KR20080078756A - 정전기 방지 포장재와 필름의 재활용 기술 및 활용 방안 - Google Patents
정전기 방지 포장재와 필름의 재활용 기술 및 활용 방안 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 현재 플라스틱 폐기물의 하나인 정전기 방지 필름과 백(bag) 재활용이 전 세계적으로 미흡한 현실에 기존 분쇄기 및 파쇄기를 응용하여 파쇄 및 분쇄된 정전기 방지 포장재와 필름, 파쇄 및 분쇄되지 않은 정전기 방지 포장재와 필름의 재활용 기술 개발에 관한 것으로, 보다 자세하게는 정전기 방지 포장재(anti-static bag or film, shielding bag or film)와 필름에 대한 재활용 기술이며, 폴리에스테르계 /폴리올레핀계/ 기타폴리머 복합재료 100% 중량부와 코팅 또는 내첨 방식으로 정전기 방지 처리 또는 구성된 압출 혼합물의 재활용 방법이다.
재활용, 정전기 방지 포장재(anti-static bag, shielding bag or film), 펠렛
Description
도1은 본 발명으로 제작한 사출/압출/펠렛 제품을 나타내는 도면.
본 발명은 정전기 방지 포장재와 필름의 재활용 기술 및 활용 방안에 관한 것으로, 보다 자세하게는 폐기물로 처리되는 정전기 방지 포장재와 필름을 분쇄 또는 파쇄를 하거나, 분쇄 또는 파쇄를 하지 않고 압출기를 통하여 용융시켜서 펠렛화한 후 사출/압출/압축물 등으로 제조한 방법 및 그 제품에 관한 것이다.
일반적으로 단층 필름의 경우 압출기를 이용 재생하여 사용하고 있다. 예를 들면 폴리올레핀계(HDPE, LDPE, LLDPE, CPP 등) 수지(resin)를 압출기로 녹여 펠렛화 하여 사용 하지만, 이층/삼층 등의 다층필름의 경우 사용 수지 간의 상용성 문제 등 으로 재활용이 어렵다. 결과적으로 정전기 방지 포장재는 이층 필름에 포함된다. 이의 폐기물은 소각되고 일부는 분리시켜서 재활용하고 있으나, 환경 및 경제성 등에서 많은 문제점을 가지고 있다. 본 발명은 현재 사용 후 전량 폐기물로 소각 처리되는 정전기 방지 포장재와 필름을 펠렛화하여 사출/압출/압축제품 등으로 개발하는 것이며, 이를 통하여 자원의 절약 및 환경보호 효과를 더불어 내고자 한다.
본 발명의 주된 목적은, 사용 후 폐기물로 소각 등으로 처리되는 정전기 방지 포장재와 필름을 분쇄 또는 파쇄(미분쇄 또는 미파쇄) 후 압출기로 처리하고, 이 압출물을 냉각라인, 펠렛타이져를 이용 펠렛화하여 사출/압출/압축 제품으로 활용함을 목적으로 한다. 또한 부족한 자원의 절약 효과 및 환경보호의 효과를 더불어 낼 수 있다.
본 발명의 주된 목적은, 사용 후 폐기물로 소각 등으로 처리되는 정전기 방지 포장재와 필름을 분쇄 또는 파쇄(미분쇄 또는 미파쇄) 후 압출기로 처리하고, 이 압출물을 냉각라인, 펠렛타이져를 이용 펠렛화하여 사출/압출/압축 제품으로 활용함을 목적으로 한다. 또한 부족한 자원의 절약 효과 및 환경보호의 효과를 더불어 낼 수 있다.
본 발명은 정전기 방지 포장재와 필름을 파쇄 또는 분쇄하거나, 파쇄 또는 분쇄를 하지 않고 압출기를 이용 펠렛화하여 사출/압출/압축하는 재활용 방법에 관한 것이다. 그림 1과 같은 과정으로 처리된다.
다음의 실시 예는 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한 것으로, 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다.
[실시예1]
본 발명에서 폐정전기 방지포장재와 필름을 펠렛화 하기 위하여 사용된 재료 및 각 조성은 표 1, 2에 나타내었다. 우선 정전기 방지포장재와 필름 펠렛화를 위해 버려지는 폐정전기 방지포장재를 분쇄기에 투입하여 분쇄 시킨 후(또는 분쇄를 하지 않고), 이를 다시 압출기 호퍼(hopper)를 통하여 투입하였다.
