KR20020043967A - 이소프로필알코올을 이용한 열경화성 도막의 박리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이소프로필알코올을 이용한 열경화성 도막의 박리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이소프로필알코올, 페녹시에탄올 및 알칼리의 혼합용액이 들어 있는 특정 온도의 반응기에 열경화성 도막이 도장되어 있는 플라스틱 수지를 넣고 단시간 반응시킨 후 분리된 도막을 제거함으로써, 기존의 박리법 보다 박리효과가 월등히 우수하고, 종래에 비하여 현저히 낮은 온도에서 용제와 반응시키므로 인해 플라스틱 수지의 열노화를 방지하여 박리후에도 본래의 물성이 보존될 뿐 아니라 안전성이 확보되며, 기타 이물질의 잔류로 인한 물성 저하가 없고, 저렴한 원료 비용 및 간단한 공정으로 경제적이며, 막대한 양으로 발생하는 폐 플라스틱 수지를 효과적으로 재활용할 수 있는 열경화성 도막의 박리방법에 관한 것이다.

Description

이소프로필알코올을 이용한 열경화성 도막의 박리방법{Chemical method for removing paint film on plastic resin using iso-propyl alcohol}

본 발명은 이소프로필알코올을 이용한 열경화성 도막의 박리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이소프로필알코올, 페녹시에탄올 및 알칼리의 혼합용액이 들어 있는 특정 온도의 반응기에 열경화성 도막이 도장되어 있는 플라스틱 수지를 넣고 단시간 반응시킨 후 분리된 도막을 제거함으로써, 기존의 박리법 보다 박리효과가 월등히 우수하고, 종래에 비하여 현저히 낮은 온도에서 용제와 반응시키므로 인해 플라스틱 수지의 열노화를 방지하여 박리후에도 본래의 물성이 보존될 뿐 아니라 안전성이 확보되며, 기타 이물질의 잔류로 인한 물성 저하가 없고, 저렴한 원료 비용 및 간단한 공정으로 경제적이며, 막대한 양으로 발생하는 폐 플라스틱 수지를 효과적으로 재활용할 수 있는 열경화성 도막의 박리방법에 관한 것이다.

자동차, 가전제품, 일용 잡화 및 기타분야에 사용되는 각종 부품 중 상당량이 플라스틱 수지의 표면에 도장을 한 형태로 사용되고 있다. 플라스틱의 도장에 사용되는 도료는 도장 특성과 피착재인 플라스틱 수지와의 접착성 때문에 거의대부분 열경화성 도료를 사용하고 있다. 따라서, 기본 재료로 사용된 열가소성 플라스틱 수지를 재활용하기 위해서는 이 도막을 제거시키지 않으면 단순 용융 가공법으로는 재활용이 거의 불가능하게 된다.

따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위해 매우 많은 연구가 진행되고 있는데, 그 핵심은 도막의 효율적인 박리기술에 있다. 도막의 박리기술은 크게 두 가지 방법, 즉 물리적 방법과 화학적 방법으로 구분된다. 물리적 방법은 도막에 물리적 힘을 가하여 도막을 분리시키는 것으로 샌드페이퍼 등으로 긁어내는 방법 등이 있으나 제거효율 및 경제성 등의 이유로 산업화에 많은 어려움이 있다. 화학적 방법에 의한 도막박리는 그 이론적 타당성으로 인해 지금까지 다양한 연구가 진행되어 오고 있는데 그 중 몇 가지 중요한 결과들은 다음과 같다.

염소 용제를 주성분으로 하는 박리액제를 사용하는 방법[일본특허공개 소51-34238호], 유기물질을 주성분으로 하는 박리액제를 사용하는 방법[일본특허공개 소50-109925호], 무기물질을 주성분으로 하는 박리액제를 사용하는 방법[일본특허공개 50-109925호] 등이 보고된 바 있으나, 상기 방법들은 제거하고자 하는 도막의 종류와 두께에 따라 도막의 박리가 불완전하기 때문에 실용화되지 못하였다. 또한, 자동차용 폐 폴리프로필렌 범퍼 커버를 4 ∼ 5 mm 크기로 분쇄하여 이를 글리콜화합물과 수산화리튬 및 물의 혼합액에 침적시켜 140 ∼ 160℃에서 15 ∼ 20분간 처리한 후 원심분리기에서 탈수시킨 후 용융 혼련하여 플라스틱 수지를 재생하는 방법[대한민국 특허공개 제96-37238호], 및 자동차용 폐 폴리프로필렌 범퍼 커버를 4 ∼ 5 mm 크기로 분쇄하여 이를 무기 아세트산염, 또는 알칼리 촉매 존재하에서 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜 1,2-프로판올, 1,3-프로판디올 및 디프로필렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 글리콜에 120 ∼ 165℃에서 2 ∼ 30분간 침지시켜 일어나는 해중합 반응으로 열경화성 도료를 박리시키는 방법 역시 도막의 박리효과가 낮아 재생수지의 사용 용도가 제한되는 단점이 있다. 이와 같은 방법들의 무엇보다 중대한 문제점은 반응이 활성화되는 처리온도가 폴리프로필렌 복합재의 용융온도를 훨씬 상회하는 고온이라는 점이다. 이는 수지 자체의 열노화를 촉진시킬 뿐만 아니라 가열에 필요한 에너지 소비량, 작업자의 안전문제 등 양산 실용화하기에는 매우 비현실적인 방법이 아닐 수 없다.

그 밖에도, 염화주석과 같은 루이스산, 알칼리수산물, 알칼리토금속류 수산화물, 아민, 인산금속염, 디에탄올아민 등의 1종 또는 2종 이상의 도막분해 촉진제를 폴리프로필렌 복합재에 대해 0.01 또는 1 Wt%를 첨가시켜 200℃에서 도막을 열분해시켜 폴리프로필렌 복합재를 재활용하는 방법[일본특허공개 평5-200749호]이 있으나, 이 방법은 플라스틱 수지에 도막분해 촉진제가 잔존하여 재생수지의 품질이 저하되는 문제가 있다. 그리고, 도장된 플라스틱 성형품을 파쇄시켜 이를 용융기에 혼련시키면서 플라스틱성형체에 10Wt%에 대해 0.001 ∼ 3 Wt%의 비스무스, 납, 주석 등을 함유한 유기 또는 무기계의 도막분해 촉진제를 0.5 ∼ 50 Wt%의 물과 혼합시켜 200 ∼ 320℃에서 0.5 ∼ 5분간 접촉시켜 도장 플라스틱 성형체를 재생시키는 방법[일본특허공개 평6-198652호]은 도막박리효과가 낮을 뿐만 아니라 재생수지에 비스무스, 납, 주석 성분이 잔존하여 재생수지의 용도가 한정된다는 단점이 있다. 그리고, 도장된 플라스틱 성형품을 일정한 크기로 분쇄한 후 이 파쇄물을 스크류식 압출기에 공급하여 물, 알칼리수용액 또는 알코올을 공급하면서 용융 혼련시켜 도막의 분해가스와 기화된 물을 배기시켜 재생 플라스틱을 회수하는 방법[일본특허공개 평6-23748호]은 재생수지에 알칼리 성분이 잔존하여 재생수지의 물성을 저하시키는 단점이 있으나, 이를 감안하여 알칼리 사용량을 감소시키면 도막의 박리효과가 저하된다.

상기 제시한 기술 외에도 다양한 방식으로 접근한 자동차용 폐 플라스틱 범퍼의 재활용 방법들이 소개되어 있으나, 재생된 플라스틱 수지에 양호한 기계적 물성을 확보하면서 경제성을 갖춘 방법의 확립되어 있지 않다. 즉, 도막의 박리효과가 낮거나, 처리능력이 낮아 경제성이 없거나, 도막박리 과정에서 재생 플라스틱 수지의 물성을 저하시키는 요소가 있거나, 처리하기 위해 사용하는 용제의 독성 또는 환경 오염 등의 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술이 아직 개발되지 않고 있는 실정이다.

이에, 본 발명자들은 상기한 문제점들을 해결하여 재생 수지의 물성을 본래대로 유지시키면서도 경제면, 환경면에서 우수한 도막의 박리방법을 개발하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 이소프로필알코올, 페녹시에탄올 및 알칼리를 반응기에 넣고 교반하면서 특정 온도로 가열한 후 열경화성 도막이 도장되어 있는 플라스틱 수지를 반응기에 넣고 단시간 반응시켜 플라스틱 수지로부터 도막을 효과적으로 분리하면, 박리효과가 탁월하고, 플라스틱 수지의 본래 물성에 근접한 상태로 박리시킬 수 있다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명은 도막 제거가 불가피한 폐 플라스틱 수지의 재활용에 유용하게 활용할 수 있는 열경화성 도막을 박리하는 개선된 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 알코올성 용제와 알칼리의 혼합물에 열경화성 도막이 도장된 플라스틱 수지를 넣고 가열 교반하여 도막을 박리하는 방법에 있어서,

이소프로필알코올, 페녹시알코올 및 알칼리를 반응기에 주입하고 교반하면서 50 ∼ 70 ℃로 가열한 후, 열경화성 도막이 도장된 플라스틱 수지를 넣고 상기 온도를 유지시키며 반응시키는 것을 그 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 박리효과가 탁월하고, 분리된 수지의 물리적 특성이 우수하며, 저렴한 원료 비용 및 간단한 공정으로 경제적이며, 막대한 양으로 발생하는 폐 플라스틱 수지를 효과적으로 재활용할 수 있는 열경화성 도막의 박리방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 열경화성 도막의 박리방법을 단계별로 더욱 구체화하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 이소프로필알코올, 페녹시에탄올 및 알칼리를 온도조절이 가능한 반응기에 투입시킨 후 적절한 교반기로 반응혼합물을 고루 교반시키면서 50 ∼ 70 ℃의 반응온도로 가열한다. 이때, 상기 반응온도가 50 ℃ 미만이면 반응이 활성화되지 않고, 70 ℃를 초과하면 작업자의 작업자의 안전성이 떨어지며 경제적으로도 에너지의 과다사용 및 용제의 비점에 근접하여 용제의 불필요한 증발이 일어나는 문제가 있다. 또한, 상기 이소프로필알코올(Iso-Propyl Alcohol)과 페녹시알코올(Phenoxy Ethanol)은 90 ∼ 70 : 10 ∼ 30 비율로 사용한다. 여기서 상기 비율을 벗어나 페녹시에탄올이 과량 혼합되는 경우 플라스틱수지의 물성에 바람직하지 않은 영향을 끼칠 우려가 있다.

상기 알칼리는 강염기, 무기 아세트산염 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 칼슘아세테이트, 칼륨아세테이트 중에서 선택된 것을 상기 알코올성 용제100 중량부에 대하여 0.5 ∼ 3 중량부 첨가한다. 이때, 상기 0.5 중량부 미만으로 첨가하면 반응의 활성화에 문제가 있고, 3 중량부를 초과하여 투입할 필요는 없다.

다음으로, 상기 반응기에 열경화성 도막이 도장된 플라스틱 수지를 적당한 크기로 절단하여 투입하여 상기와 동일한 온도에서 반응시킨다.

이때, 반응시간은 가급적 최소 시간 내에, 즉 1 ∼ 5분 동안 반응시키는 것이 기재의 화학적 열화로 인한 물성의 감소를 최소화할 수 있다. 만일, 상기 1분 미만으로는 박리반응이 미처 일어나지 못하고, 5분을 초과하면 수지의 물성에 열화가 일어날 소지가 있다.

그리고, 본 발명의 도막 박리방법은 주로 자동차 부품으로 활용된 플라스틱수지 성형품을 재활용할 때 적용하는바, 그 구조는 기재, 프라이머, 도막의 3 부분으로 이루어져 있는데, 기재 위에는 도료의 도장성을 증가시키기 위하여 프라이머가 약 5 ∼ 30㎛로 코팅되어 있고, 다시 그 위에 열경화성 도막이 약 30㎛ 정도의 두께로 도장되어 있다. 상기 기재는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP), 폴리아미드(PolyAmide, PA), 변형된 폴리페닐렌 옥사이드(Modified PolyPhenylene Oxide, MPPO) 등의 재질이며, 상기 MPPO를 제외하고는 프라이머를 그 위에 코팅하는데, 프라이머(Primer)는 주성분이 염화폴리에틸렌(Chlorinated PolyEthylene, CPE)이다. 또한, 열경화성 도막(클리어 코팅 포함)은 3차원 네트웍(Network) 구조인 열경화성 고분자로서, 현재 폴리우레탄-에스테르-아크릴 공중합체의 형태를 주로 사용하고 있으나 도장의 색상에 따라 이들 조성이 다르거나 또 다른 구조가 첨가되기도 한다.

또한, 상기 반응 중에는 도막 성분 중 폴리우레탄과 에스테르가 화학적으로 해중합되어 도막에 균열이 발생한다. 즉, 다음 반응식 1에 나타낸 바와 같이, 약산인 알코올과 강염기 또는 무기 아세트산염의 반응으로 생성되는 알콕시기(Alkoxy group)에 의해 열경화성 도막 성분 중 폴리우레탄과 에스테르가 화학적으로 해중합되어 도막과 CPE 프라이머 사이에 균열이 발생되며 이 균열을 통해 해중합이 전파되는 원리이다.

이렇게 발생한 균열을 시작점으로 하여 물리적으로 도막이 분리되는데, 그 이유는 CPE 프라이머가 도막과 물리적인 결합을 하고 있기 때문이다. 즉, 발생된 균열로 침투한 알코올이 도막과 CPE 프라이머 사이에 침투하여 기재와 CPE 프라이머 사이의 결합력보다 상대적으로 약한 결합력을 가지는 도막과 CPE 프라이머 사이를 물리적으로 분리할 수 있다. 따라서, 도막은 분해되지 않은 상태로 용이하게 분리될 수 있는 것이다.

