KR20070116659A - 혼합플라스틱의 미분 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

혼합플라스틱 미분의 제조방법은 염소를 함유하는 플라스틱 및 염소를 함유하지 않는 플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 플라스틱의 증감에 의해 염소농도가 2∼20mass％인 혼합플라스틱을 조제하는 공정; 해당 혼합플라스틱을 용융하에 교반하고, 해당 염소농도가 0.9mass％ 이하까지 탈염소하는 공정; 해당 탈염소된 교반물을 냉각하여 고화하는 공정; 및 해당 고화물을 분쇄하는 공정;으로 이루어진다. 이 방법의 응용에 의해 소정의 염소농도 범위 내이면 폐플라스틱 속의 염소농도를 높인 쪽이 용융폐플라스틱의 교반과 탈염화수소가 촉진되기 때문에 오히려 염소농도가 매우 낮고 또한 미세한 폐플라스틱분말이 얻어진다. 따라서 생활이나 산업활동 등에서 폐기된 플라스틱을 환원제나 연료 등으로서 재이용할 수 있다.

혼합플라스틱, 폐플라스틱, 염소, 교반, 용융, 냉각, 분쇄

Description

혼합플라스틱의 미분 및 그 제조방법{FINE POWDER OF MIXED PLASTICS AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 혼합플라스틱의 미분과 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 생활이나 산업활동 등에서 폐기된 플라스틱을, 환원제나 연료 등으로서 재이용하기 쉽게 한 폐플라스틱의 미분과 그 제조방법에 관한 것이다.

코크스나 미분탄의 대체재료로서 이용하기 위해 폐플라스틱을 고로나 스크랩용해로 등의 수형로(竪型爐) 또는 시멘트킬른로 등에 취입하는 기술이 알려져 있다.

예를 들면 특개 2001-220589호 공보에서는 폐플라스틱을 입상화(粒狀化)하여 공기수송에 의해 송풍구로부터 취입하고, 폐플라스틱을 코크스대체품으로서 유효하게 이용하는 것이 제안되어 있다. 이 기술에 따르면, 노(爐)의 레이스웨이 내에 있어서의 연소율을 향상시키기 위해 폐플라스틱입자의 강도나 입경을 제어하고, 입경 수 mm정도의 폐플라스틱이 제조되고 있다.

그러나 폐플라스틱의 입경이 수 mm로 되면, 연소속도가 충분히 빨라지고, 이것을 다량으로 고로에 취입하는 경우 등에는 송풍 중의 산소량에 대한 폐플라스틱량의 비율이 증대하며, 결과로서 연소율이 저하되는 것이 예상된다.

그 때문에 폐플라스틱의 연소율을 보다 한층 향상시키기 위해서는 폐플라스틱을 더욱 세립화할 필요가 있다. 그런데, 폐플라스틱을 그대로의 상태로 기계력에 의해서 분쇄하여 미분탄과 같은 정도의 입도로 하기에는 액체질소에 의한 냉각 등의 특별한 수단이 필요하며, 코스트가 높아져 버린다.

그래서 폐플라스틱을 가열하여 용융한 후, 냉각하여 고화(固化)한 폐플라스틱을 분쇄하여 미분화하는 기술, 또는 마찬가지의 처리를 용매 또는 열매체(熱媒體) 속에서 실시하는 기술 등이 다수 제안되고 있다.

예를 들면 특개평 11-192469호 공보에 있어서는 용기 내에서 플라스틱을 150℃ 이상으로 가열 후, 저비점(低沸点) 성분을 제거하고, 냉각, 고화, 분쇄하는 기술이 개시되어 있다. 또 특개평 11-197630호 공보 또는 특개평 11-140474호 공보에 있어서는 폐플라스틱을 용기 내에서 용매와 함께 150℃ 이상으로 혼합 가열하고, 분쇄하는 방법이 개시되어 있다. 양 기술 모두 분쇄물의 평균입경은 1mm 정도이다.

또 용매나 매체 등을 이용하여 폐플라스틱의 용융교반공정에서 탈염소하는 기술에서는 사용한 용매나 매체를 회수하거나 순환하거나 할 필요가 있었다. 또는 용매나 매체 등을 이용하지 않고, 폐플라스틱의 용융교반공정에서 탈염소하는 기술에서는 교반이 불충분한 것이기 때문에 미분으로 하는 것이 곤란하며, 고로에서 다량으로 이용하기 위한 연소율을 확보할 수 없어 코크스나 미분탄의 대체재료로서 충분히 이용할 수 없었다.

한편, 일반적으로, 폐기된 플라스틱에는 폴리염화비닐과 같은 염소함유플라 스틱이 포함되어 있는 것이 많다. 염소함유플라스틱은 가열하면 염화수소를 발생하는 것이기 때문에 이것을 수형로나 시멘트킬른로 등에 취입하면 노의 재질이나 배관 등을 부식하는 일이 현념된다. 그래서 종래기술에서는 분쇄기술의 전처리로서 염소함유플라스틱을 분리 제거하는 것에 노력을 기울여 왔다.

예를 들면 특개평 9-178130호 공보에서는 폐플라스틱을 필름형상 합성수지와 그것 이외의 합성수지로 나누어서 받아들이고, 파쇄처리 등을 실시한 후, 비중이 큰 염소함유플라스틱을 습식원심분리 등에 의해 분별하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는 염소함유플라스틱의 분리효율은 투입하는 플라스틱의 형상에 좌우되는 동시에, 보다 큰 분리효율을 달성하기 위해서는 비중액의 물성(비중, 불순물 등)을 충분히 관리할 필요가 있다. 습식원심분리법은 비중액과의 상대비중차를 이용하기 때문에 염소함유플라스틱과 동등의 비중을 갖는 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등은 염소함유플라스틱과 같은 중물질측에 혼입해 버려 분리손실이 되어 버린다. 또 분리된 염소농도가 낮은 폐플라스틱(경물질측)은 비중액이 부착하는 것이기 때문에 건조공정이 필수로 된다.

본 발명은 이와 같은 종래기술의 과제를 해결하기 위해 실시되었다.

즉, 본 발명의 목적은 염소함유량이 낮은 혼합플라스틱의 미분과 그 제조방법을 제공하는 것이다. 특히, 염소함유량이 낮은 폐플라스틱의 미분과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 염소를 함유하는 플라스틱 및 염소를 함유하지 않는 플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 플라스틱의 증감에 의해 염소농도가 2∼20mass％인 혼합플라스틱을 조제하는 공정; 해당 혼합플라스틱을 용융하에 교반하고, 해당 염소농도를 0.9mass％ 이하까지 탈염소하는 공정; 해당 탈염소된 교반물을 냉각하여 고화하는 공정; 및 해당 고화물을 분쇄하는 공정;으로 이루어지는(comprising) 혼합플라스틱 미분의 제조방법이다.

또한 이 혼합플라스틱 미분의 제조방법에서는 해당 염소농도가 2∼20mass％인 혼합플라스틱을, 폐플라스틱에 염소를 함유하는 플라스틱을 부가하여 조제하는 것이 바람직하다.

또 상기의 어느 하나의 혼합플라스틱 미분의 제조방법에서는 해당 교반이 압출기에 의한 혼련(混練)인 것이 바람직하다.

또한, 이 혼합플라스틱 미분의 제조방법에서는 해당 압출기의 전단(anterior part)에서 수분을 제거하고, 해당 압출기의 후단(posterior part)에서 염화수소를 제거하는 것이 바람직하다. 또는 해당 압출기가 복수의 압출기로 구성되고, 전단의 압출기(an anterior kneader)에서 수분을 제거하며, 후단의 압출기(a posterior kneader)에서 염화수소를 제거하는 것도 바람직하다.

