, 바람직하게는 140 내지 160℃이며,
iii) 제3 단계는 160 내지 220℃, 특히 160 내지 210℃, 바람직하게는 160 내지 200℃이고,
iv) 제4 단계는 180 내지 380℃, 특히 200 내지 300℃, 바람직하게는 220 내지 280℃이다.
그 이상의 단계도 포함할 수 있다. 즉 5 내지 12 단계도 적당하다.
다단계 열 처리는 예를 들면 공지의 사출기 또는 압출기(참조: A. 정바우어의 Recycling von Kunststoffen, 제1판, Wurzburg, Vogel-Verlag, 1994, 특히 p. 40 이하)에서 수행할 수 있으며, 재료 혼합물은 경로, 예를 들면 스크류 경로를 통해 전진시켜서 일정한 기계적 혼합, 혼련 또는 압축을 수행한다. 운반 경로는 온도가 다른 구간들로 나누어지는데, 각 경우의 온도는 60℃ 내지 380℃ 범위에서 서로 독립적으로 다르며, 예를 들면 앞에서 예시한 3단계 또는 4단계 공정에서와 같다. 적당한 온도 프로그램을 예시하는 몇 가지 예를 들면 다음과 같다. 그러나, 사용되는 물질에 따라 상기 범위 내에서 변경시킬 수 있다.
실시예 1 내지 8
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
조성물의 온도 (℃; 압출기) 구간 1 100 100 100 100
구간 2 140 160 160 160
구간 3 160 180 180 200
구간 4 180 200 220 280
실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8
조성물의 온도 (℃; 사출기) 구간 1 100 100 100 100
구간 2 140 160 160 160
구간 3 160 180 180 200
노즐 140 140 160 160
각 열 처리 장치에 공급된 재료의 과립은 그 입경이 0.1 내지 5 mm인 것이 바람직하며, 특히 0.5 내지 5 mm, 더욱 바람직하게는 1 내지 5 mm이다. 각 구간의 온도는 예를 들면 과립 크기와 사용된 재료 혼합물의 조성에 따라 선택되며, 매 경우마다 처리하고자 하는 재료 혼합물에 대해 전술한 범위 내에서 선택할 수 있다.
열 처리는 사출기 또는 압출기 내에서 수행하는 것이 바람직하다.
열 처리 후, 사출기 또는 압출기의 노즐로부터 배출되는 재료는 즉시 성형하여 방치 냉각시킬 수 있다. 대안으로, 성형은 후에 수행할 수도 있는데, 이 경우에 플라스틱 조성물은 필요에 따라 소정의 형상으로 만들어 질 수 있는 온도까지 가열할 수 있다.
본 발명의 방법을 수행하는 데 적합한 장치는 예를 들면 스토르크(Storck)사의 사출 성형기, 예를 들면 모델 ST 1600-330, 배튼펠드(Battenfeld)사의 사출 성형기, 모델 BC-T, 그리고 소머(Dr.-Ing. Sommer)사로부터의 사출 성형기, 모델 DS류 16-2033이다.
그러나, 본 발명에 필요한 기계 처리/열 처리를 수행할 수 있는 한 어떤 종류의 다른 장치도 적합하다.
열 처리 후 배출되는 재료는 압축, 사출 성형, 발포 또는 압출시킬 수 있으며 임의의 소정의 형태로 만들 수 있다. 예를 들면 시이트, 필름, 봉, 포스트, 빔, 튜브, 호스, 래깅, 라이닝 또는 절연 부재, 케이싱, 시력 보호 부재, 열 보호 부재, 기계 손상 보호 부재, 공동 충전용 예비 성형 부품, 구조 부재, 벽돌, 지지 부재, 루핑 타일, 기구 부품, 접속 부재, 포장용 석재 등과 같은 칫수적으로 안정하거나 가요성이 있는 제품으로 성형할 수 있다. 이들에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 따라 제조된 플라스틱 재료를 사용하여 제조한 제품은 고품질의 제품으로서, 제조 가격은 새로 제조한 플라스틱/처음 제조하거나 종류가 순수한 플라스틱(재생 작업 후)으로부터 제조한 단일의 플라스틱 재료로 제조한 비견할만한 제품들에 비해 현저히 낮다. 각 경우에 예를 들면 50% 까지, 심지어는 그 이상의 비용 절감이 가능하다.