분쇄(미분쇄)된 다층필름의 투입속도는 10~20 kg/hr이었다. 압출 시 적용된 온도 구배는 호퍼 부분부터 200℃ ~ 260℃로 유지하였으며, 스크류의 속도는 1000 ~ 1800 rpm으로 일정하게 해주었다. 압출기를 통해서 나온 압출물은 냉각수조를 거쳐 펠렛타이져(pelletizer)로 이송되어 펠렛(pellet)으로 성형 되었고, 이때 펠렛타이져의 속도는 약 10 ~ 20 rpm이다. 펠렛으로 제작된 정전기 방지 포장재와 필름을 90~100℃ 대류식 오븐에서 4~5시간 이상 건조시켰으며, 작업 공정 순서는 앞의 그림 1과 같다.
표 1. 사용된 원료 특성
| MFI(Melt flow index, g/10min) | Density(g/㎤) | 회사명(grade) | |
| shielding bag & film (폴리에스테르 계/폴리올레핀 계) 분쇄(미분쇄)품 | 3.6 | 1 | 대안화학(주) |
| 엘라스토머계 | - | - | - |
| 폴리올레핀계 | - | - | - |
| PE - WAX | - | - | (주) 라이온 켐텍 |
| 스테아르산 칼슘 | - | - | 승진화학 |
| 산화아연 | - | - | 선샤인 케미칼(주) |
표 2. 사용된 원료 혼합비
| 종류 이름 | 폴리에스테르계/폴리올레핀계 펠렛 | 엘라스토머계 | 폴리올레핀계 |
| S/B-1 | 100 | - | - |
| S/E-1 | 90 | 10 | - |
| S/E-2 | 80 | 20 | - |
| S/E-3 | 70 | 30 | - |
| S/E-4 | 60 | 40 | - |
| S/L-1 | 90 | - | 10 |
| S/L-2 | 80 | - | 20 |
| S/L-3 | 70 | - | 30 |
| S/L-4 | 60 | - | 40 |
[실시예2]
본 발명에서 제조한 SL-1, SL-2, SL-3, SL-4, SE-1, SE-2, SE-3, SE-4, SB-1들의 인장강도, 굴곡강도, 굴곡탄성률, 신율, 충격강도, 형태학적 특성, 열적특성, 흐름성, 비중, 표면저항, 열변형 온도측정 등을 해보았다.
시료들의 인장강도를 분석한 결과를 그림 2에 나타내었다. 인장강도가 최대인 것은 정전기 방지 포장재와 필름과 폴리올레핀계가 컴파운딩(compounding)된 SL-4이며, 최소인 것은 정전기 방지 포장재와 필름과 엘라스토머계가 컴파운딩 된 SE-4이다. 전체적으로 정전기 방지 포장재와 필름과 엘라스토머계를 컴파운딩 한 것 보다, 폴 리올레핀계를 컴파운딩 한 것이 인장강도가 높게 관찰 된다. 또한 정전기 방지 포장재와 필름에 엘라스토머계 컴파운딩 함량이 증가 할수록 인장강도가 감소함이 관찰 된다.
굴곡강도를 분석하여 나타낸 그림 3을 보면, 굴곡강도가 최대인 것은 정전기 방지 포장재와 필름 단독으로 컴파운딩 된 SB-1이며, 최소인 것은 정전기 방지 포장재와 필름에 엘라스토머계를 컴파운딩 한 SE-4이다. 정전기 방지 포장재와 필름에 폴리올레핀계 투입 함량을 증가시켜도 굴곡강도의 증가가 거의 없음이 관찰되고, 엘라스토머계 투입 함량을 증가시켰을 때는 굴곡강도가 점점 감소함이 관찰된다.
그림 3. 굴곡강도(Flexural Strength(kg/㎠)).
아래의 그림 4는 굴곡탄성률을 분석하여 나타내었다. 굴곡탄성률이 가장 높은 것은 정전기 방지 포장재와 필름에 엘라스토머계를 컴파운딩 한 SE-3이며, 최소인 것은 정전기 방지 포장재와 필름에 폴리올레핀계를 컴파운딩 한 SL-4이다. 전체적으로 첨가제 투입량에 관계없이 굴곡 탄성률이 비슷하게 관찰된다.