또 상기의 어느 하나에 기재한 혼합플라스틱 미분의 제조방법에서는 해당 염소를 함유하는 플라스틱, 해당 염소를 함유하지 않는 플라스틱 및 해당 혼합플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 플라스틱이 폐플라스틱인 것이 바람직하다.

또 본 발명은 상기의 어느 하나에 기재한 제조방법에 의해 얻어지는 입경 500㎛ 이하가 80mass％ 이상인 혼합플라스틱의 미분 및/또는 폐플라스틱의 미분이기도 하다.

또 본 발명은 상기의 해당 혼합플라스틱의 미분 및/또는 해당 폐플라스틱의 미분을 고로에 취입하는 플라스틱의 처리방법이기도 하다.

또한 이 플라스틱의 처리방법에서는 해당 혼합플라스틱의 미분 및/또는 해당 폐플라스틱의 미분에 조립(造粒)플라스틱을 사전에 혼합하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 폐플라스틱에 염소함유플라스틱을 혼합하여 염소농도를 2∼20mass％로 조정한 혼합폐플라스틱을 가열 용융하고, 이어서 냉각 고화하여 고화체를 형성하며, 해당 고화체를 분쇄하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 처리방법이기도 하다.

도 1은 분쇄성 향상의 메카니즘을 나타내는 모식도이다.

도 2a, 도 2b 및 도 2c는 회전날개를 갖는 교반조에 의한 폐플라스틱의 혼합상황의 설명도이다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 압출기에 의한 폐플라스틱의 혼합상황의 설명도이다.

도 4는 각종 플라스틱의 열중량 분석을 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명의 일 실시형태의 설명도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시형태의 설명도이다.

도 7a는 울트라로터의 개략도이다.

도 7b는 펄버라이저의 개략도이다.

도 7c는 제트밀의 개략도이다.

도 8는 압출기를 이용한 경우의 가열온도에 의한 분쇄성을 비교한 그래프이다.

도 9는 압출기를 이용한 경우와 교반조를 이용한 경우의 분쇄성을 비교한 그래프이다.

도 10는 500㎛ 이하의 분쇄물 수율을 분쇄기마다 나타낸 그래프이다.

폐플라스틱에 상태(常態)와 같이 혼입하고 있는 염소함유플라스틱은 금속의 부식요인으로 되기 때문에, 종래 폐플라스틱을 분쇄처리하기에는 염소함유플라스틱을 제거하는 것이 바람직하다고 되어 왔다. 그러나 본 발명자들은 폐플라스틱 속의 염소농도를 소정의 범위로 조정함으로써, 용매나 매체 등을 이용하지 않는 계통이라도 해당 폐플라스틱의 융액의 교반이 용이하게 되는 것을 발견했다. 그 결과 놀랄만한 것으로, 교반공정에서 폐플라스틱의 탈염소가 촉진되기 때문에 염소농도가 매우 낮고 또한 미세한 폐플라스틱분말이 얻어지는 것을 알았다. 즉, 일상적인 조성인 대부분의 폐플라스틱의 경우, 오히려 적극적으로 염소함유플라스틱을 첨가하여 염소농도를 높인 것이 미세하고 염소농도가 낮은 폐플라스틱분말이 얻어지는 것을 발견했다.

즉, 본 발명은 염소를 함유하는 플라스틱 및 염소를 함유하지 않는 플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 플라스틱의 증감에 의해 염소 농도가 2∼20mass％인 혼합플라스틱을 조제하는 공정;

해당 혼합플라스틱을 용융하에 교반하고, 탈염소하는 공정;

해당 탈염소된 교반물을 냉각하여 고화하는 공정; 및

해당 고화물을 분쇄하는 공정:으로 이루어지는 혼합플라스틱 미분의 제조방법 및 이 방법에 의해 얻어지는 염소농도가 낮은 혼합플라스틱의 미분이다.

이 제조방법의 경우, 해당 염소농도가 2∼20mass％인 혼합플라스틱은 염소를 함유하는 플라스틱 및/또는 염소를 함유하지 않는 플라스틱을 부가하거나 제거하거나 하여 조제하면 좋다. 또한 교반효율, 탈염소효율 및 미분화의 관점에서 바람직한 해당 염소농도는 3∼20mass％이며, 보다 바람직하게는 4∼20mass％이다. 또 해당 탈염소공정 후의 혼합플라스틱 속의 염소농도는 0.9mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한 폐플라스틱을 환원제나 연료 등으로서 재이용하는 관점에서, 해당 염소를 함유하는 플라스틱, 해당 염소를 함유하지 않는 플라스틱 및 해당 혼합플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 플라스틱이 폐플라스틱인 것이 바람직하다.

따라서 이하에서는 폐플라스틱을 대상으로 본 발명을 설명한다.

폐플라스틱을 본 발명의 대상으로 하는 경우, 해당 염소농도가 2∼20mass％인 혼합플라스틱은 폐플라스틱에 염소를 함유하는 플라스틱 및/또는 염소를 함유하지 않는 플라스틱을 첨가하여 조제한 것인 것이 바람직하다. 폐플라스틱으로부터 염소를 함유하는 플라스틱 또는 염소를 함유하지 않는 플라스틱을 분리하여 제거하 는 것은 시간이 걸리기 때문이다. 또 일반적인 폐플라스틱은 염소농도가 2mass％ 미만이므로, 폐플라스틱에 염소를 함유하는 플라스틱을 부가하여 해당 염소농도의 조제를 하는 것이 보다 바람직하게 된다.

본 발명에서 말하는 폐플라스틱이란, 사용완료된 플라스틱인 것이다. 폐플라스틱은 통상 복수 종류의 플라스틱의 혼합물이고, 중합의 반복단위, 유리전이점, 융점, 분해온도 등이 다른 플라스틱의 집합체이다. 보다 구체적으로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 염화비닐수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 불소수지 등의 열가소성 수지나, 페놀수지, 우레탄수지 등의 열경화성 수지이고, 같은 폴리에틸렌이라도 중합도(분자량)가 다른 것도 존재한다.

또 본 발명의 폐플라스틱의 조성은 발생장소, 발생시기에 따라 다르지만, 개략 하기의 조성을 예시할 수 있다. 폴리에틸렌: 20∼47 중량％, 폴리프로필렌: 15∼35중량％, 폴리스티렌: 15∼30중량％, PET: 6∼26중량％, 염화비닐: 1∼8중량％, 그외 플라스틱·이물: 0∼20중량％이다. 또한 본 발명은 사용완료된 플라스틱에 대해서 미사용한 플라스틱을 혼입시켜도 좋다. 폐플라스틱을 대상으로 하면, 경제적 이유에서 미사용한 플라스틱의 혼입량은 50중량％ 미만 정도일 것이다. 또 폐플라스틱의 속에는 용융하면 플라스틱 상호의 상용성이 있는 것도 있고, 상용하지 않는 것도 존재한다. 더 나아가서는 무기물을 충전재로서 함유한 것이나, 알루미늄박과의 라미네이트로서 존재하는 것도 있기 때문에 무기물도 혼입하고 있다. 무기충전재의 예로서는 실리카, 탄산칼슘, 산화티탄, 알루미나 등을 들 수 있다.

또한 염소함유플라스틱이란, 예를 들면 PVC(폴리염화비닐) 및 PVDC(폴리염화 비닐리덴) 등의 염소성분을 함유하는 플라스틱이나, 이들의 플라스틱의 함유비율이 높은 플라스틱 또는 이들의 폐플라스틱 등이다. 본 발명에서는 마찬가지로 폐플라스틱류와 미사용 플라스틱류는 적절히 교대로 바꿔 읽을 수 있다.