또한, 상기 조건으로 반응시키기 전에 도막의 표면을 샌드페이퍼로 문질러 주거나 또는 다른 장치로 흠집을 내주고 반응시키면 도막의 박리가 보다 용이해질 수 있고, 반응기에 초음파 발생기를 부착하여 초음파에 노출시킨 상태로 반응시켜도 박리가 보다 용이해 질 수 있다.

마지막으로, 상기 반응이 종료되면 도막 및 용액을 제거한 다음 수지를 물로 세척한 후 건조공정을 거쳐 용융 압출하여 펠렛(Pellet) 상태로 제조한다. 이렇게 제조된 재생수지에는 비록 CPE 성분이 함유되어 있으나 물성에 큰 영향을 미치는 정도는 아니다. 한편, 반응에 사용하고 난 후의 폐 용액은 여과를 통해 부유하는 도막을 제거하고 비점에서 증류시켜 재사용할 수 있으며 반응 중에 증발하는 알코올 성분은 리플럭스 튜브 등을 이용하여 채집할 수 있다.

따라서, 이상과 같은 본 발명에 따른 열경화성 도막의 박리방법은 자동차용 범퍼 커버, 휠 커버(Wheel Cover) 등 열경화성 고분자가 도장된 제품에 널리 적용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하겠는바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : MPPO 휠커버의 도막 박리

초음파 발생기가 부착된 반응기에 이소프로필알코올(이하, IPA) 90 g, 페녹시 에탄올 10 g, 수산화칼륨 0.5 g을 투입한 후 혼합하여 60 ℃로 가열한 후 MPPO 휠커버 시편을 침적시킨 후 5분 동안 반응시켰다.

그런 다음, 상기에서 얻은 수지에 대하여 기계적 물성치인 인장강도, 신율, 굴곡강도, 굴곡탄성율, 아이조드 충격강도를 평가하고 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

실시예 2 : PA 휠커버의 도막 박리

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, PA 휠커버를 사용하였다. 그 결과, 5분 후에 약간의 긁힘으로 박리되었고, 물성 시험 결과는 다음 표 1에 나타내었다.

실시예 3 : PP 범퍼커버의 도막 박리

상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하되, PP 범퍼커버를 사용하였다. 그 결과, 5분 후에 약간의 긁힘으로 박리되었고, 물성 시험 결과는 다음 표 1에 나타내었다.

비교예 1 : MPPO 신재

사용된 적 없는 MPPO의 물성시험 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

비교예 2 : PA 신재

사용된 적 없는 PA의 물성시험 결과를 다음 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 ∼ 3은 신재 대비 80 % 이상의 물성치를 확보하고 있는 것으로 나타났으며, 부품 적용시 신재를 일정 비율 첨가한다면 부품이 요구하는 수준의 물성을 만족시킬 수 있을 것으로 판단된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 열경화성 도막의 박리방법은 이소프로필알코올, 페녹시에탄올 및 알칼리의 혼합용액이 들어 있는 저온 조건의 반응기에 열경화성 도막이 도장되어 있는 플라스틱 수지를 첨가하여 5분 이내로 반응시킴으로써, 기존 방법에 비하여 도막의 제거효율이 월등히 높고, 재생된 플라스틱 수지의 물성이 우수하며, 원료로 사용되는 화학물질의 가격이 저렴할 뿐 아니라 그 사용량이 작고 약간의 부가공정으로도 재사용이 가능하며, 폐 자원을 이용하여 고부가가치를 창출할 수 있어 경제면, 공정면, 안전성, 환경친화적인 면에서 모두 우수하여 폐 플라스틱 제품의 재활용 분야에 효과적으로 널리 응용될 수 있다.

Claims (6)

1. 알코올성 용제와 알칼리의 혼합물에 열경화성 도막이 도장된 플라스틱 수지를 넣고 가열 교반하여 도막을 박리하는 방법에 있어서,

   이소프로필알코올, 페녹시알코올 및 알칼리를 반응기에 주입하고 교반하면서 50 ∼ 70 ℃로 가열한 후, 열경화성 도막이 도장된 플라스틱 수지를 넣고 상기 온도를 유지시키며 반응시키는 것을 특징으로 하는 열경화성 도막의 박리방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응은 1 ∼ 5분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는 열경화성 도막의 박리방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 이소프로필알코올과 페녹시알코올은 70 ∼ 90 : 30 ∼ 10 비율로 첨가하는 것을 특징으로 하는 열경화성 도막의 박리방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리는 알코올성 용제 100 중량부에 대하여 0.5 ∼ 3 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 열경화성 도막의 박리방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 알칼리는 수산화 칼륨, 수산화 나트륨, 칼슘아세테이트, 칼륨아세테이트 중에서 선택된 것을 특징으로 하는 열경화성 도막의 박리방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기에 초음파 발생기를 부착시키는 것을 특징으로 하는 열경화성 도막의 박리방법.