KR20020015153A - 폐플라스틱 성형체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐플라스틱 성형체의 제조 방법에 관한 것으로, 폐셀룰로오스계 가공물을 지름 1∼10 ㎜의 원형 또는 타원형의 박편상으로 가공하고, 열가소성 수지의 분말과 혼합하여 압축 또는 압출 성형하는 단계를 포함하는 방법에 의하면, 폐셀룰로오스계 가공물의 가공 효율을 높임으로써 동력 소모를 감소시키고 소음, 분진 등의 발생을 줄이는 한편, 제조되는 플라스틱 성형체의 강도를 증가시키고 성형성을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 폐플라스틱 성형체의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 폐폴리에틸렌, 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트 등의 열가소성 수지를 바인더로 사용하여 폐신문지, 폐잡지, 폐우유팩 등의 폐셀룰로오스계 충전제를 혼합하고 압출 또는 압축 성형에 의해 경량 복합 성형체를 제조하는 방법에 관련된다.
일반적으로 폐신문지, 폐잡지, 폐우유팩 등의 폐셀룰로오스계 가공물을 플라스틱 가공의 충전제로 사용할 때는, 그 가공 형태가 미분상으로 되어 있는 것이 보통이다. 그러나, 이와 같이 폐셀룰로오스계 가공물을 미분상으로 분쇄하는 경우에는 분쇄 효율이 매우 낮아 과다한 동력 소모를 야기하고 이에 따라 분쇄 비용도 높게 되기 때문에, 미분상 폐셀룰로오스계 충전제는 제조 단가가 높아지게 된다. 특히, 표면이 폴리에틸렌 등으로 코팅되어 있는 폐우유팩을 미분상으로 분쇄할 때는 더욱 분쇄 효율이 낮아지고 분쇄시 대규모의 동력 소모에 의해 소음 공해가 극심하며 분진 또한 심하게 발생하게 된다. 더우기, 이들 미분상의 분쇄물을 경량화 목적으로 플라스틱 등의 충전제로 첨가할 때는, 비중 차이에 의해 혼합 효과가 떨어질 뿐 아니라 부피가 크기 때문에 최대 30 중량% 정도 밖에는 첨가할 수 없어 충전 효과가 미미하게 된다.
대한민국 특허공개 제97-6379호에서는, 열가소성 플라스틱에 분쇄한 신문, 톱밥, 목분 등의 미세 가공된 셀룰로오스를 혼합 가공하여 고형 제품 또는 중공 성형체, 발포 제품 등을 제조하는 기술에 관하여 개시하고 있다. 그러나 이 방법에서는 사용된 플라스틱이 고밀도 폴리에틸렌으로 사용 가능한 온도가 90 ℃ 이하로 내열성이 떨어지고, 셀룰로오스계 충전 재료를 미분상으로 가공할 때 소음과 분진이 많이 발생한다는 단점이 있다.
또한, 대한민국 특허공개 제97-6386호에서는, 50 메쉬의 톱밥을 충전제로 사용하고 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 바인더로 해서 압출 가공하여 압연, 냉각시킴으로써 톱밥이 함유된 합성수지 합판을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 방법에서도 폴리에틸렌의 사용 가능 온도가 90 ℃이고 폴리프로필렌의 경우에는 110 ℃ 이하이므로 내열성이 낮고, 톱밥의 함량이 40 중량% 이상인 것은 성형이 불가능하다는 단점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 폐셀룰로오스계 가공물을 충전제로 사용하여 플라스틱 성형체를 제조하는 데 있어서, 폐셀룰로오스계 가공물의 가공 효율을 높임으로써 동력 소모를 감소시키고 소음, 분진 등의 발생을 줄이는 한편, 제조되는 플라스틱 성형체의 강도를 증가시키고 성형성을 향상시키도록 한 폐플라스틱 성형체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 박편상의 폐셀룰로오스계 충전제와 열가소성 수지 분말 바인더를 혼합하고 압축 또는 압출 성형하여 제조된 본 발명의 폐플라스틱 성형체의 구조를 모식적으로 나타낸 확대 평면도,
도 2는 박편상의 폐신문지 또는 폐잡지 충전제와 열가소성 수지 분말 바인더를 혼합하고 압축 또는 압출 성형하여 제조된 본 발명의 폐플라스틱 성형체의 측면 구조를 모식적으로 나타낸 확대 단면도,
도 3은 박편상의 폐우유팩 충전제와 열가소성 수지 분말 바인더를 혼합하고 압축 또는 압출 성형하여 제조된 본 발명의 폐플라스틱 성형체의 측면 구조를 모식적으로 나타낸 확대 단면도.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐플라스틱 성형체의 제조 방법은,
폐셀룰로오스계 가공물을 박편상으로 가공하고, 열가소성 수지의 분말과 혼합하여 압축 또는 압출 성형하는 단계를 포함한다.
