KR20010091227A

KR20010091227A - 폐플라스틱을 재활용하기 위한 세정 방법

Info

Publication number: KR20010091227A
Application number: KR1020000012704A
Authority: KR
Inventors: 김인복; 홍성인; 김익수; 노중석
Original assignee: 허동수; 엘지칼텍스정유 주식회사
Priority date: 2000-03-14
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2001-10-23
Also published as: KR100341017B1; US6306222B1

Abstract

본 발명의 폐플라스틱 세정방법은 (1) 2-3 cm 크기로 조분쇄(粗粉碎)된 폐플라스틱을 덤블러 내에서 용매로써 제1차 세척하고, (2) 상기 폐플라스틱을 제1차 세척한 용매를 덤블러로부터 배출하고, (3) 상기 제1차 세척된 폐플라스틱을 덤블러 내에서 용매로써 제2차 세척하고, (4) 상기 페플라스틱을 제2차 세척한 용매를 덤블러로부터 배출하고, (5) 상기 덤블러 내로 가열된 질소를 투입하여 폐플라스틱을 건조시키고, 그리고 (6) 상기 덤블러 내부의 질소 기체를 감압하에서 배출시킴으로써 폐플라스틱의 표면에 부착된 오염물질과 그 내부에 침투된 오염물질을 세정하는 단계로 이루어진다.

Description

폐플라스틱을 재활용하기 위한 세정 방법{Process for Cleaning Waste Plastics for Recycling}

발명의 분야

본 발명은 폐플라스틱에 함유된 오염물질을 세척하여 폐플라스틱을 활용하기 위한 세정공정에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 윤활유 용기와 같은 폐플라스틱 용기를 세척하여 폐플라스틱을 재활용할 수 있도록 하기 위한 세정공정에 관한 것이다.

발명의 배경

플라스틱의 수요가 증가하면서 폐플라스틱을 재활용하고자 하는 노력이 많이 있어 왔다. 특히 폐플라스틱을 매립하거나 소각하는 방법이 이용되고 있지만, 이러한 방법들은 토양오염이나 대기오염을 야기시키는 원인이 되고 있다. 따라서 최근에는 폐플라스틱의 재활용에 대한 많은 연구가 진행되고 있고 일부는 실용화하기에 이르렀다.

폐플라스틱은 그 종류가 무수히 많아서 각각 그 종류에 적합한 재활용 방법이 이용되고 있다. 폐플라스틱 중에서 윤활유 용기는 이제까지 재활용하기가 매우 어려웠다. 윤활유 용기로 사용되고 있는 플라스틱은 점도가 높은 윤활유 성분이 오염되어 있어서 오염물질을 제거하기 힘들고, 재생하기 위하여 온도를 올리는 경우 역한 악취가 발생한다. 따라서 이제까지 폐윤활유 용기는 일부 제한된 양이 저급품으로 재사용되고 대부분 매립되거나 소각되어 왔다.

윤활유는 보통 석유물질을 비롯하여, 첨가제에 포함되어 있는 페놀류, 아연 화합물, 유황 및 그 화합물, 칼슘/마그네슘 화합물 등을 포함하고 있으며, 이러한물질들이 오염물질이 되고 있는 것이다. 윤활유는 통상 2ℓ, 4ℓ, 6ℓ의 양으로 포장되어 유통되며, 플라스틱으로 제조된 윤활유 용기는 이제까지 거의 매립 또는 소각되고 있는 실정이다. 윤활유 용기는 폴리프로필렌(PP), 또는 고밀도폴리에틸렌(HDPE)으로 제조된다.

본 발명자는 윤활유와 같이 점도가 높은 오염물질을 용이하게 제거할 수 있는 방법을 개발하여 윤활유 용기와 같은 폐플라스틱을 재활용할 수 있는 세정 공정을 개발하기에 이른 것이다. 본 발명에 따른 폐플라스틱의 세정공정은 폐윤활유 뿐 만 아니라 일반적으로 점도가 높은 오염물질이 함유된 폐플라스틱을 재활용할 수 있는 세정공정도 포함한다.

본 발명의 목적은 플라스틱 용기에 부착된 윤활유와 같이 점도가 높은 오염물질을 제거하기에 적합한 용매를 개발하여 그 용매를 사용함으로써 폐플라스틱을 세정하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 폐플라스틱의 표면에는 물론 내부에까지 침투된 오염물질을 세척하여 제거할 수 있는 폐플라스틱 세정방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐플라스틱의 표면에는 물론 내부에까지 침투된 오염물질을 세척하여 잔존하는 오염물질을 거의 대부분 제거할 수 있는 폐플라스틱 세정방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 제1차 세척과정에서 발생된 용매를 재생하여 재활용할 수 있고, 제2차 세척과정에서 발생된 용매를 제1차 세척과정에 재활용함으로써 비용을 절감하고 공해물질의 배출을 최소화하는 폐플라스틱의 세정 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐플라스틱을 용매로써 제2차까지 세척한 후, 가열된 질소를 순환시켜 세척된 폐플라스틱을 건조시키는데, 이 과정에서 질소를 재순환시킴으로써 비용을 절감할 수 있는 폐플라스틱의 세정 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐플라스틱 용기에 부착되었던 필름 등과 같은 이물질을 건조과정에서 사이클론에 의하여 제거함으로써 폐플라스틱으로부터 이물질을 용이하게 제거할 수 있는 폐플라스틱의 세정방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적 등은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.