케이블 폐기물, 가요성 PVC, PE 및 5% 고무 과립으로부터 본 발명에 따라 제조한 공업용 마루 바닥재의 특성은 다음과 같다. 하기 데이터는 그 재료가 그러한 제품들에 대해 설정된 요건을 충족시키는 것임을 나타내는 것이다.
1. DIN 53352에 따른 면적당 중량 14.35 kg/m2
2. DIN 53479에 따른 밀도 1.49 g/cm2
3. DIN 53455에 따른 인장 강도 8.75 N/mm2
4. DIN 53455 에 따른 파단 신장률 70%
5. DIN 53453에 따른 노치 충격 저항성 17.73 J/cm2
6. DIN 51962 (80℃에서 6 시간에 걸쳐
고온 저장한 후, 120℃에서 6 시간에 걸쳐 최대 0.29%
측정)에 따라 열 노출시의 칫수 변화 (형태 변화 없음)
7. DIN 51960에 따른 연소성 분류 1(점화 곤란)
8. DIN 53438에 따른 버너 불꽃 노출시의 거동 분류 F1/9.9mm
9. DIN 53375에 따른 미끄럼 특성
신발창 가죽 μ = 0.53
고무 신발창 μ = 0.70
PUR/PVC 신발창 μ = 0.68
10. DIN 53456에 따른 볼 압력 경도
(주 부하 49.03 N으로 부하시)
탄성 개량 20분 후 41%
탄성 개량 40분 후 48%
4 시간후 재혼합 완료시의 볼 압력 경도 6.4 N/mm2
11. 0.5 Nm 충격 에너지를 가했을 때의 반동 탄성률 15%
12. DIN 52612에 따른 열전도율
(20℃에서 40℃로 온도 상승시키는 데 필요한 시간) 20분
13. DIN 51958에 따른 시약의 화학적-물리적 작용
1% 수산화나트륨 용액 안정
10% 수산화나트륨 용액 안정
15% 수산화나트륨 용액 안정
10% 질산 안정
30% 질산 부분적으로 안정
10% 염산 안정
3% 황산 안정
30% 황산 안정
5% 아세트산 부분적으로 안정
광유 SAE20W/50 안정
임의 또는 미지 조성의 재료 X 또한 임의의 비율 또는 대략 동일한 비율의 순수한 물질이거나 또는 다른 종류의 플라스틱 또는 비플라스틱 성분을 함유할 수 있다.
캐리어 물질 A와 다른 종류이거나 미지의 물질로 오염되어 있는 경우, 재료 X로서는 단독 또는 임의의 혼합물 형태의 하기 화합물들이 특히 고려된다: PVC (가요성 PVC, 강성 PVC, 예를 들면 카페트 잔류물), HDPE, LDPE, PP, PA (PA6, PA 6.6, Pa 11, PA 12, PA GV 30 H), PMMA, POM, PUR(예를 들면, 탄성체 및 발포체), ABS, SAN, PS, PC, TPE(열가소성 중합체), PE/PA 혼합물, 섬유 카페트 잔류물, 톱밥, 플라스틱으로 된 음식물 포장재, 플라스틱 코팅지 또는 플라스틱 코팅 카드보드, 플라스틱 캐리어 백(예를 들면, 소위 플라스틱 백) 및 PPO(폴리페닐렌 옥사이드).
크기가 15 cm × 15 cm × 0.5 cm이고 캐리어 물질 A로서 하기 표에 주어진 플라스틱과, 임의 또는 미지 조성의 재료 X로서 역시 하기에 표시되어 있는 1종 이상의 재료와, 추가의 성분으로서 5%의 아마인유를 함유하는 9개의 시험용 시이트를 제조하였다. 주어진 분량은 총 혼합물의 부피를 기준으로 한 것이다.