여기에서, 폐셀룰로오스계 가공물은 지름 1∼10 ㎜의 원형 또는 타원형의 박편상인 것이 바람직하다.
또한, 폐셀룰로오스계 가공물은 압축 성형하는 경우에는 50∼85 중량%, 압출 성형하는 경우에는 30∼70 중량%의 양으로 첨가될 수 있다.
본 발명에 있어서, 열가소성 수지는 폐폴리에틸렌, 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폐폴리프로필렌, 폐폴리염화비닐, 폐에이비에스 수지의 적어도 하나인 것이바람직하고, 특히 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 폐셀룰로오스계 가공물은 폐신문지, 폐잡지 및 폐우유팩의 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에서는, 열가소성 수지를 분말 가공하여 바인더로 사용하고 여기에 폐셀룰로오스계 가공물을 충전제로 혼합하여 경량의 플라스틱 복합 성형체를 제조하는데 있어서, 폐셀룰로오스계 충전제를 원형 또는 타원형의 박편상으로 가공함으로써, 성형시 이들 박편상의 가공물이 비늘상과 같은 다층 구조로 배향되고 열가소성 수지의 분말이 이러한 다층 구조 사이로 침투되도록 하여, 폐셀룰로오스계 충전제의 접착을 조정할 수 있고 배향성을 향상시켜 제조되는 성형체의 강도를 증가시킨 것을 특징으로 한다.
도 1∼3은 박편상의 폐셀룰로오스계 충전제와 열가소성 수지 분말 바인더를 혼합하고 압축 또는 압출 성형하여 제조된 본 발명의 폐플라스틱 성형체의 구조를 모식적으로 나타낸 도면으로, 도 1은 확대 평면도이고, 도 2는 폐셀룰로오스계 충전제로서 박편상의 폐신문지 또는 폐잡지를 사용하여 제조된 폐플라스틱 성형체의 측면 구조를 모식적으로 나타낸 확대 단면도이고, 도 3은 폐셀룰로오스계 충전제로서 박편상의 폐우유팩을 사용하여 제조된 폐플라스틱 성형체의 측면 구조를 모식적으로 나타낸 확대 단면도이다. 도 2 및 3에서 보면 박편상으로 가공된 폐신문지, 폐잡지 및 폐우유팩의 이상적인 배향 구조를 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 폐신문지, 폐잡지, 폐우유팩 등 셀룰로오스 소재의 가공물을 회전식 펀칭롤 또는 왕복식 펀칭기를 사용하여 지름 1∼10 ㎜ 크기의 원형 또는 타원형의 박편상 디스크 형상으로 간편하게 제조할 수 있기 때문에, 폐셀룰로오스계 충전제를 미분상으로 가공하는 것에 비해 소음과 분진이 크게 억제되는 동시에 작은 동력으로 짧은 시간 내에 대량으로 폐셀룰로오스계 충전제를 제조할 수 있게 된다. 여기에서 박편상 디스크 형상으로 가공하는 것은 성형 가능성과 강도 특성 등을 고려할 때 실질적으로 지름 3∼8 ㎜가 적당하다.