제1도는 본 발명에 따른 세정방법의 개략적인 공정도이다.

* 도면의 주요부호에 대한 설명 *

1: 덤블러(dumbler) 2: 폐플라스틱 호퍼

3: 블랙 솔벤트 탱크 4: 옐로우 솔벤트 탱크

5: 세분쇄기 6: 히터

7: 사이클론 8: 진공장치(이젝터)

9: 클린 솔벤트 10: 솔벤트 재생탑

11: Knock-out 드럼 12: 블로워

본 발명의 폐플라스틱 세정방법은 (1) 2-3 cm 크기로 조분쇄된 폐플라스틱을 덤블러 내에서 용매로써 제1차 세척하고, (2) 상기 폐플라스틱을 제1차 세척한 용매를 덤블러로부터 배출하고, (3) 상기 제1차 세척된 폐플라스틱을 덤블러 내에서 용매로써 제2차 세척하고, (4) 상기 페플라스틱을 제2차 세척한 용매를 덤블러로부터 배출하고, (5) 상기 덤블러 내로 가열된 질소를 투입하여 폐플라스틱을 건조시키고, 그리고 (6) 상기 덤블러 내부의 질소 기체를 감압하에서 배출시킴으로써 폐플라스틱의 표면에 부착된 오염물질과 그 내부에 침투된 오염물질을 세정하는 단계로 이루어진다.

본 발명에서는, 상기 제1차 세척 후에 배출된 용매를 "블랙 솔벤트(black solvent)"라 하고, 제2차 세척 후에 배출된 용매를 "옐로우 솔벤트(yellow solvent)"라 한다. 옐로우 솔벤트는 폐플라스틱의 제1차 세척단계에서 다시 재활용되며, 제1차 세척단계에서 발생된 블랙 솔벤트는 재생 공정을 거쳐서 크린 솔벤트(clean solvent)로 제조된다. 크린 솔벤트는 다시 제2차 세척단계에서 재활용된다.

폐플라스틱의 제2단계 세척공정이 완료되면 가열된 질소를 덤블러 내부로 순환시키고 상기 가열된 질소를 이용하여 세척된 폐플라스틱을 건조시킨다. 이때, 질소는 순환되며, 부족한 질소는 외부로부터 보충된다. 건조 공정이 완료되면 덤블러 내부의 기체를 감압하에서 배출시킨다. 이때 기화 상태의 오염물질과 폐플라스틱 내부에 잔존하였던 오염물질이 기화되어 외부로 배출된다. 폐플라스틱에는 라벨과 같은 필름 등의 이물질이 존재하게 되는데 이러한 이물질은 사이클론에 의하여 제거됨으로써 재생된 플라스틱의 순도를 높일 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 내용을 하기에 상세히 설명한다.

발명의 구체예에 대한 상세한 설명

제1도는 본 발명에 따른 폐플라스틱의 세정방법을 개략적으로 도시한 공정도이다.

본 발명에 따라서 폐플라스틱을 세정하기 위해서는 우선 세정하고자 하는 폐플라스틱을 2∼3 cm의 크기로 조분쇄(粗粉碎)하여야 한다. 폐윤활유 용기를 잘게 썰어서 세척하기 용이한 상태로 만들지만 폐플라스틱 매립시에도 조분쇄는 필요하다.

조분쇄된 폐플라스틱은 호퍼(2)로부터 덤블러(1)에 공급된다. 덤블러 내에 일정 용량의 조분쇄된 폐플라스틱을 충진시키고, 1차로 세척하기 위하여 옐로우 솔벤트 탱크(4)에 있는 옐로우 솔벤트(yellow solvent)를 투입시킨다. 이때 덤블러(1)는 90∼150°정도로 회전하면서 내부에 있는 폐플라스틱을 세척한다. 이 덤블러(1)의 회전기능은 모터(도시되지 않음)에 의하여 행해지며, 이 기능은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. 이 덤블러(1)의 운전 시간은 외부의 콘트롤러(도시되지 않음)에 의하여 설정될 수 있다.