그림4. 굴곡탄성률(Flexural Modulus(kg/㎠)).
신율 분석을 그림 5에 나타내었다. 신율은 정전기 방지 포장재와 필름에 폴리올레핀계 함량이 가장 높은 SL-4와 엘라스토머계 함량에 관계없이 SE-1, SE-2, SE-3, SE-4의 경우가 800% 이상 측정 불가로 관찰되었다. 전체적으로 폴리올레핀계 보다 엘라스토머계가 신율에 더 많은 영향이 있었다.
그림 5. 신율(Strain(%)).
아래의 표 3에 충격강도를 분석하여 나타내었다. 충격강도가 최대인 것은 정전기 방지 포장재와 필름과 엘라스토머계를 컴파운딩한 SE-2이다. 최소인 것은 정전기 방지 포장재와 필름에 전혀 첨가제를 투입하지 않은 SB-1이다. 전체적으로 엘라스토머계의 함량이 증가할수록 충격강도가 감소함이 관찰되지만, 폴리올레핀계의 함량은 증가할수록 충격강도가 증가하는 것으로 관찰된다.
표 3. 아이조드 충격강도 및 유형(IZOD impact strength break type)
| SL-1 | SL-2 | SL-3 | SL-4 | SE-1 | SE-2 | SE-3 | SE-4 | SB-1 | |
| break type | non-break | non-break | non-break | non-break | non-break | non-break | non-break | non-break | non-break |
| IZOD impact strength (kg.cm/cm) | 14.15 | 13.64 | 19.49 | 28.9 | 19.91 | 34.15 | 32.43 | 24.6 | 9.31 |
| 13.26 | 14.63 | 19.91 | 21.87 | 22.01 | 35.7 | 29.21 | 21.87 | 11.01 | |
| 17.31 | 16.11 | 16.64 | 23.58 | 19.63 | 31.81 | 31.81 | 22.44 | 10.52 | |
| 14.58 | 15.59 | 23.3 | 22.58 | 18.12 | 29.81 | 29.0 | 21.73 | 9.43 | |
| average | 14.825 | 15.067 | 19.835 | 24.232 | 19.917 | 32.867 | 30.612 | 22.660 | 10.067 |
사출 장치를 통해 제조한 충격강도 시편의 충격 특성을 조사 한 후, 파괴된 단면에 관한 모폴로지의 변화를 주사전자현미경으로 관찰하였는데 SL-1,2,3,4, SE-1까지는 SEM사진에서 관찰 할 수 있듯이 용융되지 않고 덩어리로 남아있는 부분이 관찰된다. 이는 상용성면에서 부족하여 혼합이 불균일하게 된 폴리올레핀계 또는 폴리에스테르계로 추측된다. 충격강도 값을 관찰 해보면 덩어리가 관찰되지 않은, 즉 용융이 균일하게 된 SE-2,3,4이 충격강도 값이 높게 관찰되나, 덩어리가 관찰되는 시편은 충격강도 수치가 낮게 관찰된다. 이는 혼합과정상에서 분배 분산이 균일하게 이루어지지 않았거나, 상용성이 부족하여 이와 같은 특징이 관찰되는 것으로 추측 된다. 충격보강재 등이 첨가되지 않은 SB-1은 표면상태가 SL-1,2,3,4, SE-2,3,4에 비하여 거친 것으로 관찰되었다. 이는 첨가제가 표면 상태를 전반적으로 균일하게 해준 것으로 추측된다.
고분자 블렌드에 있어서 각 성분 간의 상용성 정도가 각 성분의 유리전이 온도, 용융온도, 결정화 온도 및 결정화 거동 등의 현상에 영향을 준다고 알려져 있다. 열적 특성 분석은 표 4에 나타내었는데, Tm(녹는점)이 S/B : 폴리올레핀계, S/B : 엘라스토머계 일 때 각각 약 115℃와 255℃ 두 곳으로 나타났다. 이와 같이 두 곳으로 나타난 것은 각각이 서로 상용성이 없다는 것을 의미한다. S/B 100%단독인 S/B-1의 경우에는 Tm이 대략 117℃로 한곳에서 관찰 된다. 이는 S/B 자체에 컴파운드 되어 있는 폴리에스테르계 와 폴리올레핀계의 함량이 서로 상용성이 있다는 것으로 의미한다.