또한, 폐셀룰로오스계 충전제가 박편상을 이루고 있기 때문에, 열가소성 수지와 혼합하여 성형시 압축 성형시에는 충전 밀도를 50∼85 중량%까지, 압출 성형시에는 충전 밀도를 30∼70 중량%까지 높일 수 있어 고충전 효과를 얻을 수 있어 플라스틱 복합 성형체의 경량화에 유리하다.
한편, 기존 페놀 적층판 성형시에는 직포 또는 종이를 페놀 수지에 함침시켜 단순한 판상이나 원통형 구조로 성형할 수 밖에 없는데, 본 발명에서와 같이 폐신문지, 폐잡지, 폐우유팩 등의 폐셀룰로오스계 충전제를 원형 또는 타원형의 박편상으로 가공하여 분말형의 바인더 수지와 혼합하여 성형할 경우에는 유동성이 우수하게 되어 복잡한 형상의 구조로도 제조할 수 있게 된다. 즉, 제조된 플라스틱 성형체에서 성형성의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 열가소성 수지로서 폐폴리에틸렌 바인더를 사용할 경우에는 그 사용 가능 온도가 90 ℃ 정도에 불과하지만, 내열성이 높은 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 단독으로, 또는 상용화제와 혼합하여 사용하면 내열성을 220 ℃ 정도까지 비약적으로 향상시킬 수 있어 더욱 바람직하게 된다. 상용화제로는 말레이티드 폴리프로필렌(분자량 11,000 이상) 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 복합 성형체 제조 방법에 있어서, 폐셀룰로오스계 충전제로서 폐우유팩을 사용할 경우에는 폐우유팩 표면에 코팅되어 있는 폴리에틸렌 필름이 재용융되어 바인더 역할을 수행하게 되므로, 폐신문지나 폐잡지에 동일한 양의 바인더 수지를 첨가하여 제조된 성형체에 비하여 인장 강도 및 휨 강도가 높아지게 된다. 특히, 박편상의 폐우유팩을 충전제로 하고 분말상 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 바인더로 하여 성형체를 제조할 때에는, 폐우유팩 표면의 폴리에틸렌과 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트 바인더와의 접착성과 친화성을 높이기 위해 앞서 언급한 바와 같은 상용화제를 사용하기도 한다.
본 발명에서는 열가소성 수지를 분말 가공하여 바인더로 사용하는데, 이와 같이 분말상의 바인더를 사용하면 펠렛이나 칩 형상의 바인더를 사용하는 것에 비해 용융 접착 결합 속도가 빨라 단시간에 성형체를 형성할 수 있다. 특히, 성형시 밀도가 낮은 폐셀룰로오스계 충전제를 펠렛이나 칩 형상의 바인더를 혼합할 경우에는 바인더와 충전제의 분리 현상이 나타내 혼합 성능이 저하된다. 이에 비하여 분말상의 바인더는 폐셀룰로오스계 충전제와 최적의 혼합성 및 충전 특성을 나타낸다.
폐셀룰로오스계 충전제와 열가소성 수지 분말로 되는 바인더를 혼합한 조성물을 압축 가공시, 폐폴리에틸렌을 바인더로 사용하는 경우에는 금형의 온도를 약 150 ℃ 정도에서 5 분 이내, 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 바인더로 사용하는 경우에는 약 280 ℃ 정도에서 5 분 이내에 성형하는 것이 가능하다.
압축 성형시에는 분말상 폐폴리에틸렌, 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트 등 열가소성 수지로 되는 바인더의 함량이 15∼50 중량%가 바람직하다. 즉, 바인더 함량이 최소 15 중량%에서도 성형이 가능하며, 이 경우에도 바인더가 50 중량% 혼합된 성형체와 비슷한 인장 강도를 나타낸다.
압출 성형시에는 분말상 바인더의 함량이 증가하고 폐신문지, 폐잡지, 폐우유팩 등 폐셀룰로오스계 충전제의 함량이 감소하는데, 바인더 함량은 30∼70 중량%가 바람직하다. 바인더가 30 중량% 보다 적게 될 경우에는 압출 속도가 매우 낮아지고 충전제에 충분한 접착성을 가할 수 없어 균열이 발생하며 인장 강도가 저하되므로 바람직하지 않다.