염소함유폐플라스틱으로서는 산업폐기물로서의 PVC, PVDC 등을 이용하는 것이 특히 바람직하다. 또 폐플라스틱에 비중분리 등의 처리를 실시하고, 고비중분으로서 분리된 고염소농도의 폐플라스틱을 이용할 수 있다. 이들의 염소함유폐플라스틱은 가열에 수반하여 염화수소를 발생하는 것이기 때문에 종래기술에서는 리사이클 이용에 부적당하다고 되어 왔다. 따라서 염소함유폐플라스틱은 폐기되는 경우도 있기 때문에 저코스트로 폐플라스틱에 혼합할 수 있다.

본 발명에서 폐플라스틱에 염소함유플라스틱을 첨가하는 이유는 이하와 같다.

폐플라스틱에 염소함유플라스틱, 특히 폴리염화비닐(PVC)이 포함되어 있는 경우, 가열되어 염화수소가 이탈(eliminate)한다. 이 이탈반응에 의해 생성되는 탄소원자의 수에 대한 수소원자의 수가 감소한 염소함유플라스틱은 염소를 함유하지 않는 플라스틱에 비해 연화나 용융이 어렵고, 분쇄성이 양호한 탄소질 겔을 형성한다. 이와 같은 플라스틱을 냉각하여 고화체를 형성하면, 탄소질 겔이 파괴의 기점으로 되고, 또 냉각했을 때에 이 탄소질 겔 부분과 기타 부분의 경계에 응력이 발생하며, 플라스틱 고화체의 분쇄성이 향상한다.

이 메카니즘을 도 1의 모식도를 이용하여 설명한다.

공정a는 처리 전의 폐플라스틱이고, 폴리프로필렌(PP)(1), 폴리에틸 렌(PE)(2), 폴리염화비닐(PVC)(3), 폴리스티렌(PS)(4)의 이종플라스틱의 혼합상태이다. 이들을 가열함으로써 공정b의 용융혼합상태로 된다. 또한 가열하는 것으로, PVC(3)의 탈염화수소가 일어나고, 공정c에 나타내는 바와 같이 무른 탄소질 겔(5)이 생성되며, 플라스틱은 저분자화한다. 이것을 냉각하는 것으로, 플라스틱은 수축하여 각 플라스틱의 수축률의 차이에 의해 계면에 잔류응력이 발생하고, 공정d에 나타내는 바와 같이 균열(6)이 발생한다. 이와 같은 상태의 고화체에 충격을 주면 탄소질 겔(5)이 파괴의 기점으로 되며, 공정e에 나타내는 바와 같이 폐플라스틱을 미분쇄할 수 있다. 즉, PVC와 같은 염소함유플라스틱의 탈염화수소반응이 탄화수소계의 플라스틱의 분해반응보다도 일어나기 쉽다고 생각되고, 이것을 이용해서 파괴의 기점을 폐플라스틱 중에 분산하여 설치하는 것이 본 발명의 특징이라고 할 수 있다.

분쇄성의 향상을 위해서는 탄소질 겔이 균질로 폐플라스틱에 혼합되어 있는 것이 바람직하고, 폐플라스틱에 염소함유플라스틱을 첨가할 때에는 충분하게 혼합하는 것이 바람직하다.

PE, PP 등도 열전도율 등의 열적성질이 다른 것이기 때문에 탄소질(5) 만큼은 아니지만, 냉각 후의 고화체로 잔류응력을 발생하고, 냉각하여 얻어진 고화체를 분쇄할 때의 균열의 기점으로 된다.

폐플라스틱의 염소함유량은 폐플라스틱을 첨가 후에, 2∼20mass％로 조정한다. 2mass％ 미만에서는 파괴의 기점이 적고 분쇄성 향상의 효과가 낮다. 또 20mass％를 넘으면, 탄소질 겔 생성량이 많아지고 이송성이 악화하며, 교반효율이 나빠진다. 또 가열 용융처리에 의해서 탈염화수소를 효율적으로 실시하는 것이 곤란하게 되며, 플라스틱 분쇄물의 잔존염소농도가 높아진다. 본 발명의 방법에 따르면, 잔존염소농도가 0.9mass％ 이하인 폐플라스틱의 미분이 용이하게 얻어지지만, 잔존염소농도가 0.9mass％를 넘는 플라스틱 분쇄물을 노에 취입한 경우, 환경오염이나, 노를 손상시키는 등의 문제가 발생하는 경우가 있는 동시에, 고로의 경우, 제품인 슬래그의 품질을 저하시키는 것이 현념된다. 또한 폐플라스틱에는 폐기물인 것에 유래하는 식염이나 간장 등의 무기물의 성분으로서의 염소가 부착하고 있는 경우가 있지만, 본 발명에서 규정하는 염소함유량은 상술한 바와 같은 PVC 등의 염소함유플라스틱의 성분으로서 함유되어 있는 염소량이다.

본 발명의 방법에서는 해당 교반이 압출기에 의한 혼련인 것이 바람직하다.

특개평 11-192469호 공보에서는 폐플라스틱을 가열하여 용융한 후, 냉각하여 고화한 폐플라스틱을 분쇄해 미분화하고 있다. 구체적으로는 외부히터에 의해 용기 내의 폐플라스틱을 150℃ 이상으로 가열하여 용융시킨 후, 회전날개를 이용하여 교반하면서 감압증류하는 것으로 발생한 염화수소를 저비점 성분과 함께 유거(distilling away)한다. 이어서 용융폐플라스틱을 냉각하여 고화 후, 통상의 분쇄기를 이용하여 분쇄해 미분형상의 폐플라스틱으로 하고 있다.

그러나, 이 방법에서 다량의 폐플라스틱을 처리하려고 하면, 회전날개에 의한 교반에서는 혼합이 불충분하게 되는 일도 있기 때문에 고화된 폐플라스틱을 다량 또한 미세하게 분쇄하기에는 매우 적합하다고는 잘라 말할 수 없다. 충분한 교반효과를 얻기 위해 또는 잔존염소농도를 저감하기 위해서는 장시간의 처리시간을 요한다.

또 상술한 용기 내의 용융폐플라스틱을 회전날개로 교반하는 방법은 배치(batch)처리로 되기 때문에 열효율도 나쁘고, 교반력부터도 다량의 폐플라스틱의 처리에는 적당하지 않다.

한편 액체의 교반방법으로서 액체 속에 가스를 취입하는 방법이 있지만, 높은 교반효율을 유지하기 위해서는 미세한 기포를 용기 하부로부터 발생시키고, 또한 액면까지 그 기포를 유지할 필요가 있다.

그러나 용융플라스틱과 같은 고점도 액체 속에서의 미세기포의 생성은 곤란하다. 또 가스교반은 배기가스의 처리가 대규모로 되고, 설비코스트의 상승을 야기시키는 점에서도 바람직하지 않다.

본 발명에서는 압출기에 의해 용융한 폐플라스틱을 혼련하는 공정, 해당 혼련된 폐플라스틱을 냉각하여 고화하는 공정 및 해당 고화된 폐플라스틱을 분쇄하는 공정으로 이루어지는 폐플라스틱의 처리방법이 바람직하다.

이하에, 용기(교반조라고도 부른다) 내에서 용융한 폐플라스틱을 회전날개로 교반하고, 교반된 폐플라스틱을 용기로부터 취출하여 냉각하며, 고화한 폐플라스틱을 분쇄하는 방법과 비교하면서 본 발명을 설명한다.