제1차 세척공정이 완료되면 용매를 배출시켜 블랙 솔벤트 탱크(3)에 저장시킨다. 이 블랙 솔벤트(3)는 재생탑(10)에서 재생공정을 거쳐서 클린 솔벤트(9)로서 재활용된다. 물론 클린 솔벤트로 재생할 수 없는 잔류물은 폐윤활유로 폐기처분한다.

제1차 세척공정이 완료되면 클린 솔벤트 탱크(3)에 저장되었던 클린 솔벤트가 덤블러(1)로 투입되어 제2차 세척공정을 행한다. 제2차 세척공정은 제1차 세척공정과 동일한 방법으로 진행된다. 클린 솔벤트의 부족량은 외부로부터 보충된다.

제2차 세척공정에서 사용된 크린 솔벤트는 폐플라스틱을 세척한 후 옐로우솔벤트 탱크(4)에 저장된다. 옐로우 솔벤트는 전단계의 폐플라스틱을 제1차 세척을 위해 사용된다.

제2차 세척공정이 완료되면 히터(6)에 의하여 가열된 질소 기체가 덤블러(1)의 내부로 유입되어 그 내부에 있는 폐플라스틱을 건조시킨다. 덤블러 내부의 폐플라스틱을 건조시킨 질소 기체는 블로워(12)에 의하여 순환되며 이때 부족한 질소 기체는 외부로부터 보충된다. 질소 기체의 온도는 폐플라스틱의 종류에 의하여 결정되는 것으로 통상 80∼120 ℃의 범위이며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다. 예를 들어 폐플라스틱이 PP인 경우에는 질소 온도를 약 120℃ 정도로 유지하고, HDPE인 경우에는 질소 온도를 약 100℃ 정도를 유지하는 것이 바람직하다.

건조과정이 진행되는 동안 사이클론(7)이 작동하여 폐플라스틱에 포함되어 있던 이물질을 제거시킨다. 폐플라스틱은 라벨과 같은 필름 등의 이물질을 포함하게 되는데, 이러한 이물질들은 사이클론(7)을 이용하여 용이하게 외부로 제거할 수 있고, 그럼으로써 재생된 플라스틱의 순도를 높일 수 있다. 사이클론(7)을 거쳐 나온 질소는 Knock-out 드럼(11)을 거쳐 블로어(12)에 들어간다.

건조공정이 완료되면, 덤블러(1) 내부의 기체를 외부로 배출시킨다. 이 공정은 진공장치(8)를 이용하여 덤블러 내부압이 10∼100 torr 정도가 되도록 행해진다. 덤블러(1) 내부의 기체를 진공장치(8)에 의하여 배출시키며, 기상의 오염물질과 폐플라스틱 내부에 침투되어 잔존하여 있던 오염물질이 기화되어 외부로 배출된다. 따라서 본 발명에서는 이 진공배출공정을 통하여 폐플라스틱 내부에 침투되어있던 오염물질을 거의 제거할 수 있는 우수한 효과가 있다. 덤블러(1)는 상기 건조공정과 진공배출공정에서도 90∼150°정도로 회전 운동하여 그 내부에 있는 폐플라스틱의 건조 효과를 극대화할 수 있다.

진공배출공정이 완료되면, 덤블러(1)의 회전운동은 정지하고, 건조된 폐플라스틱은 세분쇄기(5)로 투입된다. 세분쇄기에서 상기 세정된 폐플라스틱은 0.5 mm 이하의 작은 크기로 분쇄되고, 세분쇄된 재생 플라스틱은 직접 재사용 또는 압출기(도시되지 않음)로 압출시켜 재사용된다.

본 발명에서 사용되는 용매는 윤활유와 같이 점도가 높은 오염 물질을 제거하고 건조공정에서 증발시켜야 하기 때문에 100-190 ℃의 건조점을 갖는 파라핀과 방향족 성분을 포함하는 용매가 바람직하다. 파라핀과 방향족 화합물은 1 : 99 ∼ 99 : 1 의 범위가 바람직하다. 방향족 화합물로는 톨루엔과 벤젠이 모두 가능하지만, 취급의 용이성을 고려할 때 벤젠보다는 톨루엔이 바람직하다. 가장 바람직한 용매로는 파라핀과 톨루엔의 비가 50 : 50 인 혼합용매이다.

본 발명의 세정방법에 따라 세정된 폐플라스틱은 그 내부에 침투되어 있던 오염물질을 가능한 한 최대로 제거하기 때문에 재가공시에 발생하는 악취를 거의 없앨 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

오염된 폴리프로필렌 폐플라스틱 용기를 세정하기 위하여 2∼3 cm의 크기로 조분쇄하였다. 상기 조분쇄된 폐플라스틱을 폐플라스틱 호퍼에 저장하여 덤블러 상부에 투입되도록 한 후 세정단계를 개시하였다. 덤블러 상부에 옐로우 솔벤트를 넣고 일정한 수위가 차게 되면 덤블러를 좌우로 움직이면서 15 분 동안 세정하고, 덤블러 하부에서 블랙 솔벤트가 일정한 양으로 배출되도록 하였다. 그 후 블랙 솔벤트를 모두 배출시킨 후, 클린 솔벤트를 덤블러 내부로 충진시켰다. 덤블러를 좌우로 움직이고, 일정한 양의 옐로우 솔벤트를 배출시키면서 계속 세정용매가 일정한 수위를 유지하도록 보충하면서 15 분 동안 유지하고, 보충 용매를 첨가하는 것을 중단하여 용매를 전량 배출시킨 다음 덤블러의 좌우 움직임을 5 분 동안 지속시킨 후, 세정단계를 완료하였다.

그 다음 히터를 이용하여 질소를 120 ℃로 가열하여 덤블러 하부로 주입하면서 상기 질소가 덤블러 상부로 빠져나갈 수 있도록 하여 폐플라스틱의 온도를 일정 수준으로 올려 주어 건조되도록 하였다. 덤블러 상부로 빠져나가는 뜨거운 질소와 함께 필름 등 이물질이 사이클론을 지나면서 제거되어 방출되었고, 상기 질소는 순환 가스냉각기에서 냉각되어 블로어에 의해 재순환하여 상기 히터에 의해 가열되었고, 그 가열된 질소는 다시 덤블러 하부로 주입되어 상기 과정을 반복하였다. 건조과정을 1시간 이상 지속시킨 후, 잔존하는 용재와 오염물질은 진공장치에 의하여 10 분 동안 진공압 10∼100 torr로 유지시켜 기화되었고 외부로 방출되었다.

덤블러 내에 있는 세정된 폐플라스틱을 세분쇄기로 투입한 후, 0.5 mm 이하로 다시 세분쇄하고 재활용을 위하여 판매할 수 있도록 포장하였다.

실시예에 의한 재생 수지와 신규 수지의 물성측정

상기 실시예에서 재생된 플라스틱과 신규의 폴리프로필렌 수지에 대하여 하기와 같이 물성을 측정하여 표 1에 나타내었다.

물성 (단위)	실시예	신규 PP 수지
Melt Index¹⁾(g/10분)	0.37	1.39
Ethylene (%)	12.8	12.1
수축율 (%)	1.58	N.A.
인장강도(항복점)²⁾(kg/㎠)	252	264
신율(파단점)³⁾(%)	570	500 이상
굴곡탄성율³⁾(kg/㎠)	10,340	10,237
IZOD (kg·cm/cm, 23℃)⁴⁾(kg·cm/cm, -10℃)	77.57.7	68.77.1
HDT (℃)⁵⁾	95.9	98.7
Rockwell Hardness (R scale)	61.8	59.6
Gardner Impact (kg·cm)	215	198

주: 1) ASTM D-1238에 의하여 측정되었음.

2) ASTM D-638에 의하여 측정되었음.

3) ASTM D-790에 의하여 측정되었음.

4) ASTM D-256에 의하여 측정되었음.

5) ASTM D-648에 의하여 측정되었음.

본 발명은 윤활유와 같이 점도가 높은 오염 물질을 제거하기에 적합한 용매를 개발하여 사용함으로써 폐플라스틱의 표면 및 내부에 침투된 오염물질을 세척하여 제거하고, 폐플라스틱의 제1·2차 세척과정에 이용된 상기 용매를 차후에 재활용하여, 그리고 세척된 폐플라스틱의 건조단계에서 질소를 재순환시켜 비용을 절감하고 환경오염을 방지할 수 있고 상기 건조단계에서 사이클론을 사용하여 이물질을 용이하게 제거할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

2∼3 cm의 크기로 조분쇄된 폐플라스틱을 덤블러 내에서 용매로써 세척하고 상기 용매를 배출시키는 세척단계;

상기 세척단계가 완료된 덤블러 내부에 가열된 질소 기체를 투입하여 폐플라스틱을 건조시키는 단계; 및

상기 건조단계가 완료된 덤블러 내부의 기체를 감압하에서 배출시킴으로써 폐플라스틱의 내부에 침투된 오염물질을 세정하는 진공 배출 단계;

로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 세정방법.
제1항에 있어서, 상기 건조단계에서 사이클론(7)에 의하여 이물질이 제거되는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 세정방법.
제1항에 있어서, 상기 용매는 드라이포인트가 100-150 ℃ 이고 파라핀계 탄화수소와 방향족 탄화수소를 포함한 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 세정방법.
제1항에 있어서, 상기 진공 배출 단계의 진공압은 10∼100 torr인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 세정방법.