본 발명의 폐플라스틱 성형체 제조시에는, 박편상으로 가공한 폐셀룰로오스계 충전물과 열가소성 수지 분말의 혼합물에, 필요에 따라 안료, 산화방지제, 보강제 등을 혼합할 수 있다. 안료는 예를 들어 색에 따라 산화크롬, 코발트블루, 카본블랙 등을, 산화방지제로는 예를 들어 이르가녹스 1010, 이르가녹스 1076, 시아녹스 등을, 그리고 보강제로는 예를 들어 산화철, 과산화벤조일 등을 사용할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명의 범위가 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
회전식 펀칭롤에서 지름 약 4 ㎜의 박편 디스크 형상으로 가공한 폐우유팩 70 중량부, 폐폴리에틸렌 분말 30 중량부, 산화크롬 안료 0.05 중량부, 이르가녹스1010 0.02 중량부, 산화철 0.04 중량부를 혼합하고, 핫프레스에 의한 압축 성형 방식으로 180 ℃, 250 ㎏/㎠에서 10 분 동안 열압착하여 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 제조된 폐플라스틱 성형체의 인장 강도는 150 ㎏/㎠로, 높은 값을 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1에서 폐우유팩 대신 폐신문지와 폐잡지 70 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 이 경우 성형체의 인장 강도는 112 ㎏/㎠였다.
[실시예 3]
실시예 1에서 폐우유팩 대신 폐신문지와 폐잡지 50 중량부를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 이 경우 성형체의 인장 강도는 130 ㎏/㎠였다.
[실시예 4]
실시예 1에서 폐폴리에틸렌 분말 대신 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하고 성형 온도를 300 ℃로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 이 경우 성형체의 인장 강도는 105 ㎏/㎠였다.
[실시예 5]
실시예 1에서 폐폴리에틸렌 분말 대신 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하고 폐우유팩 대신 폐신문지와 폐잡지 60 중량부를 사용한 것과, 성형 온도를 300 ℃로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폐플라스틱 성형체를제조하였다. 이 경우 성형체의 인장 강도는 115 ㎏/㎠였다.
[실시예 6]
실시예 1에서 폐폴리에틸렌 분말 대신 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하고 폐우유팩 대신 폐신문지와 폐잡지 50 중량부를 사용한 것과, 성형 온도를 300 ℃로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 이 경우 성형체의 인장 강도는 121 ㎏/㎠였다.
[실시예 7]
실시예 1에서 폐폴리에틸렌 분말 대신 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하고 상용화제로서 말레이티드 폴리프로필렌(분자량 11,000 이상) 0.1 중량부를 추가한 것과, 성형 온도를 300 ℃로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 이 경우 성형체의 인장 강도는 138 ㎏/㎠였다.
[실시예 8]
왕복식 펀칭기에서 지름 약 4 ㎜의 박편 디스크 형상으로 가공한 폐우유팩 60 중량부, 폐폴리에틸렌 분말 40 중량부, 산화크롬 안료 0.05 중량부, 이르가녹스 1010 0.02 중량부, 산화철 0.04 중량부를 혼합하고, 익스트루터에 의한 압출 성형 방식으로 160 ℃, 60 rpm에서 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 제조된 폐플라스틱 성형체의 인장 강도는 115 ㎏/㎠로, 역시 높은 값을 나타내었다.
[실시예 9]
실시예 8에서 폐폴리에틸렌 분말 대신 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하고 폐우유팩 대신 폐신문지와 폐잡지 50 중량부를 사용한 것과, 성형 온도를 290 ℃로 조절한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 실시하여 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 이 경우 성형체의 인장 강도는 108 ㎏/㎠였다.
[실시예 10]
실시예 8에서 폐폴리에틸렌 분말 대신 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하고 상용화제로서 말레이티드 폴리프로필렌(분자량 11,000 이상) 0.1 중량부를 추가한 것을 제외하고는 실시예 8과 동일하게 실시하여 폐플라스틱 성형체를 제조하였다. 이 경우 성형체의 인장 강도는 125 ㎏/㎠였다.