도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 이용하여 교반조와 압출기에 의한 처리의 차이에 기인하는 폐플라스틱 속의 혼합상태를 비교하여 설명한다.

도 2a가 교반조(11), 도 3a가 압출기(12)의 개략도이다. 교반조(11) 내와 압출기(12) 내의 레이놀즈 수(Re) 분포를, 도 2a의 A-A'위치에 있는 것을 도 2b에, 도 3a의 B-B'위치에 있는 것을 도 3b에 나타낸다. 또 교반조(11) 내와 압출기(12) 내의 용융플라스틱 내의 이종플라스틱 및 무기물의 분산상태를 모식적으로 도 2c, 도 3c에 나타낸다.

레이놀즈 수(Re)란, 점성유체의 한결같은 흐름 속에 물체가 있을 때, 유속을 U, 물체의 대표적 길이를 L, 동점성 계수를 ν로 하면, Re=UL/ν로 정의되는 무차원량의 것을 말한다. 점성효과에 대한 관성효과의 크기로 해석된다.

교반조(11) 내와 압출기(12) 내의 레이놀즈 수(Re) 분포를 비교하면, 교반조에서는 도 2b에 나타내는 바와 같이 불균일하고, 압출기에서는 도 3b에 나타내는 바와 같이 균일하게 되어 교반효율이 좋다. 교반조(11)는 회전날개(13)로 교반하는 방식이지만, 원주방향의 교반이고, 교반조의 중심부와 벽면 근방 및 교반조의 상부와 하부에서는 유체속도에 상위(相違)가 있다.

한편, 압출기(12)에서는 이송을 겸한 교반방식이고, 압출기의 중심부와 벽면 근방에서는 유체속도에 차는 있지만, 이송방향의 속도는 거의 균일하게 된다.

그 때문에, 용융플라스틱 내의 이종플라스틱 및 무기물의 분포를 생각하면, 교반조에서는 도 2c에 나타내는 바와 같이, 저융점에서 상용성이 높은 용융플라스틱(14) 내에, 고융점에서 상용성이 낮은 이종플라스틱(15) 및 무기물(16)이 불균일하게 분산한 상태이고, 이종플라스틱(15) 및 무기물(16)의 사이즈도 불균일하다. 한편, 압출기에서는 도 3c에 나타내는 바와 같이 이종플라스틱(15) 및 무기물(16)은 균일 분산의 상태이며, 입경 등도 거의 균일하다. 또 일반적으로 압출기는 좁은 실린더 내를 이동하면서 교반되는 것이기 때문에, 교반조에 비교하여 소입경의 이종플라스틱(15) 및 무기물(16)로 된다.

폐플라스틱은 복수 종류의 플라스틱의 혼합물이므로, 이종의 플라스틱이 용융되어 교반되고, 충분한 혼합상태로 되는 것으로, 냉각 후의 분쇄성이 향상하고, 미분화가 용이하게 된다고 추찰했다.

따라서 상기의 용융플라스틱을 냉각 후, 분쇄했을 때에는, 교반조를 이용한 경우에 비교하여 압출기를 이용한 경우는 입경분포가 좁은 분쇄물이 얻어지고, 또한 평균입자경도 작아지며, 분쇄성이 향상한다.

압출기란, 실린더 내에 압출스크류를 갖고, 실린더 내의 플라스틱을 가열하여 용융하며, 혼련하면서 이송하는 장치이다. 압출기의 스크류의 동력은 크고, 좁은 실린더 내를 폐플라스틱이 이동하면서 용융혼련되기 때문에 충분한 교반력에 의해 양호한 혼합상태를 얻을 수 있다. 또 스크류의 지름이나 회전수를 변경하는 것으로 압출기 내의 체류시간을 용이하게 조정할 수 있으므로 제어성이 높고, 소정의 조업조건을 실시하기 쉽다. 또 압출기를 복수대 배치하는 등, 제조라인설계의 자유도도 크다. 압출기의 스크류는 임의의 수인 것을 이용할 수 있지만, 처리효율의 점에서는 2개 이상의 스크류를 갖는 압출기를 이용하는 것이 바람직하다.

또 압출기는 교반과 동시에 반송도 실시할 수 있으므로 연속프로세스에 용이하게 대응할 수 있다. 또 상술한 바와 같이, 분쇄된 폐플라스틱은 평균입경이 작고 또한 입경 분포도 좁다. 따라서 폐플라스틱의 처리설비에 압출기를 편입함으로써, 열효율이 좋은 연속프로세스에 의해서 미분쇄된 폐플라스틱을 대량으로 생산할 수 있다.

본 발명에서는 전단(前段)에 수분용의 탈기(脫氣) 배관을 갖고, 후단(後段)에 염화수소용의 탈기 배관을 갖는 압출기를 이용하며, 해당 전단부에서 폐플라스틱으로부터 수분을 제거하고, 해당 후단부에서 염화수소를 제거하는 것이 바람직하다.

폐기물인 것에 유래하여, 대부분의 폐플라스틱은 수분을 포함하고 있다. 또 폴리염화비닐 등과 같이 염소를 함유하는 플라스틱이 포함되는 경우도 많다. 염소를 함유하는 플라스틱은 가열처리에 의해 염화수소를 발생한다. 발생한 염화수소는 함유되어 있었던 수분에 용해하여 염산으로 되고, 각종 장치나 그 배관 등을 부식시킨다. 따라서 폐플라스틱의 미분을 제조할 때에 탈염화수소를 실시하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 압출기를 이용한 혼련공정에서, 해당 압출기의 전단에 있어서 비교적 저온으로 수분을 증발시켜 제거한 후에, 해당 압출기의 후단에 있어서 열분해에 의해서 발생하는 염화수소를 제거할 수 있다. 이렇게 함으로써, 수분과 염화수소의 접촉을 극력 회피할 수 있으므로, 부식성의 염산의 발생도 억제할 수 있다. 또한, 압출기의 전단이란, 압출기 내의 폐플라스틱 입구측의 부분을 가리킨다. 마찬가지로, 압출기의 후단이란, 압출기 내의 폐플라스틱 출구측의 부분을 가리킨다. 여기에서 전단과 후단의 장치상의 비율은 특별히 한정되는 것은 아니고, 처리조건에 의해서 적절히 정해지는 것이다.

해당 압출기의 전단에 있어서는 가열온도는 높은 만큼 다음 공정에서의 열손실이 적어지지만, 염화수소가 발생하는 온도 미만으로 할 필요가 있고, 160∼200℃정도로 하는 것이 바람직하다. 수증기를 방출하는 배관에 내부식성의 재질인 것을 이용하면, 보다 고온에서의 처리도 가능하다. 이 처리는 탈수와 용융이 목적이고, 후술하는 해당 후단의 조건에 비교하여 저온 또한 단시간에 처리하는 것이 바람직하다.

해당 압출기의 후단에 있어서는 해당 전단에서 용융하지 않고 잔존한 폐플라스틱을 용융시키고, 충분하게 혼련하여 성분플라스틱 상호의 분산을 효율적으로 실시하는 동시에, 표면 갱신에 의해서 폐플라스틱에 함유되어 있는 염소도 제거할 수 있다. 해당 후단의 가열온도는 300℃ 이상의 고온일수록 폐플라스틱으로부터의 염화수소의 이탈에는 유리하지만, 플라스틱의 해중합도 진행되고, 저분자화한 성분이 기화하므로 분쇄물로서의 회수율이 저하한다. 따라서 해당 후단의 가열온도는 320∼390℃정도로 하는 것이 바람직하다. 이 처리는 탈염화수소 뿐만 아니라 용융한 폐플라스틱의 고효율인 교반도 목적이며, 해당 전단의 조건에 비교하면 고온 또한 장시간을 요한다.

이와 같은 탈가스처리를 실시할 때에는 용융플라스틱과 외기의 접촉면적이 큰 쪽이 바람직하다. 해당 접촉면적을 증가시키기 위해서는 예를 들면 폐플라스틱의 투입량을 조정하거나, 압출기의 실린더 상부에 볼록부를 설치하는 등으로 대응할 수 있다. 또 스크류의 회전에 의해 기체액체 계면(氣液界面)이 수시 갱신되고, 스크류의 회전속도를 제어하여 계면의 갱신면적도 증가시킬 수도 있다. 이와 같이 압출기를 이용하는 것에 의해 발생하는 염화수소 등의 기체의 이탈이 한층 용이하게 되고, 교반조를 이용하여 플라스틱을 가열하는 경우보다도 고효율로 탈가스를 실시할 수 있다.

또 폐플라스틱을 외부 가열로 용융하는데는 국부 가열 없이 내부의 플라스틱을 가열하는 것이 바람직하고, 효율적인 열 공급이 중요하다. 압출기를 이용하면, 스크류의 회전에 의해 전열면에 접하는 용융플라스틱을 빠르게 갱신할 수 있으므로, 폐플라스틱의 균일한 가열이 용이하다. 그러나 교반조를 이용하는 방식에서는 내부에 교반기구를 홀딩하기 때문에 충분한 전열면적을 확보하는 것이 곤란하다.

상술한 혼련공정에서는 전단에 수분용의 탈기 배관을 갖고, 후단에 염화수소용의 탈기 배관을 갖는 1대의 압출기를 이용하여 예시했는데, 2대 이상의 압출기를 이용하여 해당 혼련공정을 실시할 수도 있다. 2대 이상의 압출기를 이용하는 경우는 수분용의 탈기 배관을 갖는 전단의 압출기와 염화수소용의 탈기 배관을 갖는 후단의 압출기의 적어도 2종의 압출기를 직렬로 배열하여 구성하면 좋다. 즉, 해당 전단의 압출기에서 상술한 탈수-혼련작업을 실시하고, 해당 후단의 압출기에서 상술한 탈염화수소-혼련작업을 분담하여 실시하면 좋다. 2대 이상의 압출기를 이용하면 처리조건의 설정이나 변경이 용이하고, 또 메인터넌스도 용이하다.

해당 후단의 압출기는 실린더의 상부에 탈가스 공간을 갖는 것이 바람직하다. 탈가스 공간의 존재에 의해 효율 좋게 탈염화수소시킬 수 있다. 이때 탈가스공간에 질소 등의 불활성가스를 공급하고, 적극적으로 염화수소를 계외(系外)로 배출시키는 것도 가능하다. 또한 배관은 해당 후단의 압출기의 가열온도와 같은 정도이거나 그것 이상으로 가열하는 것이 바람직하다.

가열방식은 특별히 제한되지 않지만, 통상은 온도제어의 용이성으로부터 전기가열이 이용된다. 연료를 연소시켜 간접적으로 가열하는 방법이어도 좋고, 별도 가열한 열매(熱媒)에 의해 가열해도 좋다. 또 스크류 내부에 열매를 통과시키고, 가열해도 좋다.

해당 후단의 압출기로부터 배출된 플라스틱은 직접 수냉 또는 스틸벨트쿨러와 같은 간접 냉각 등의 공지의 방법을 이용하여 냉각하면 좋다. 또 배출구에 설치한 다이스 등에 의해 소망의 형상으로 할 수도 있다. 폐플라스틱이 다이스보다 압출될 때에 적절히 절단 후, 냉각하고, 펠릿형상으로 해도 좋으며, 간접 또는 직접 냉각의 기구를 갖는 롤러에 의해 판형상으로 하고, 그 후 절단하여 파쇄물로 해도 좋다.

형태는 어쨌든 해당 폐플라스틱의 고화체(이하, 고화체라고도 부른다)는 미처리의 폐플라스틱에 비교하여 용이하게 분쇄할 수 있다. 분쇄방법은 통상의 분쇄기를 이용하여 실시하면 좋지만, 미분화를 위해서는 조(粗)파쇄 후에 미분쇄를 실시하는 것이 바람직하다. 분쇄기의 방식으로서는 볼밀과 같은 충격·마찰방식, 롤러밀과 같은 마찰방식, 햄머밀과 같은 충격방식, 원심밀(제트밀)과 같은 기류 속에서의 입자끼리의 충격방식 등의 모두 이용할 수 있다. 목표의 입경에 의해 적절하게 분쇄방법을 선택하면 좋다. 예를 들면 입경 1.0mm 이하로 분쇄하는 경우에는 해당 고화체의 상호 충돌에 더하여, 햄머의 충격에 의한 분쇄를 실시하는 것이 바람직하다. 즉, 분쇄기가 햄머를 갖고, 해당 고화체의 분쇄가 햄머에 의해 주어지는 충격력 및 해당 고화체끼리의 충돌에 의해 실시되는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법에서 얻어지는 폐플라스틱(또는 혼합플라스틱)의 분쇄물은 입경 500㎛ 이하인 것이 80mass％ 이상을 차지하는 미분으로 할 수 있다. 이와 같은 입도분포를 갖는 분쇄물은 충분한 연소성을 갖고, 또한 미분탄의 취입설비를 그대로 이용해도 고로 등으로의 취입을 할 수 있다. 보다 바람직한 해당 입도분포는 입경 100㎛ 이하가 80mass％ 이상이다. 이와 같은 미세한 폐플라스틱은 매우 연소성이 높으므로 연소율도 향상한다.

경제적으로 허용된다면, 압출기에 폐플라스틱을 투입할 때에 상용화제나 교반매체를 첨가해도 좋다. 상용화제나 교반매체의 첨가는 폐플라스틱과 동시에 압출기에 투입해도, 미리 폐플라스틱과 혼합하고나서 투입해도 좋다.

상용화제는 폐플라스틱을 용융하여 혼련할 때에 성분플라스틱 상호의 분산을 도우므로 미세한 폐플라스틱분말이 얻어지기 쉬워진다.

대표적인 염소함유플라스틱인 PVC는 공업적으로 사용되고 있는 것을 경질PVC, 연질PVC로 크게 나눌 수 있다. 연질PVC는 PVC에 DOP(프탈산디옥틸, 비점: 231℃)나 DIDP(프탈산디이소데실, 비점: 261℃) 등의 가소제를 첨가한 것이다. DOP나 DIDP는 상용화제로서 작용하는 것의 일례이다. 가소제는 저온에서의 점성을 저하시키는 효과가 있고, 이종플라스틱의 균일 혼합을 용이하게 한다. 연질PVC가 존재하면, 상온으로부터 가열한 경우, 우선 가소제가 이탈하고, 그것과 평행하여 탈염화수소반응이 일어난다. PE, PP 등의 플라스틱은 300℃ 이하에서는 액상(液相)으로서 존재하고, 그것 이상의 온도에서는 분해한다(도 4).

또 처리온도 이하에서 분해하고, 가스를 발생하는 바와 같은 플라스틱(예를 들면 경질우레탄수지)을 첨가해도 좋다. 이 경우는 용융플라스틱 내에 적극적으로 기공을 생성시키는 것으로, 분쇄시의 균열이 생기기 쉬워지고, 분쇄성이 향상한다.

또한 플라스틱과 열전도율 등의 열적 물성이 다른 것, 예를 들면 석탄 등을 첨가하는 것으로, 해당 냉각시의 냉각속도의 상위로부터 분쇄시의 균열이 발생하기 쉬워지고, 분쇄성이 향상한다.

한편, 교반매체의 첨가에 의해 폐플라스틱이 분산하기 쉬워진다. 예를 들면 유기용매나 유기분산매를 이용하면, 폐플라스틱이 팽윤하거나 일부가 용해하거나 하므로 용융이 용이하게 되는 동시에 용융플라스틱의 점성이 저하하고, 염화수소의 기상(氣相)으로의 이탈이 용이하게 된다. 결과로서 플라스틱분쇄물의 분쇄성도 향상한다. 교반매체로서는 플라스틱을 팽윤 및/또는 용해시키는 기능을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 교반매체로서는 치환방향족 화합물을 함유하고 있는 것이 바람직하다. 예를 들면 메틸기, 에틸기, 또는 그것 이상의 탄소수의 알킬기를 갖는 다환방향족 탄화수소를 들 수 있다. 보다 구체적으로는 알킬페난트렌, 알킬안트라센 등을 들 수 있다. 또 이들의 방향족 탄화수소는 고리 내에 산소, 질소 등을 함유하는 것도 좋고, 구체적으로는 알킬퀴놀린, 알킬카르바졸 등을 들 수 있다. 상기의 알킬기는 모두 추가로 알킬치환기를 갖고 있어도 좋다. 이들의 교반매체는 폐플라스틱이 냉각시에 고화할 정도의 적당한 양을 첨가하는 것이 좋다. 또 분쇄기에 의해 분쇄성을 올리기 위해서는 그 연화점은 100℃ 이상이 바람직하다.

특히 바람직한 매체로서, 석탄계 타르, 석유계 타르를 이용할 수 있다. 석탄계 타르는 석탄계 타르 상압 증류탑 바닥으로부터의 중질유(보텀유)이다. 구체적으로는 연피치, 연피치를 감압증류한 탑 바닥으로부터 누출한 감압피치(연화점 110℃), 연피치를 감압증류탑 중단으로부터 누출한 유분(留分)(감압증류탑에서의 증류온도 154℃), 연피치를 감압증류탑 탑꼭대기로부터 누출한 유분(HOB: 감압증류탑에서의 증류온도 255℃), 석탄액화유 성분에서 얻어지는 중질유성분 및 그들의 블렌드유 등이 있다. 석유계 타르는 석유계감압잔유, 에틸렌보텀유, 개질유, FCC오일 등이다.

본 발명에서 얻어진 폐플라스틱의 미분 또는 혼합플라스틱의 미분은 환원제나 연료 등으로서 각종의 노에 취입하여 이용하는 것에 매우 적합하다.

도 5는 본 발명의 방법에서 얻은 폐플라스틱의 미분을 고로에 취입하는 경우의 설명도이다.

또한 이 예에서는 수분제거용의 전단의 압출기와 탈염화수소용의 후단의 압출기를 직렬로 배열하고 있다.

폐플라스틱(71)은 미리 자력선별이나 풍력선별 및/또는 물세정 등에 의해 플라스틱 이외의 이물을 가능한 한 제거한 후에, 전단의 압출기(72)에 투입된다. 폐플라스틱(71)은 미리 소정의 형상으로 파쇄처리하는 것이 바람직하고, 후술하는 다이스(76)의 이물에 의한 막힘을 방지하기 위해, 다이스 지름 이하로 파쇄하는 것이 바람직하다. 전단의 압출기(72)에 의해 폐플라스틱(71)을 200℃정도로 가열하고, 탈수하면서 용융혼련한다. 수분은 전단의 압출기(72)의 실린더에 적절히 배기구를 설치하여 제거하면 좋다. 전단의 압출기(72)로부터 압출된 용융폐프라스틱은 계속해서 후단의 압출기(73)에서 370℃정도로 가열되고, 탈염소되면서 용융혼련된다. 후단의 압출기(73) 내에서의 가열에 의해 발생하는 염화수소가스 등의 발생가스는 탈기 배관(74)을 통하여 가스처리계(75)로 보내져 처리된다. 가스처리계(75)에 있 어서는 연소처리나, 염산, 타르회수 등의 처리를 실시할 수 있다. 탈기 배관(74)은 타르 등의 부착을 방지하기 위해 후단의 압출기(73)와 같은 정도로 가열한다. 후단의 압출기(73)로부터 다이스(76)를 통하여 압출된 플라스틱은 수냉조(77) 등에서 냉각되어 고화된 후, 소정의 길이로 절단되어 펠릿형상으로 된다. 후단의 압출기(73)로부터 용융플라스틱을 압출하여 펠릿화할 때에는 시판된 펠릿제조장치를 이용하는 등의 통상의 방법을 이용하여 실시하면 좋다.

제조한 폐플라스틱의 펠릿을 제 1 분쇄기(78)로 조분쇄하고, 이 조분쇄물을 추가로 제 2 분쇄기(79)로 미분쇄한다. 이와 같이 미분쇄된 플라스틱 미분은 고로(80)에서 이용된다.

도 6은 본 발명의 폐플라스틱의 미분을 이용하는 별도의 실시형태이다. 이 실시형태에서는 폐플라스틱의 미분에 조립플라스틱을 사전에 혼합하여 고로에 취입한다.

19는 반입된 폐플라스틱의 해쇄장치, 20은 조파쇄기, 21은 풍선(風選) 및/또는 자력선별장치, 22는 조립기, 23은 체장치, 24는 제 1 압출기(용융탈수), 25는 제 2 압출기(탈염소), 26은 냉각장치, 27은 배기가스처리장치, 28은 진동스크린장치, 29는 조파쇄기, 30은 미분쇄기, 31은 분급장치, 32는 고체기체분리기, 33은 냉각기, 34는 진동스크린장치, 35는 제품호퍼, 36은 미분플라스틱 저류 사일로, 37은 조립플라스틱 저류 사일로, 38은 취입장치, 39는 전처리장치, 40은 송풍구부, 41∼57은 이송수단, 58은 블로어를 나타낸다.

전처리장치(39)는 후공정의 필요에 따라서 배치되면 좋다. 또 고화체를 미 분쇄하는 경우, 분진폭발의 가능성도 있고, 필요에 따라서 산소농도를 조정하기 위한 불활성가스를 공급한다. 불활성가스를 순환사용하는 경우에는 미분쇄기 내에서의 햄머와 고화체의 충돌로 발열하는 것이기 때문에 불활성가스의 라인 내에 냉각기를 설치한다.

본 발명에 의해 얻어진 미분플라스틱은 단독으로 고로에 취입되지만, 경우에 따라서는 10mm 이하로 조립된 폐플라스틱과 동시에 고로에 취입되는 경우도 있다.

이송수단은 벨트컨베이어, 기류수송, 차량에 의한 이송이며, 필요에 따라서 이송수단을 선택한다. 단, 미분쇄기(30)로부터 진동스크린장치(34)까지는 일련의 분체의 취급이고, 기류수송으로 실시하는 것이 바람직하다.

분쇄기로서는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면 도 7a에 나타내는 「울트라로터」(주식회사 더블유·아이·알제)형의 분쇄기를 들 수 있다. 이 분쇄기는 회전햄머를 갖고, 햄머(17)의 충격에 의한 분쇄와, 국소적으로 발생시킨 와류에 의한 분쇄물의 상호충돌에 의한 분쇄를 동시에 실시할 수 있다. 60은 스크린을 나타낸다. 또 햄머로 충격분쇄하는 햄머밀도 이용할 수 있다. 또한 도 7b에 나타내는 바와 같이, 햄머(17)의 고속회전으로 충격분쇄한 원료를 분급로터(18)로 분급하고, 미분을 기기 바깥으로 배출하며, 조분은 분쇄부에서 햄버(17) 및 조립(粗粒)끼리의 충돌에 의해 재분쇄되는 구조를 갖는 펄버라이저(마이크로ACM 펄버라이저 A형/ACM-10A: 호소카와미크론주식회사제)도 이용할 수 있다. 도 7c에 나타내는 바와 같이, 제트기류 속에서 분쇄물이 상호충돌하는 충격에 의해 분쇄하고, 조립은 분급작용에 의해 재차 분쇄작용을 받는 구조를 갖는 제트밀(싱글트럭·제트밀/STJ-200: 주식회 사 세이싱기업제) 등이 매우 적합하게 이용된다. 61은 분쇄물의 출구를 나타낸다.

이와 같이 하여 얻어진 폐플라스틱의 미분을 이미 설치한 미분탄취입장치 등을 이용하여 고로(59)에 취입하고, 철광석의 환원제로서 이용할 수 있다.

실시예 1

도 5에 나타내는 설비를 이용하여 폐플라스틱의 미분화처리를 실시했다. 사용한 폐플라스틱은 일반 가정에서의 폐기물이며, 복수 종류의 플라스틱과 이물이 혼합된 상태에서 폴리에틸렌 32mass％, 폴리프로필렌 31mass％, 폴리스티렌 22mass％, 기타(종이 등) 15mass％이었다. 금속 등의 이물을 제거하여 세정하고, 필름형상인 것을 선별하여 입경 약 20mm로 파쇄하여 처리에 이용했다. 염소함유량은 이물제거 후에 1.4mass％이었다.

이상의 전처리를 실시한 폐플라스틱에 대해서, 산업폐기물인 PVC를 입경 약 20mm로 파쇄한 파쇄물을 첨가하여 혼합하고, 폐플라스틱 속의 염소농도를 1.4(염소함유플라스틱을 혼합하지 않음)∼24.1mass％로 한 원료(No. 1∼7)를 준비하여 가열 용융 후에 냉각하여 고화체로 하고, 이것을 분쇄처리하여 분쇄물을 제조했다.

염소함유플라스틱을 첨가한 폐플라스틱의 가열 용융처리는 압출기를 이용하여 실시했다. 제 1 압출기에서의 가열온도를 180℃, 제 2 압출기에서의 가열온도를 335℃로 했다. 제 2 압출기 내에서의 가열에 의해 발생하는 염화수소가스 등의 발생가스는 배관을 통하여 가스처리계로 보내어 처리했다. 가스처리계에 있어서는 염산, 타르 회수를 실시했다. 제 2 압출기로부터 다이스를 이용하여 압출된 플라스틱은 수냉(7)에 의해 냉각하여 고화시키고, 소정의 길이로 절단하여 펠릿화했다. 제 2 압출기로부터 용융플라스틱을 압출하여 핫컷(hot cutting)하고, 펠릿화했다. 제조한 펠릿을 제 1 분쇄기에서 조분쇄하고, 분쇄물을 추가로 제 2 분쇄기에서 미분쇄했다. 제 2 분쇄기로서 도 7a에 나타내는 「울트라로터」(주식회사 더블유·아이·알제)형의 분쇄기를 이용했다. 조분쇄한 플라스틱을 하부의 원료입구에서 투입하여 미분쇄하고, 분쇄물 출구에서 회수한다.

이상과 같이 하여 제조한 플라스틱분쇄물의 잔존염소농도와 입도분포를 측정했다. 잔존염소농도, 평균입자경(D50) 및 500㎛ 이하 수율을 표 1에 나타낸다. 본 실시예에서 이용한 평균입자경(D50)이란 분체를 체에 의해 입자경마다 분급했을 때에 누적입자의 질량이 전체의 50％로 되는 입자경이다. 500㎛ 이하 수율이란 500㎛의 체를 통과한 입자의 중량비율이다.

폐플라스틱 속의 염소농도가 1.4mass％(No. 1)에서는 분쇄성이 나쁘고, 500㎛이하 수율은 66％이었다. 한편 폐플라스틱 속의 염소농도를 2.4mass％ 이상(No.2∼No. 7)으로 하면, 500㎛ 이하 수율은 80mass％ 이상으로 되고, 분쇄 후의 평균입자경(D50)은 대폭으로 감소하는 것을 알았다. 또 폐플라스틱 속의 염소농도를 20mass％ 이하로 하여 분쇄하면, 얻어지는 폐플라스틱 분말 속의 잔존염소농도를 0.9mass％ 이하로 내릴 수 있는 것을 No. 2∼No. 6의 예에서 알았다. 그러나 폐플라스틱 속의 염소농도를 24.1mass％로 한 No. 7에서는 500㎛ 이하 수율이 93mass％를 나타냈지만, 생성하는 탄소질 겔이 많아지고, 제 2 압출기의 부하가 커지며, 안정한 제조가 곤란했었다. 또 잔존염소농도는 1.21mass％ 이었다.

다음으로 염소함유량이 이물제거 후에 2.4mass％인 폐플라스틱의 일부에 대 해서 물을 이용하여 원심분리처리를 실시하여 고비중분으로서 염소함유량 7.6mass％인 고염소농도플라스틱을 얻었다. 염소함유량이 2.4mass％인 폐플라스틱 그대로인 경우와, 염소함유량이 2.4mass％인 폐플라스틱과 고염소농도플라스틱을 2대 1의 비율로 혼합하여 염소함유량을 4.1mass％로 높인 혼합폐플라스틱(hi-Cl)에 대해서 상기와 마찬가지로 분쇄물을 제조했다. 도 8에 결과를 나타낸다.

처리온도 320℃의 조건에서 얻어진 분쇄물에 차지하는 입경 500㎛ 이하 수율은 고염소농도플라스틱을 첨가하지 않았던 경우는 72mass％이었던 것이 고염소농도플라스틱을 첨가한 경우는 93mass％이었다. 제 2 압출기에서의 가열온도를 320에서 370℃로 변화시킨 경우, 얻어진 분쇄물에 차지하는 입경 500㎛ 이하 수율은 고염소농도플라스틱을 첨가하지 않았던 경우는 80mass％이고, 고염소농도플라스틱을 첨가한 경우는 96mass％이며, 또한 분쇄성이 향상하는 것을 알았다.

처리온도 320℃의 조건에서 얻어진 분쇄물의 염소농도는 고염소농도플라스틱을 첨가하지 않았던 경우는 0.73mass％이었던 것에 대해, 고염소농도플라스틱을 첨가한 경우에서도 0.84mass％까지 탈염소되어 있었다. 제 2 압출기에서의 가열온도를 320에서 370℃로 변화시킨 경우, 해당 분쇄물의 염소농도는 고염소농도플라스틱을 첨가하지 않았던 경우는 0.37mass％이었던 것에 대해, 고염소농도플라스틱을 첨가한 경우에서도 0.39mass％와 거의 동일 수준까지 탈염소할 수 있었다.

한편, 비교를 위해, 도 2a에 나타낸 교반조를 이용한 미분화처리도 실시했다.

교반조 내에서 폐플라스틱을 180℃로 가열하면서 교반하고, 용융한 폐플라스 틱을 다른 교반조(도시하지 않음)로 이송하여 320℃로 가열하여 탈염소처리를 실시했다. 그 후 냉각 고화하여 압출기를 이용한 경우와 마찬가지로 하여 분쇄물을 제조했다. 교반조 방식의 경우에도 원심분리에 의해서 얻은 고염소농도의 폐플라스틱(염소함유량 7.6mass％)을 33mass％로 되도록 폐플라스틱에 첨가한 것(hi-Cl)에 대해서도 분쇄물을 제조했다. 또한 상술한 예의 분쇄는 도 7a를 이용하여 실시했다.

분쇄물의 입도분포를 측정하고, 500㎛ 이하 수율을 지표로 하여, 압출기를 이용한 경우와 교반조를 이용한 경우의 비교를 도 9에 나타냈다. 동일 도면에서, 압출기를 이용한 쪽이 미립의 분쇄물이 많고, 분쇄성이 향상한 것을 알았다. 또 고염소농도의 폐플라스틱의 첨가에 의해 분쇄성이 비약적으로 향상한 것을 알았다.

다음으로 분쇄기의 종류에 의한 분쇄성을 검토했다.

고염소농도플라스틱을 첨가하고 있지 않은 폐플라스틱에 대해서 압출기를 이용하여 고화체를 형성하고, 해당 고화체의 분쇄를 다른 종류의 분쇄기를 이용하여 시험해 봤다. 분쇄기로서는 상술한 햄머밀, 제트밀, 펄버라이저 및 울트라로터를 이용했다.

각 분쇄기에 의해서 얻어진 분쇄폐플라스틱의 500㎛ 이하 수율을 도 10에 나타낸다. 햄머밀, 제트밀에 비교하여 울트라로터, 펄버라이저를 이용한 경우는 500㎛ 이하 수율이 80％ 이상이고, 80％ 이상의 수율이 얻어졌다. 따라서 회전햄머에 의한 충격분쇄와, 국소적으로 발생시킨 와류에 의한 분쇄물의 상호 충돌에 의한 분쇄를 동시에 실시하는 분쇄방식에서 효율적인 미분쇄가 달성되는 것을 알았다.

도 6의 흐름에 따라서 폐플라스틱의 미분화처리를 실시하고, 고로에의 취입시험을 실시했다. 사용한 폐플라스틱은 일반 가정에서의 폐기물이며, 복수 종류의 플라스틱과 이물이 혼합된 상태에서 폴리에틸렌 32mass％, 폴리프로필렌 31mass％, 폴리스티렌 22mass％, PVC 6mass％, 기타(기타 수지, 금속, 종이 등) 9mass％, 수분: 5.6mass％(외수(外數))이었다. 염소함유량은 이물제거 후에 2.4mass％이었다.

이것을 1.19t/h의 처리속도로 해쇄, 조파쇄, 풍선·자선, 조립하고, 1.00t/h의 조립물과 0.13t/h의 이물을 얻었다. 이 조립물을 1t/h의 속도로 180℃의 조건에서 용융, 335℃의 조건에서 탈염소하고, 0.90t/h의 고화체와 0.10t/h의 염화수소를 포함하는 분해가스를 얻었다. 분해가스는 연소 후, 중화처리를 실시했다. 또한 조분쇄, 미분쇄를 실시하고, 0.90t/h의 1mm 체 100％ 통과물, 입경 0.5mm 이하의 것이 80％ 이상의 미분쇄물을 회수했다. 얻어진 분쇄물의 염소농도는 0.7mass％, 발열량은 8900kcal/kg이었다. 이것을 고로취입용의 미분플라스틱 저류탱크에 저류하고, 정량절출장치에 의해 0.9t/h로, 취입탱크에 공급했다. 한편, 종래부터 사용되고 있는 조립플라스틱(7mmΦ의 원기둥형상, 10mm 이하 파쇄물의 혼합)을 4t/h의 속도로 정량절출장치에서 취입장치에 넣었다. 취입탱크로부터 장치 내에서 정량배출하고, 고로에 취입했다. 고로는 유효용적 5000㎥(송풍구수: 38개), 용선제조량 11537t/d이고, 고로의 송풍조건 및 시험결과를 표 2에 나타낸다. 원단위는 용선 1톤 제조하는 것에 필요한 값이다. ηCO는 고로 노(爐)꼭대기 가스의 가스조성으로부터 산출되는 값이고, CO₂/(CO+CO₂)를 나타내며, 고로 하부에서 발생한 환원 가스의 유효이용률을 나타낸다. 또, 상기 조건에서 미분플라스틱을 제조하고, 저류 후, 미분플라스틱과 조립플라스틱의 취입 속도를 변경하며, 고로취입을 실시했다. 종래 사용되고 있는 조립플라스틱 취입에 비교하여 폐플라스틱분말을 혼합하고, 고로에 취입하는 것으로 조립플라스틱의 연소성을 향상시킬 수 있으며, 결과로서 환원제비의 저감이 도모되었다.

표 1

표 2

본 발명의 방법을 응용하면, 폐플라스틱 등의 혼합플라스틱으로부터 염소함유플라스틱의 제거조작을 하지 않고도 염소농도가 매우 낮고 또한 미세한 폐플라스틱분말이 용이하게 얻어진다. 얻어진 폐플라스틱의 미분은 기류수송도 용이하게 할 수 있고, 연소성도 높으므로 생활이나 산업활동 등에서 폐기된 플라스틱을 환원제나 연료 등으로서 재이용할 수 있다. 따라서 본 발명은 널리 산업에 공헌할 수 있다.

Claims (11)

1. 염소를 함유하는 플라스틱 및 염소를 함유하지 않는 플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 플라스틱의 증감에 의해 염소농도가 2∼20mass％인 혼합플라스틱을 조제하는 공정;

   해당 혼합플라스틱을 용융하에 교반하고, 해당 염소농도가 0.9mass％ 이하까지 탈염소하는 공정;

   해당 탈염소된 교반물을 냉각하여 고화하는 공정; 및

   해당 고화물을 분쇄하는 공정;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혼합플라스틱 미분의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   해당 염소농도가 2∼20mass％인 혼합플라스틱을, 폐플라스틱에 염소를 함유하는 플라스틱을 부가하여 조제하는 것을 특징으로 하는 혼합플라스틱 미분의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   해당 교반이 압출기에 의한 혼련인 것을 특징으로 하는 혼합플라스틱 미분의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   해당 압출기의 전단에서 수분을 제거하고, 해당 압출기의 후단에서 염화수소를 제거하는 것을 특징으로 하는 혼합플라스틱 미분의 제조방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   해당 압출기가 복수의 압출기로 구성되고, 전단의 압출기에서 수분을 제거하며, 후단의 압출기에서 염화수소를 제거하는 것을 특징으로 하는 혼합플라스틱 미분의 제조방법.
6. 상기 제 1 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 기재한 제조방법에 의해 얻어지는 입경 500㎛ 이하가 80mass％ 이상인 것을 특징으로 하는 혼합플라스틱의 미분.
7. 제 1 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서,

   해당 염소를 함유하는 플라스틱, 해당 염소를 함유하지 않는 플라스틱 및 해당 혼합플라스틱으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 플라스틱이 폐플라스틱인 것을 특징으로 하는 혼합플라스틱 미분의 제조방법.
8. 상기 제 7 항에 기재한 제조방법에 의해 얻어지는 입경 500㎛ 이하가 80mass％ 이상인 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 미분.
9. 제 8 항에 기재한 폐플라스틱의 미분을 고로에 취입하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 처리방법.
10. 제 8 항에 기재한 폐플라스틱의 미분에 조립플라스틱을 사전에 혼합하고, 고로에 취입하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 처리방법.
11. 폐플라스틱에 염소함유플라스틱을 혼합하여 염소농도를 2∼20mass％로 조정한 혼합폐플라스틱을 가열 용융하고, 이어서 냉각 고화하여 고화체를 형성하며, 해당 고화체를 분쇄하는 것을 특징으로 하는 폐플라스틱의 처리방법.

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