시이트 1: 10% HDPE (고밀도 폴리에틸렌), 90% 톱밥
시이트 2: 25% HDPE, 75% 톱밥
시이트 3: 50% PP, 제2 단락에서 열거한 모든 재료들의 혼합물 M (대략 동일 한 비율) 50%
시이트 4: 30% HDPE + 20% ABS, 50%의 혼합물 M
시이트 5: 50% HDPE , 50%의 혼합물 M
시이트 6: 25% PE + 25% PA, 50%의 혼합물 M
시이트 7: 10% HDPE + 20% LDPE(저밀도 폴리에틸렌) + 20% SAN,
50%의 혼합물 M
시이트 8: 25% PP + 25% ABS/SAN, 50%의 혼합물 M
시이트 9: 30% PP + 20% ABS/Pa, 50%의 혼합물 M

Claims (22)

  1. (i) 새로 제조한 플라스틱 및 그러한 플라스틱의 혼합물, (ii) 재처리 플라스틱 및 그러한 플라스틱의 혼합물, (iii) 사용한 플라스틱 및 그러한 플라스틱의 혼합물 또는 (iv) 분류 및 비분류 플라스틱 폐기물을 사용하여 플라스틱, 플라스틱 혼합물 및 플라스틱 재료를 재생 및 제조하는 방법으로서, 하기 (a), (b) 및 (c) 단계를 포함하는 것이 특징인 방법:
    (a) 균일한 종류의 플라스틱 및/또는 여러 가지 종류의 플라스틱을 함유하는 새로 제조한 플라스틱 재료, 재처리 플라스틱 재료 또는 사용한 플라스틱 재료를 포함하는 기지 조성의 캐리어 물질 A와, 임의 또는 미지 조성의 재료 X와, 지방산, 천연 또는 합성의 지방산을 함유하는 혼합물, 처리 조건하에서 지방산을 방출하는 지방산 유도체 및 지방 알콜에서 선택되는 추가의 성분 Z를 함께 혼합하는 단계(여기서, A와 X는 함께 비플라스틱 성분이 혼입되는 경우에도 여전히 균일하거나 부분적으로 균일한 조성물을 형성하도록 부피를 기준으로 일정량 이상의 플라스틱을 함유함),
    (b) 상기 혼합물을 일정한 기계적 혼합, 혼련 또는 압축을 수행하는 운송 장치를 통해 운송시켜서 운반 경로를 따라 구간별로 다단계 열 처리시키는 단계(각 단계에서의 온도는 매 경우마다 서로 독립적으로 60℃ 내지 400℃ 범위내임), 및
    (c) 추가 처리를 위해 또는 성형을 위해 열 처리된 혼합물을 노즐을 통해 배출시키는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 캐리어 물질 A가 열가소성, 열경화성 및 탄성체성 플라스틱에서 선택된 플라스틱을 함유하는 성분을 포함하고, 그러한 플라스틱을 함유하는 복합체 및 RIM 플라스틱도 포함하는 것이 특징인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 플라스틱이 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 중합체(ABS), 고밀도, 중밀도 및 저밀도 폴리에틸렌을 비롯한 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 에틸렌/비닐 아세테이트 중합체(EVA), 폴리메틸렌(PMMA), 폴리옥시메틸렌(PEM), 스티렌/아크릴로니트릴 중합체(SAN), 폴리스티렌(PS, EPS, ASA), 폴리아미드(PA), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐 클로라이드(PVC) 및 폴리우레탄(PUR) 및 특히 폴리에틸렌(PE) 및/또는 폴리프로필렌(PP)에서 선택되는 것이 특징인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 캐리어 물질 A가 카페트 잔류물 및/또는 직물 잔류물인 것이 특징인 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 캐리어 물질 A가 플라스틱 성분 이외에 오염 물질로서 10 부피% 이하, 특히 5 부피% 이하의 다른 물질을 함유하는 것이 특징인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다른 물질이 고무, 마루 바닥재, 유리, 유리 섬유, 종이, 목재, 목재 잔류물, 특히 톱밥, 울 및 모래에서 선택되는 것이 특징인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 캐리어 물질 A를 예비 분류하여 캐리어 물질 A 중의 플라스틱 함유 성분의 비율을 90 내지 100 부피%로 조정하는 것이 특징인 방법.