폐플라스틱 성형체의 경우 인장 강도는 일반적으로 50∼120 ㎏/㎠인 것이 바람직한데, 상기 실시예에서 얻어진 본 발명의 폐플라스틱 성형체의 인장 강도는 이러한 범위 내 또는 그 이상의 강도 범위에 있는 것으로 판단된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 폐플라스틱 성형체의 제조 방법에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 폐신문지, 폐잡지, 폐우유팩 등의 폐셀룰로오스계 충전제를 원형 또는 타원형의 박편상 디스크 형상으로 가공하기 때문에, 이들을 건축용 단열재, 천장재 등으로 사용하기 위해 미분쇄 가공하는 경우에 수반되는 다량의 분진 발생을 억제할 수 있어 작업 환경을 개선시킬 수 있다. 또한, 폐셀룰로오스계 충전제를 미분쇄할 경우에는, 가공후 셀룰로오스의 뭉쳐지는 현상에 의해 작업 공정중 이송에 어려움이 있을 뿐 아니라 부피가 크기 때문에 저장에 문제가 따르는 반면, 본 발명의방법에 따른 박편상의 디스크 형상을 갖는 원료는 정량 이송, 계량을 정확하게 할 수 있으며, 부피가 감소되어 저장 설비를 감축시킬 수 있고 설비비를 절감할 수 있다.
(2) 폐셀룰로오스계 충전제를 원형 또는 타원형의 박편상으로 가공함으로써, 성형시 이들 박편상의 가공물이 비늘상과 같은 다층 구조로 배향되고 열가소성 수지의 분말이 이러한 다층 구조 사이로 침투되도록 하여, 폐셀룰로오스계 충전제의 접착을 조정할 수 있고 배향성을 향상시켜 제조되는 성형체의 인장 강도를 증가시킬 수 있다.
(3) 폐셀룰로오스계 충전제를 원형 또는 타원형의 박편상으로 가공하여 분말형의 바인더 수지와 혼합하여 성형할 경우에는 유동성이 뛰어나 복잡한 형상의 구조로도 제조할 수 있기 때문에, 제조된 플라스틱 성형체의 성형성 향상을 도모할 수 있다.
(4) 본 발명의 일 실시예로서 내열성이 높은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 바인더로 사용할 경우에는 제조된 폐플라스틱 성형체의 내열성을 220 ℃ 부근까지 비약적으로 향상시킬 수 있다.
(5) 또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 폐우유팩을 폐셀룰로오스계 충전제로 사용할 경우에는, 팩 지질의 표면에 코팅된 폴리에틸렌이 바인더 수지로서 작용하게 되므로 접착성이 매우 우수하게 되어 인장 강도 특성이 더욱 향상될 수 있다.
(6) 특히, 본 발명의 일 실시예로서 폐우유팩을 폐셀룰로오스계 충전제로 사용하고 내열성이 높은 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지를 바인더로 사용할 경우에는 상용화제를 사용하는 것에 의해, 폐우유팩과 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트의 상호 접착력을 향상시킴으로써 강도를 비약적으로 향상시킬 수 있다.
Claims (7)
- 폐셀룰로오스계 가공물을 박편상으로 가공하고, 열가소성 수지의 분말과 혼합하여 압축 또는 압출 성형하는 단계를 포함하는 폐플라스틱 성형체의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 폐셀룰로오스계 가공물은 지름 1∼10 ㎜의 원형 또는 타원형의 박편상으로 가공하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폐셀룰로오스계 가공물을 50∼85 중량% 첨가하여 압축 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폐셀룰로오스계 가공물을 30∼70 중량% 첨가하여 압출 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 열가소성 수지는 폐폴리에틸렌, 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폐폴리프로필렌, 폐폴리염화비닐 및 폐에이비에스 수지의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 열가소성 수지는 폐폴리에틸렌 테레프탈레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 폐셀룰로오스계 가공물은 폐신문지, 폐잡지 및 폐우유팩의 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
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