표 4. 열적특성(DSC)
| Sample Name | Tm1 (℃) | Tm1_ΔH (J/g) | Tm2 (℃) | Tm2_ΔH (J/g) | 계산치 (면적비) |
| 1 (SB : 폴리올레핀계, 9:1) | 115.86 | 72.57 | 254.65 | 7.961 | ≒ 9.1 : 1 |
| 2 (SB : 폴리올레핀계, 8:2) | 114.39 | 75.76 | 255.17 | 5.9 | ≒ 12.8 : 1 |
| 3 (SB: 폴리올레핀계, 7:3) | 113.91 | 80.76 | 254.70 | 5.726 | ≒ 14.1 : 1 |
| 4 (SB : 폴리올레핀계, 6:4) | 113.76 | 76.30 | 254.79 | 4.835 | ≒ 15.7 : 1 |
| 5 (SB : 엘라스토머계, 9:1) | 117.56 | 58.91 | 255.32 | 9.118 | ≒ 6.5 : 1 |
| 6 (SB : 엘라스토머계, 8:2) | 115.88 | 57.55 | 255.39 | 7.452 | ≒ 7.7 : 1 |
| 7 (SB : 엘라스토머계, 7:3) | 113.97 | 51.12 | 254.79 | 6.325 | ≒ 8.1 : 1 |
| 8 (SB : 엘라스토머계, 6:4) | 113.48 | 44.66 | 255.64 | 5.537 | ≒ 8.1 : 1 |
| 9 ( SB , 100%) | 117.37 | 77.98 | 253.45 | 9.442 | ≒ 8.2 : 1 |
고분자의 성형에서 중요한 특성 중 하나인 흐름성 분석은 그림 6에 나타내었는데, 최대인 것은 정전기 방지 포장재와 필름에 폴리올레핀계를 컴파운딩 한 SL-4이며, 최소인 것은 정전기 방지 포장재와 필름에 엘라스토머계를 컴파운딩 한 SE-4이다. SL-4가 흐름성이 최대인 것은 폴리올레핀계의 함량이 가장 높아 서로 판단된다. 그래프를 보면 폴리올레핀계의 함량이 높아질수록 흐름성이 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 이로써 SL-4의 흐름성이 가장 높은 이유를 추측할 수 있다. 또한 SE-1,2,3,4 등은 엘라스토머계 함량이 높아질수록 흐름성이 나빠지는 것이 관찰된다.
그림 6. 흐름성[MI, MELT INDEX(g/10min)].
동일 종류 재료에서 결정성이 높은 상태 쪽이 비중 값이 크다. 즉 수지 내부의 결정 상태, 변형의 상태를 추정할 수 있다. 비중 분석은 그림 7에 나타내었다. 정전기 방지 포장재와 필름에 첨가제가 전혀 투입되지 않은 SB-1이 비중이 가장 높게 관찰되므로 결정성이 높다고 판단할 수 있으며, 최소인 것은 정전기 방지 포장재와 필름에 엘라스토머계가 컴파운딩된 SE-4이다. 결정성이 높은 SB-1은 첨가제의 투입이 없으며, 이는 수지 내부의 결정 상태를 높은 쪽으로 유도하여 결정성이 높은 상태로 만들어진 것으로 추측된다.
그림 7. 비중 분석.
표면저항 분석을 그림 8에 나타내었는데, 표면저항 수치는 전체적으로 동일하게 나타났으며 기존 정전기 방지 포장재와 필름의 표면저항 수치보다 높게 나타난다. 따라서 정전기 차폐 용도로는 사용이 불가능할 것으로 추측되며, 정전기 방지성을 부여하기 위해서는 컴파운딩 시 도전체, 계면활성제를 사용하여 표면저항성을 부여하여야 할 것으로 판단된다.
그림 9. 열변형 온도
열 변형 온도 분석은 그림 9에 나타내었는데, 열변형 온도가 최대인 것은 정전기 방지 포장재와 필름에 첨가제가 전혀 포함되지 않은 SB-1이며, 최소인 것은 SE-4 이다. 첨가제가 투입되지 않은 SB-1이 열변형 온도가 가장 높게 나타난 것은, 폴리에스테르계와 상용성 부족으로 첨가제가 투입된 조성물들은 열변형 온도가 첨가제를 투입되지 않은 SB-1에 비하여 열변형 온도가 낮게 측정된 것으로 추측된다. 첨가제의 함량이 높아질수록 제품이 유연해지는 경향을 나타내는데, 이러한 경향이 열변형 온도가 증가하는 것으로 관찰되어 진다. 이는 첨가제를 투입하지 않은 SB-1이 열변형 온도가 높게 관찰되는 것으로 확인할 수 있다.