  8. 제7항에 있어서, 분류된 분급물을 임의 또는 미지 조성의 재료 X로서 사용하는 것이 특징인 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 임의 또는 미지 조성의 재료 X가 플라스틱 함유 폐기물, 가정용 폐기물, 대형 폐기물, 종이 및 카드보드, 특히 폐지, 플라스틱 코팅 카드보드 및 플라스틱 코팅 폐지, 매립 폐기물, 금속, 목재 및 목재 잔류물, 특히 톱밥, 고무 재료 및 유리 섬유에서 선택되는 것이 특징인 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 캐리어 물질 A와 임의 또는 미지 조성의 재료 X를 혼합 전에 분쇄하고, 특히 찢거나, 절단하거나, 및/또는 미분쇄하는 것이 특징인 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 캐리어 물질 A와 임의 또는 미지 조성의 재료 X를 예비 분류 후에, 분쇄 후에, 그리고 혼합 전에, 특히 저장고에서 임의로 저장하는 것이 특징인 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 캐리어 물질 A와 임의 또는 미지 조성의 재료 X를 50:50의 부피비로 서로 혼합하고, 그 후의 캐리어 물질 A는 바람직하게는 플라스틱 함유 성분 이외의 다른 물질을 함유하지 않는 것이 특징인 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 다단계 열 처리는 세 단계를 포함하고,
    i) 제1 단계는 60 내지 130℃, 특히 80 내지 120℃, 바람직하게는 90 내지 120℃이고,
    ii) 제2 단계는 130 내지 180℃, 특히 140 내지 170℃, 바람직하게는 140 내지 160℃이며,
    iii) 제3 단계는 160 내지 380℃, 특히 170 내지 320℃, 바람직하게는 180 내지 280℃인 것이 특징인 방법.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 다단계 열 처리는 네 단계를 포함하고,
    i) 제1 단계는 60 내지 120℃, 특히 80 내지 110℃, 바람직하게는 100℃이고,
    ii) 제2 단계는 120 내지 160℃, 특히 130 내지 160℃, 바람직하게는 140 내지 160℃이며,
    iii) 제3 단계는 160 내지 220℃, 특히 160 내지 210℃, 바람직하게는 160 내지 200℃이고,
    iv) 제4 단계는 180 내지 380℃, 특히 200 내지 300℃, 바람직하게는 220 내지 280℃인 것이 특징인 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 플라스틱 폐기물을 함유하는 캐리어 물질 A와, 임의 또는 미지 조성의 재료 X와, 추가의 성분 Z의 혼합은 혼합기 또는 혼합 장치에서 수행하고, 및/또는 운송 및 열 처리는 사출기 또는 압출기에서 수행하는 것이 특징인 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 있어서, 추가의 성분은 A와 X의 혼합물의 부피를 기준으로 0.01 내지 10%, 특히 0.1 내지 5%, 바람직하게는 0.3 내지 3% 분량으로 첨가하는 것이 특징인 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 추가의 성분이 아마인유 및/또는 옥수수 기름을 포함하는 것이 특징인 방법.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 하나의 항에 있어서, 혼합과 열 처리를 사출기 또는 압출기에서 수행하는 것이 특징인 방법.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 노즐에서 배출되는 열 처리 혼합물을 성형한 후 방치 냉각시키는 것이 특징인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 노즐에서 배출되는 열 처리 혼합물로부터 칫수적으로 안정하거나 가요성인 시이트, 필름, 봉, 포스트, 빔, 튜브, 호스, 래깅, 라이닝 또는 절연 부재, 케이싱, 시력 보호 부재, 열 보호 부재, 기계 손상 보호 부재, 공동 충전용 예비 성형 부품, 구조 부재, 벽돌, 지지 부재, 루핑 타일, 포장용 석재, 가아든 슬랩, 기구 부품 또는 접속 부재를 형성시키는 것이 특징인 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 하나의 항에 의한 방법을 이용하여 제조한 플라스틱 재료 및 이들로부터 제조된 플라스틱 제품.
  22. 플라스틱 함유 혼합물을 처리/재처리 및 이용하는 데 추가 성분으로서 지방산, 지방산 함유 혼합물, 처리 조건하에서 지방산을 방출하는 지방산 유도체 및 지방 알콜, 특히 아마인유 및/또는 옥수수 기름을 사용하는 방법.
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