우리나라에서 발생 되는 폐플라스틱의 연간 발생량은 2000년도 기준으로 약 350만톤에 달한다. 그 중에서 약 50만톤 정도가 재활용품으로 분리 수거되고 있으며, 대부분이 저급 제품의 생산을 위한 물질 재활용에 사용되고 있다. 그리고 나머지는 일반폐기물과 혼합되어 매립되거나 소각 처리되고 있는 실정에서 정전기 방지 포장재와 필름의 재활용 기술이 새로운 재활용 부분으로 자리를 잡아서 경제적으로 효과가 클 것으로 기대된다.
또한 정전기 방지 포장재와 필름의 재활용 기술 및 활용방안이 개발될 경우 산업적인 측면에서는, IT 산업 및 전자 제품의 증가에 따른 포장재의 증가로 폐기물로 처리되는 정전기 방지 포장재와 필름의 많은 양을 재활용할 수 있어서 재활용 산업의 발전에 기여할 것으로 기대되며, 환경오염 방지 및 자원 절약의 효과를 낼 수 있다. 우선 사출 제품에 적용을 할 수 있는 포장/수송/건축/일반용 사출품, 파렛트, 건축용 사출자재, 공업용 용기, 충격방지용 사출제품 등에 적극적으로 사용할 수 있다.
Claims (5)
- 정전기 방지 포장재(폴리에스터계/폴리올레핀계)와 필름(이하 폐제품으로 표기)을 이용하여 펠렛 압출하는 방법으로서, 폐제품을 분쇄 또 는 파쇄기를 이용하여 분쇄 또는 파쇄하거나, 분쇄 또는 파쇄하지 않 고, 압출기상에 투입하여 펠렛화하는 단계.
- 제 1항의 압출기상에서 첨가제가 투입되거나 투입되지 않은 폐제품 펠 렛(pellet)을 제작하는 단계.
- 제 1, 2항에서 제조한 복합재료 100% 중량부로 구성된 압출 혼합물 및코팅/ 내첨 방식으로 정전기 방지 처리 또는 구성된 압출 혼합물
- 압출기상에 투입된 폐제품의 펠렛화를 위하여, 분쇄 또는 파쇄 (미분쇄 또는 미파쇄)된 폐제품을 압출기상의 호퍼에 투입하며, 이때 분쇄된 다층필름의 투입 속도는 10~20 kg/hr, 그때의 압출기 온도 조건(hopper 부분에서부터)은 200℃~260℃, 스크류 속도는 1000~1800rpm, 펠렛타이져 속도는 10~20 rpm으로 유지하는 단계. 상기 압출기에서 압출하는 압출물을 냉각 수조를 거쳐 펠렛타이져를 통해 펠렛으로성형하는 단계. 펠렛으로 제작된 다층 필름을 90~100℃대류식 오븐에서 4~5 시간이상 건조 시키는 단계.
- 첨가제가 투입된 폐제품의 펠렛(pellet) 제작 방법은 밀도 1~20 g/㎤,흐름성(MFI, Melt Flow Index)이 1~20 g/10 min을 가지는 폴리에스터계/폴리올레핀계 복합재료 1~100% 중량부와, 엘라스토머계 1~99% 중량부, 폴리올레핀계 1~99% 중량부, 폴리에스테르계 1~99% 중량부, 폴리스티렌계 1~99% 중량부, 폴리우레탄계 1~99% 중량부, 폴리아미드계 1~99%중량부, 엔지니어링 플라스틱계 1~99% 중량부, 폴리염화비닐계 1~99%중량부, 폴리리딘계 1~99% 중량부, 열가소성 엘라스토머계 1~99% 중량부로 구성된 압출 혼합물 및 코팅/내첨 방식으로 정전기 방지 처리 또는 구성된 압출 혼합물 및 압출 혼합물로 제조된 사출, 압출, 압축 기타 방법으로 제작된 성형품.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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2007
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |