KR20120014155A - 플라스틱 재료 재활용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다음 처리 단계들, 즉 (a) 원료를 재처리하는 단계로서, 필요에 따라 상기 원료가 분쇄되어 유체 형태로 되며 그 후 가열되어 미립자 및 유동가능한 형태를 유지하는 동안 영구적으로 혼합되며 필요에 따라 탈가스화, 연화, 건조, 점성 증가 및/또는 결정질화되는, 원료를 재처리하는 단계와, (b) 재처리된 상기 원료를 적어도, 여과가 가능한 지점에서 용융시키는 단계와, (c) 불순물을 제거하기 위해 용융물을 여과하는 단계와, (d) 여과된 상기 용융물을 균질화하는 단계와, (e) 균질화된 상기 용융물을 탈가스화하는 단계, 및 (f) 예를 들어, 과립화 또는 블로우(blow) 압출 처리에 의해 상기 용융물을 방출 및/또는 후속 처리하는 단계들을 포함하며, 상기 처리 단계들이 리스트된 순서대로 연속적으로 수행되는 플라스틱 재료 재활용 방법 및 조립체에 관한 것이다.

Description

플라스틱 재료 재활용 방법 {METHOD FOR RECYCLING PLASTIC MATERIALS}

본 발명은 특허청구범위 제 1항에 따른 플라스틱 재활용 방법, 및 특허청구범위 제 8항에 따른 상기 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

유사한 종류의 방법들이 종래 기술에 오랫동안 공지되어 있다. 따라서, 재활용 가능한 플라스틱 재료가-실행가능하다면 진공을 적용함으로써-증가된 온도에서 절단 압축기 내에서 먼저 재처리되고 계속해서 압출기 내에서 용융되고나서, 용융물이 여과, 탈가스화되고 그리고 최종적으로 예를 들어 과립화(granulated)되는 것이 공지되어 있다. 그와 같은 방법을 실시하기 위한 장치가 예를 들어, EP 123 771 B호, EP 390 873 B호 또는 AT 396 900 B호로부터 공지되어 있다.

또한, 용융물을 탈가스화하는 것과 같은 상이한 단계들을 최적화하기 위한 다수의 방법 및 장치들이 존재한다. 예를 들어, 탈가스화 개구의 상류에 무압 영역을 형성하는 것이 플라스틱 재료의 신뢰성 있는 탈가스화를 보장하기 위해 제공될 수 있다. 또한, 가스 기포가 마지막 탈가스화 개구를 지나치게 운송되기 전에 가스 기포가 용융물에서 빠져나올 수 있도록 가능한 한 짧게, 플라스틱 내에 묻힌 가스 기포들의 이동로를 유지하기 위해 시도했던 몇몇 장치들도 존재한다. 그러한 장치는 특히, 플라스틱 재료를 관형 형태로 재성형하는 장치이다.

또한, 고체 불순물 및/또는 비용융 잔류 폴리머를 제거하기 위한 다양한 용융물 필터에 대한 다수의 실시예들도 존재한다.

이들은 모두 최종 제품의 품질을 개선하고자 하는 주목적을 가진다.

본 발명의 목적은 높은 품질의 최종 제품을 제공하며 또한 높은 비율의 생산성으로 실시될 수 있는 개선된 플라스틱 재활용 방법을 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기 장점들을 제공하게 될, 상기 방법을 실시하기 위한 장치 또는 플라스틱 재활용 장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적은 하기의 순서대로 연속적으로 실시되는 다음의 단계들, 즉

(a) 원료를 재처리하는 단계로서, 필요에 따라 상기 원료가 분쇄되어 유체 형태로 되며 그 후 가열되어 미립자 및 유동가능한 형태를 유지하는 동안 영구적으로 혼합되며 필요에 따라 탈가스화, 연화, 건조, 점성 증가 및/또는 결정질화되는, 원료를 재처리하는 단계와,

(b) 재처리된 상기 원료를 적어도, 여과가 가능한 지점에서 용융시키는 단계와,

(c) 불순물을 제거하기 위해 상기 용융물을 여과하는 단계와,

(d) 여과된 상기 용융물을 균질화하는 단계와,

(e) 균질화된 상기 용융물을 탈가스화하는 단계, 및

(f) 예를 들어, 과립화 또는 블로우(blow) 압출 처리에 의해 상기 용융물을 방출 및/또는 후속 처리하는 단계,들을 포함하는 플라스틱 재활용 방법에 의해 달성된다.

상기 단계들을 상기 순서로 처리하는 것에 의해 상기 방법이 높은 비율의 효율로 실시되는 동시에, 높은 제품 품질을 초래하는 것이 발견되었다. 균질화 단계가 용융물의 여과 이후에 그러나 용융물의 탈가스화 이전에 수행될 때 특히 유리하다른 것이 발견되었는데, 이는 그러한 방식에서 균질화가 임의의 조대한 오염물 또는 고체 불순물 또는 비용융 플라스틱 클러스터(cluster)에 의해 악영향을 받지 않는 동시에, 후속 탈가스화가 효과적으로 수행될 수 있음으로써, 가스 기포들이 용융물로부터 완전히 제거될 수 있기 때문이다. 그러한 방식에서, 다수의 상이한 후속 처리 단계들의 적용에 사용될 수 있는 고 품질의 최종 제품이 얻어질 수 있다.

실제로, 예를 들어 오염, 충진제(filler)를 통해 또는 -혼합 폴리머의 경우에- 다른 폴리머에 의해 원하지 않는 성분들이 형성될 수 있다. 일반적으로, 다양한 방식으로 이들 성분들은 플라스틱의 최종 품질에, 특히 최종 제품의 기계적 및 광학적 특성들에 악영향을 끼친다. 여과 후에 매트릭스(matrix) 내에 남아 있는 예를 들어, 종이 섬유, 프린터 잉크 성분들, 라벨로부터의 접착제 잔류물 등의 오염물들은 폴리머의 인장 강도 손실 또는 광학적 결함을 초래할 수 있다. 그러므로 여과에도 불구하고 용융물 내에 남아 있는 원하지 않는 물질들은 가능한 한 미세하고 균일하게 분포되어야 한다. 이는 오염물, 폴리머 및 충진제에 균등하게 적용된다. 이러한 원하지 않는 물질들이 매트릭스 내에 더욱더 미세하고 균일하게 분포될수록 최종 제품에 더욱더 적은 악영향을 끼친다. 본 발명에 따라, 미세하고 균일한 분포는 여과 다음에 수행되는 균질화에 의해 수행된다.

또한, 균질화는 미립자들의 추가 분쇄를 초래한다. 이러한 원하지 않는 미립자들의 분쇄는 또한, 최종 제품의 품질 개선을 초래하는데, 예를 들어 사출 성형된 부품의 경우에는 양호한 기계적 특성을 부여하거나, 호일(foil)의 경우에는 더 적은 광학적 손상을 부여하거나, 또는 구체적으로 폴리올레핀이 PET 매트릭스 내에 미세하게 분포될 때 더욱 양호한 충격 강도를 부여한다.

임의의 잔류 가스 또한, 기포의 형성, 파열된 호일의 형성 등과 같은 최종 처리에 결함을 초래할 수 있다. 따라서, 용융물 필터는 용융물로부터 가스화 물질들을 용이하게 포획하는 반면에, 나머지 물질들이 균질화 상으로 분포 및 분쇄되게 하며, 또한 결과적인 전단 응력은 온도-감응 오염물들이 분해될 수 있게 한다. 이러한 가스는 용융물의 후속 탈가스화 단계에서 제거된다.

한편으로, 온도-감응 재료들은 균질화 상 내에서 열적으로 응력을 받으며 가스의 방출을 강요받는다. 다른 한편으로, 나머지 미립자들이 폴리머 매트릭스 내에 너무 미세하게 분포됨으로써 이들 미립자들은 주위 폴리머에 의해 유발되는 추가의 열 응력에도 양호하게 보호되며 가스를 덜 생성하는 경향이 있다. 블로우(blow)-압출 타워와 같은 후속 처리 단계들에서, 무-가스 또는 무-기포 및 무-괴상체(agglomerate-free) 필름이 생성된다.

따라서, 보다 큰 체적의 원하지 않는 물질, 및 오염물들은 여과를 통해 대부분 제거된다. 필터를 통과해 용융물 내에 남아 있는 보다 적은 체적의 원하지 않는 물질들은 균질화를 통해 미세하고 균일하게 분포된다. 그러므로, 그러한 원하지 않는 물질들은 최종 제품에 문제점을 덜 유발하고/하거나 다음의 탈가스화 단계에서 거의 완전히 제거된다.

종래 기술에서 종종 실용적인 것처럼 보이는, 여과 이전에 용융물이 미리 균질화되는 경우에, 오염물이 또한 분쇄되어 필터 표면을 통과하며 여과되지 않는다. 그러나, 이는 예방되어야 할 단점이다.

여과 후에, 여전히 존재하는 원하지 않는 물질들은 균질화 단계를 통해 가능한 한 더욱 분쇄되어 분배되어야 한다. 원하지 않는 물질들의 개선된 표면/체적 비율을 통해서, 미세한 미립자들은 더 많은 가스를 방출하며 탈가스화를 통해 더욱 효율적으로 더욱 완전하게 제거될 수 있다. 이는 표면을 추가로 확대하는, 매트릭스 내의 균일한 분포를 통해 추가로 지원된다. 또한, 균일한 분포는 재료의 동질성의 개선과 그에 따른 기계적 및 광학적 특성들의 개선을 의미한다.

그러므로 전술한 바와 같은 각각의 개별 처리 단계, 및 처리 체인(processing chain) 내에서의 정확한 순서 또는 시퀀스를 준수하는 것이 중요하다.

본 발명에 따른 상기 방법에 대한 추가의 유리한 실시예들이 종속항의 특징부들에 의해 이후에 설명된다.

상기 방법의 실시에 대한 바람직한 실시예에 따라, 전술한 처리 단계들이 중간 단계 없이 시간적 그리고 공간적 순서대로 연속적이고 직접적으로 실시될 때 유리하다.

상기 처리 단계들 사이의 중간 단계들을 가지는 것, 예를 들어 상기 재료 또는 용융물이 비-압축 오거 등을 통해 때때로 임시 저장 또는 운송되거나, 다른 처리 단계가 추가되는 것도 확실히 가능하다. 그럼에도 불구하고, 특히 상기 방법의 효율 및 생산성의 측면에서 상기 처리 단계들의 즉각적이고 직접적인 시퀀스가 유리하다는 것이 발견되었다. 대체로, 최종 제품의 품질은 또한, 중간 단계가 실시되지 않을 때, 그리고 상기 재료가 하나의 연속적인 처리 체인에서 급속히 처리될 때 향상된다. 그러므로 이러한 형태의 방법의 실시는 품질 및 경제성의 이유로 바람직하다.

다른 유리한 방법의 실시는 균질화 중에, 용융물이 전단되고 혼합되거나 강력한 전단 응력 및 인장 응력을 받고 현저히 가속되는 것을 특징으로 한다. 균질화 공정은 상대적으로 복잡한 절차이다. 상기 재료가 전단 응력을 받을 뿐만 아니라 혼합될 때, 그에 따라 동시에 용융물의 온도가 증가되고 전단된 미립자들이 덜 전단된 미립자들과 혼합될 때 유리하다. 이러한 방식으로, 미세하게 분포되고 매우 적은 원하지 않는 물질들을 갖는 균일한 용융물이 생성될 수 있으며, 그 용융물은 계속해서 최적으로 그리고 효율적으로 탈가스화될 수 있다.

다른 유리한 방법의 실시에 따라, 균질화 중에, 그러나 적어도 균질화의 말기에 그리고 탈가스화 이전에 상기 재료 또는 용융물의 온도가 적어도, 모든 다른 처리 단계 중의 온도 정도이나, 바람직하게는 그 온도보다 더 높은 방법이 제공된다. 균질화는 균질화 중의 온도가 나머지 단계에서보다 더 높을 때 지원된다. 그러한 방식에서, 용융물은 탈가스화에 가장 양호하게 준비될 수 있다. 실험들에 의해 놀랍게도, 균질화가 그와 같은 높은 온도에서 실시될 때 최종 제품의 품질이 더 높다는 것이 밝혀졌다.

이와 관련하여, 방출시 상기 재료 또는 용융물의 온도 또는 후속 처리 중의 온도가 균질화 중에 또는 균질화 말기의 온도보다 더 낮거나 거의 동일하게 제공될 때 특히 유리하다. 놀랍게도, 용융물의 온도가 균질화 이후에 다시 낮아질 때, 또는 탈가스화 및 특히 방출 및 임의의 후속 처리가 비교적 낮은 온도에서 실시될 때 최종 제품의 품질이 향상되는 것이 발견되었다.

탈가스화 성능의 유리한 개선을 위해, 균질화 중에 또는 균질화 직전 또는 직후에, 그러나 여과 이후에 그리고 탈가스화 이전에, 이산화 탄소, 질소 또는 물과 같은 핵생성 매체가 탈가스화 성능을 개선하기 위해 용융물에 추가되는 것이 제공될 수 있다.

최종 제품의 품질 및 최종 제품의 효율을 위해, 탈가스화 이후에 그리고 방출 또는 후속 처리 중에 또는 그 이전에 특히 20% 정도, 바람직하게 5% 내지 10% 만큼 용융물이 냉각되는 것이 제공될 때 또한 유리하다.

전술한 방법을 실시하기 위한 본 발명에 따른 장치는,

(a) 필요에 따라 플라스틱 재료를 분쇄하여 유체 형태로 만들며 가열해서 미립자 및 유동가능한 형태를 유지하는 동안 영구적으로 혼합하며, 그리고 필요에 따라 또한 탈가스화, 연화, 건조화, 점성 증가 및/또는 결정질화시키는, 하나 이상의 재처리 유닛, 특히 회전 혼합 및 분쇄 툴을 갖춘 종래의 절단 압축기 또는 빈(bin)과,

(b) 재처리된 상기 플라스틱 재료를 적어도 여과가 가능한 지점에서 용융시키기 위한 하나 이상의 용융 유닛, 특히 압출기와,

(c) 상기 용융물을 여과시키기 위한 하나 이상의 여과 유닛과,

(d) 여과된 상기 용융물을 균질화시키기 위한 하나 이상의 균질화 유닛과,

(e) 균질화된 상기 용융물을 탈가스화시키기 위한 하나 이상의 탈가스화 유닛, 및

(f) 상기 용융물을 방출하기 위한 하나 이상의 방출 유닛 및/또는 상기 용융물을 처리하기 위한 하나 이상의 후속 처리 유닛으로 이루어지며,

위에서 명명된 상기 유닛들은 직렬 연결 및 커플링되며 상기 플라스틱 재료 또는 용융물은 상기 유닛들을 상기 순서로 통과한다.

상기 방법에서 상기 유닛들을 직렬 연결함으로써, 상기 재료 또는 용융물은 규정된 순서로 본 발명의 장치 또는 본 발명의 처리 체인을 통과해야 한다. 그러한 방식으로 그리고 그러한 구성으로 생산성이 개선될 수 있으며, 전술한 바와 같이 상기 재료의 품질이 개선될 수 있다.

본 발명의 장치의 유리한 실시예에서 다른 유닛들이 추가되는 것이 가능하지만, 본 발명의 장치의 유리한 추가의 개선예에 따라 임의의 추가 중간 단계 없이 상기 유닛들이 시간 및 공간적으로 연속으로 서로 계속되게 하는 것도 가능하다. 이는 상기 재료 또는 용융물의 처리 여정을 짧게 유지하며 상기 장치를 단지 가장 필수적인 유닛만으로 축소될 수 있게 한다. 이는 직접적인 비용을 낮추며 또한 본 발명의 방법의 실시 및 실행 시간을 신속하게 하면서 제품의 품질을 동일하게 유지하며 종종 제품의 품질을 현저히 개선한다.

또한, 상이한 유닛 내의 상기 재료 또는 용융물의 온도를 독립적으로 조절하기 위한 제어 수단을 제공할 때 유리하다. 각각의 개별 유닛 및 모든 개별 처리 단계에서의 독립적인 온도 제어는 제품 품질을 조절하는데 유리하다.

따라서, 균질화 유닛 내에서의 균질화 중에, 그러나 적어도 균질화의 말기에 그리고 탈가스화 유닛 내에서의 탈가스화 이전에 상기 재료 또는 용융물의 온도가 다른 유닛 내에서의 모든 다른 처리 단계에서의 온도 정도이거나 바람직하게 더 높도록, 특히 방출 유닛 내에서의 방출 중에 상기 재료 또는 용융물의 온도 또는 후속 처리 유닛 내에서의 후속 처리 중의 온도가 상기 균질화 유닛 내에서의 균질화 중 또는 상기 균질화의 말기에서의 상기 온도보다 더 낮거나 거의 동일해지도록 상기 제어 수단이 상기 온도를 조절할 때 유리하다는 것이 놀랍게도 실험들로 밝혀졌다. 그와 같은 최종 제품의 품질은 여러 측면들에서 개선되었다.

상기 용융물이 상기 오거 내부에서 전단 및 혼합되거나 강력한 전단 응력 및 인장 응력을 받으며 현저히 가속되도록 상기 균질화 유닛, 특히 오거가 설계되는, 본 발명의 장치의 유리한 실시예가 제공된다. 상기 방식에서 오거 내에서의 유동 조건들이 양호한 균질화를 초래하도록 전단 영역 및 혼합 영역을 구성하는 것이 가능하다.

유리한 본 발명의 장치는 상기 개별 처리 유닛(2 내지 5), 바람직하게 유닛(2 내지 6), 특히 유닛(2 내지 7)들이 차례로 및/또는 공통의 길이방향 축선을 따라 동축으로 배열되는 것을 특징으로 한다. 상기 방식에서 상기 재료 또는 용융물이 명확히 규정된 여정을 따르는 장소-절약 구성이 유지될 수 있다.

탈가스화 성능을 개선하기 위해 이산화 탄소, 질소 또는 물과 같은 핵생성 매체를 추가하기 위한 유닛이 용융물에 추가될 수 있음으로써, 상기 유닛들이 균질화 중에 또는 균질화 직전 또는 직후에, 그러나 여과 이후 그리고 탈가스화 이전에 핵생성 매체를 추가하는 실시예가 제공될 수 있다.

상기 탈가스화 유닛, 예를 들어 실린더 또는 오거로부터 상기 용융물을 방출시키기 위한, 특히 상기 방출 유닛 내에 냉각 수단이 제공되며, 상기 냉각 수단은 탈가스화 이후 그리고 방출 또는 후속 처리 중에 또는 그 이전에 상기 용융물을 특히 20% 정도, 그러나 바람직하게 5% 내지 10% 만큼 냉각시킬 수 있을 때 또한 유리하다.

이하, 본 발명의 방법 및 본 발명의 장치가 도면들을 참조하여 그리고 예들에 의해 설명된다.

도 1은 본 발명의 장치를 스케치한 개략도이며,
도 2는 본 발명의 장치에 대한 구체적인 실시예를 도시하는 도면이며,
도 3a 및 도 3b는 프린트된 호일을 갖는 비교 실험들의 결과를 도시하는 도면이며,
도 4 및 도 5는 접착성 라벨이 부착된 호일을 갖는 비교 실험들의 결과를 도시하는 도면이다.

도 1은 플라스틱을 재활용하기 위한 장치 또는 구성을 도시한다. 상기 구성은 좌측으로부터 우측으로 재처리 유닛(1)을 포함하며, 상기 재처리 유닛은 필요에 따라 제공된 플라스틱 재료를 분쇄하는, 회전 혼합 및 분쇄 툴 공정을 포함하는 대체로 종래의 절단 압축기이거나 재처리 빈(bin)이다. 상기 재료는 영구적으로 자유롭게 유동하는 형태이며 증가된 온도에도 불구하고 혼합 및 분쇄 툴에 의해 유동될 수 있으며 미립자들을 항상 유지한다. 재처리 유닛(1)에서, 상기 재료는 아직 용융되지 않고 용융점 바로 아래의 온도, 특히 재료의 비켓 연화점(Vicat Softening Point) 범위의 온도로 가열되어 기껏해야 파열된다. 처리될 폴리머의 형태에 따라, 폴리머는 이러한 초기 처리 단계에서 이미 탈가스화, 연화, 건조, 결정화 및/또는 점성이 증가된다. 가능하다면, 재처리 빈(1)에 진공이 가해질 수 있다. 그와 같은 처리 유닛(1)에 대한 다양한 설계들이 종래 기술에 잘 공지되어 있다. 단지 일 예로서, EP 123 771 B, EP 390 873 B, AT 396 900, AT 407 235, AT 407 970 호가 참조되었다.

재처리 유닛(1)의 하부에는 용융 유닛(2), 특히 소형 압출기가 연결된다. 용융 유닛(2)은 적어도 상기 재료의 필터링이 가능한 지점에서 재처리된 재료를 용융시킨다. 도 1에 따른 장치에서, 용융 유닛(2)은 재처리 유닛(1)에 바로 그리고 직접적으로 연결되며, 이러한 연결을 위한 반경 방향 또는 접선 방향으로의 다양한 종래의 연결 수단이 공지되어 있다. 이는 재처리 유닛(1) 내의 혼합 및 교반 툴이 연화된 플라스틱 재료를 용융 유닛(2)의 인풋 영역 내측에 채우거나 가져오게 하는 장점을 가진다.

이와는 달리, 상기 재료는 또한, 중간 유닛 예를 들어, 스터핑 오거(stuffing auger), 특히 재처리 유닛(1)을 용융 유닛(2)에 직접 또는 간접적으로 연결하는 일정한 나사산 깊이를 갖는 오거와 같은 비-압축 이송 장치를 경유해 용융 유닛(2)으로 운반될 수 있으나, 용융 유닛(2) 내측으로 연속적인 재료 스트림을 허용하지는 않는다.

용융 유닛(2)으로부터의 하류에 있는 것은 용융물을 필터링하기 위한 여과 유닛(2)이다. 그와 같은 용융물 필터의 다양한 설계들이 또한, 종래 기술에 공지되어 있다. 예를 들어, 고체 이물질(solid foreign body), 바람직하지 않은 폴리머 및/또는 비-용융 폴리머 잔류물들이 상기 방법으로 제거된다.

계속해서 상기 용융물은 균질화 유닛(4)으로 통과된다. 이는 보통, 전단 영역 및 혼합 영역의 어떠한 시퀀스(sequence)를 갖도록 설계되는 오거와 같은 회전 몸체로 이루어진다. 균질화를 위한 폴리머의 강력한 혼합은 회전 몸체 또는 오거의 내측 또는 다양한 오거 섹션 내의 복잡한 유동 조건들에 의해 달성된다. 운송 방향으로의 축방향 유동과는 별도로, 상기 운송 방향에 대항하는 반경 방향 유동 및 축방향 유동, 소위 누출 유동도 있다. 전단 영역에서 용융물의 온도는 증가하나, 혼합 영역에서 전단된 미입자들이 덜 전단된 미립자들과 서로 혼합되므로 일정한 온도 교환을 초래한다. 상기 방법에서, 바람직하지 않은 미립자들은 분쇄되고 분배되며, 용융물들은 효과적으로 균질화되며 탈가스화를 위해 준비된다.

바로 하류에, 균질화된 용융물로부터 어떠한 가스 기포 및 가스 동봉물(enclosures)을 제거하기 위한 탈가스화 유닛(15)이 제공된다. 용융물로부터 가스를 효율적으로 제거할 수 있는 다양한 장치들도 공지되어 있다. 따라서, 예를 들어 오거는 매우 길 수 있으며 무 압력 영역이 제공될 수 있거나, 또는 플라스틱 재료가 얇은 필름이나 튜브를 경유해 탈가스화될 수 있다.

도 1에 따른 개략도에서 맨 우측에는 방출 유닛(6) 및 그 다음에 처리 유닛(7)이 있다. 방출 유닛(6)은 탈가스화된 용융물을 다음의 처리 유닛(7)으로 이송하는 역할을 한다. 처리 유닛은 다시 고체 형태로, 예를 들어 과립(granulate) 또는 호일로 용융물을 다시 복귀시키는, 예를 들어 과립형 유닛, 블로우(blow) 필름 유닛 또는 사출 성형 유닛일 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 유닛(1 내지 7)은 직렬로 연결되며, 플라스틱 재료가 좌측에서 우측으로 예정된 순서로 연속해서 유닛(1 내지 7)을 통과한다. 또한 도 1에 따른 구성에서 개개의 유닛은 곧바로 그리고 직접적으로 연결되며, 상기 플라스틱 재료는 각각의 유닛을 연속적으로 통과하며 중간 단계 없이 다음 유닛으로 직접 통과한다. 다른 유닛들, 특히 중간 저장, 이송 오거 등도 가능하나, 도 1에는 도시되어 있지 않다. 그 이유는 도 1에 따른 장치가 상대적으로 짧고 소형이기 때문이다.

유닛(2 내지 7)들, 즉 용융 유닛(2)에서 다음의 처리 유닛(7)은 공통의 길이방향 축선 상에 있다. 즉, 이들은 서로의 뒤에 차례로 배열된다. 이는 전체 장치를 매우 좁고 공간 절약적으로 만든다.

또한, 각각의 개별 유닛 내의 온도를 조절할 수 있는 제어 수단이 제공된다. 상기 방법에서, 온도는 처리 체인 내의 어떤 곳에서의 필요에 따라 설정될 수 있다.

유리하게, 상기 온도는 균질화 유닛(4) 내의 온도(T4) 또는 균질화 중, 그러나 적어도 균질화 말기에, 그러나 어떤 경우에는 탈가스화 유닛 내의 탈가스화 시작 이전에 재료 또는 용융물의 온도(T4)가 상기 장치의 각각의 다른 처리 단계에서 또는 어떤 다른 유닛에서의 온도 정도이거나 이들에서보다 더 높도록 조절된다. 따라서 예를 들어, 용융 유닛(2) 내의 온도(T2), 여과 유닛(3) 내의 온도(T3), 탈가스화 유닛(5) 내의 온도(T5), 방출 유닛(6) 내의 온도(6), 및 계속되는 처리 유닛(7) 내에서의 온도(T7)는 균질화 유닛(4) 내의 온도보다 낮거나 최대로, 균질화 유닛 내의 온도 정도이다.

또한, 핵생성 매체의 추가를 위한 유닛(8)이 제공되며, 상기 유닛을 통해 이산화 탄소, 질소 또는 물 등이 용융물에 추가될 수 있다. 그와 같은 핵생성 매체는 특히, 균질화 직전 또는 직후에, 그러나 어떤 경우에는 여과 후에 또는 탈가스화 이전에 균질화 유닛(4) 내에 추가될 수 있다.

방출 유닛(6)에는 용융물이 탈가스화 유닛(5)으로부터 방출될 때 용융물을 냉각하기 위한 용융물 냉각 장치(9)가 제공된다. 이러한 장치는 예를 들어, 실린더 또는 오거로 구성될 수 있다. 용융물의 온도는 20% 정도만큼, 바람직하게 5 내지 10% 만큼 냉각된다.

도 2는 도 1에 기초하여 확장된 것이며 본 발명에 따른 공정을 실시하기 위한 유리한 장치의 구체적인 실시예를 상세히 도시한다.

이러한 장치는 항아리 형상의 빈 또는 절단 압축기(1)의 형태인 재처리 유닛(1)을 포함하며, 재처리 유닛 내측으로 처리될 플라스틱 재료가 상부에서 채워진다. 빈(1)의 바닥(33) 영역에서, 툴(34)이 빈(1)의 중앙에 있는 수직 축선을 중심으로 종래 방식으로 피봇되며 바닥(33)을 통과하는 샤프트(35)를 통해 회전되며 모터(36)에 의해 구동된다. 상기 툴(34)은 플라스틱 재료용 절단 에지로서 설계되는 작동 에지(38)가 제공된 적어도 두 개의 반경 방향 아암(37)을 가진다. 이들 작동 에지(38)는 플라스틱 재료를 혼합하고 또한 필요에 따라 플라스틱 재료를 분쇄한다.

따라서 처리될 플라스틱 재료는 용융 유닛(2)의 내측으로 즉, 제 1 오거 섹션(11)의 하우징(10) 내부로 이동된다. 이러한 오거 섹션(11)은 하우징(10)에 의해 형성된 개구(12) 내측으로 연장한다. 툴(34)이 샤프트(35)의 축선을 중심으로 회전할 때, 빈(1) 내에서의 플라스틱 재료의 회전은 화살표(13)에 의해 나타낸 빈의 벽을 따라 혼합 분출 형태로 상승된다. 회전하는 플라스틱 재료에 가해지는 원심력은 개구(12)를 통해, 빈(1)에 접선 방향으로 연결되는 오거(11)의 하우징(10) 내측으로 플라스틱 재료의 흡입을 지원한다. 이와는 달리, 오거 하우징(10)은 또한, 빈(1)에 거의 반경 방향으로 연결될 수 있다. 제 1 오거 섹션(11)의 코어 직경은 개구(12)로부터 멀어지는 방향으로 확대되는데, 이는 오거 섹션(11)에 의해 끌어 당겨지는 플라스틱 재료를 압축 및 가소화(plasticize) 한다.

가소화된 재료는 제 1 오거 섹션(11)의 하우징(10)으로부터 개구(14)를 통해 여과 유닛(3) 내측으로 방출되며 연결 채널(15)을 경유하여, 플라스틱 용융물 내에 포함된 조대한 오염물을 여과해 내는 적어도 하나의 필터(16)로 유동된다.

여과 유닛(3)을 통과한 후에, 가소화된 재료는 연결 채널(15)을 통해 그리고 흡입 개구(17)를 경유해 다른 하우징(18)의 내측에 위치된 균질화 유닛(4) 내측으로 통과된다. 균질화 유닛(4) 내에 배열된 것은 오거(18)와 동축으로 정렬되고 원통형 회전 몸체의 형태를 가지는 균질화기(40)이며, 이에 따라 균질화기(40)는 하우징(18) 내측에서 회전함으로써 전단력 및 혼합력을 균질화기 주위로 유동하는 폴리머 필름 또는 튜브에 가한다. 혼합 효과 및 전단 효과도 또한 증가시키기 위해, 다수의 돌기(41)가 균질화기(40)의 외측 표면 상에 배열된다. 형성된 임의의 가스들은 미리 이러한 섹션을 이탈할 수 있다.

또한, 하우징(18) 내에는 균질화기(40)에 동축으로 연결되는 제 2 오거 섹션(19)이 제공된다. 이러한 제 2 오거 섹션(19)은 가소화된 플라스틱 재료를 탈가스화 섹션 또는 탈가스화 유닛(5) 내측으로 운송하며, 탈가스화 개구(20)를 지나면서 탈가스화 개구를 통해 플라스틱 재료로부터 이탈하는 가스들이 방출, 수집되며 그리고 필요에 따라 추가의 사용을 위해 통과될 수 있다.

상기 탈가스화 개구(20)를 통과한 후에, 플라스틱 재료는 작은 전단 효과를 갖는 방출 오거 형태의 방출 유닛(6)을 경유하여, 과립화 장치와 같은 툴 또는 후속 처리 유닛(7)이 연결될 수 있는 출구(21)로 운송된다.

실행가능하게, 두 개의 오거 섹션(11,19)이 두 개의 하우징(10,18)의 천공 구멍(40 또는 41) 내에 위치됨으로써, 천공 구멍들이 서로 동축으로 정렬되며 둘다 동일한 직경을 가진다. 두 개의 오거 섹션(11,19) 및 균질화기(40)의 동축 정렬은 간단한 방식으로, 이들 두 개의 오거 섹션(11,19)이 단일 부품으로 공통 코어와 결합될 수 있게 하며, 그리고 이들 두 개의 오거 섹션(11,19)이 한 쪽으로부터, 즉 도 2의 좌측 편으로부터 함께 구동될 수 있게 한다. 두 개의 오거 섹션(11,19)의 회전 방향은 화살표(23)에 의해 표시되어 있다.

하우징(18) 내의 처리된 플라스틱 재료의 탈가스화를 촉진시키기 위해, 탈가스화 유닛(5)은 흡입 개구(17) 및 탈가스화 개구(20)의 영역 내에 위치되고 코어 직경이 감소된 오거 섹션(19)의 일부에 의해 형성되는 무압 영역(27)을 가진다. 탈가스화 개구(20) 이후에, 감소된 코어 직경은 방출 유닛의 완전한 코어 직경으로 다시 증가함으로써 플라스틱 재료가 다시 압력 하에 있음으로써 충분히 가소화될 수 있게 한다.

도 2에 도시된 실시예에서, 유닛(1 내지 7) 또한 직렬 연결되며 플라스틱 재료 또는 용융물이 규정된 순서로 연속해서 유닛(1 내지 7)을 통과한다. 또한, 개개의 유닛들은 서로에 공간적으로 바로 그리고 직접적으로 연결되며, 상기 재료는 중간 단계들 없이 연속적으로 그리고 직접적으로 각각의 개별 유닛으로부터 하류에 있는 다음의 유닛으로 통과된다. 유닛(2 내지 6), 즉 용융 유닛(2) 내지 방출 유닛(6) 또한, 공통의 길이방향 축선 상에 놓이며 이들 유닛의 오거들도 차례로 축방향으로 정렬되는데, 이는 전체 장치를 매우 작게 그리고 공간을 절약할 수 있게 한다.

본 발명의 요지를 이탈함이 없는, 본 발명의 장치의 다양한 실시예들이 있을 수 있다. 따라서, 각각의 유닛 내에는 예를 들어, 단일 오거, 이중 오거 또는 심지어 다중 오거가 있을 수 있다. 또한, 개개의 처리 단계들은 대기 상태 하에서 또는 진공의 지원 하에서 작동될 수 있다.

본 기술 분야의 당업자가 종래 기술로부터 취할 수 있는 다양한 설계의 실시예들이 각각의 유닛에 제공될 수 있다. 상기 온도, 체류 시간(dwell time) 및 다른 변수들은 처리될 또는 재활용될 재료에 대부분 의존하며 본 기술 분야의 당업자들은 이를 적용시킬 수 있다. 그러나, 본 발명의 장점들은 본 기술 분야의 당업자들이 본 발명의 공정 및/또는 장치를 사용하는 경우에만 달성될 수 있다.

아래의 예들은 본 발명의 공정 및 본 발명의 장치에 대한 유리한 기술적 효과들을 입증한다.

인쇄되어 있거나 접착제 라벨들을 갖고 있는 호일과 같은 오염된 플라스틱 재료들이 비교 실험들에서, 즉 한번은 종래 기술의 방법에 따른, 균질화 없는 종래 기술로부터 공지된 장치에 따라 처리되며, 그와 병행하여 균질화가 수행된 본 발명에 따른 장치에 따라 처리됨으로써, 온도, 처리량, 체류 시간, 압력 등과 같은 직접적으로 비교가능한 작동 변수들이 절단 압출기 내에서 또는 후속 처리 중에 가능한 한 비교될 수 있게 하였다.

예 1 : 인쇄된 플라스틱 호일의 처리

도 3a 및 도 3b는 본래의 재료와 결과적인 최종 제품의 비교 도면이다. 도 3a 및 도 3b의 좌측 부분은 컬러 인쇄된 플라스틱 호일 형태의 처리될 최초 호일을 도시한다. 우측 부분은 처리 후의 재생물로부터 100% 제조된 호일을 도시한다.

종래 기술에 따른 공정 또는 종래 기술에 따른 장치에서 상기 재료는 완전히 탈가스화되지 않았음을 알 수 있으나, 분해된 프린터 잉크에 의한 소량의 가스 기포가 최종 제품에 남아 있었음을 알 수 있었다. 본 발명의 공정, 특히 탈가스화 이전에 균질화를 수행한 경우에, 탈가스화 결과가 더욱 개선되었으며 어떠한 가스 기포도 거의 볼 수 없었다.

예 2 및 예 3 : 종이 라벨을 갖는 LD-PE 필름의 처리

도 4 및 도 5는 비교예로서, 좌측 편은 종래 기술에 따른 공정 후의 결과이며, 우측 편은 본 발명에 따른 공정 후의 결과이다. 양 경우에, 원 재료는 종이 라벨에 의해 오염된 LD-PE의 팩키징 호일로 구성된다. 오염률은 총 중량의 약 1%였다. 도 4 및 도 5는 처리 후의 100% 재활용된 재료로 만들어진 필름에 대한 현미경 사진이다. 도 4에서의 여과 미세도는 110 ㎛이며, 도 5에서는 125 ㎛이다.

우측 편(본 발명에 따른 공정)에서, 오염물, 특히 종이 물품, 접착제 잔류물, 또한 가스 기포 또한, 좌측 편(종래 기술)보다 더 적고, 더 작고 그리고 더욱 미세하게 분포된다는 것을 알 수 있다. 그러므로 우측 편에 있는 호일의 기계적 및 광학적 특성들이 더 양호하다.

모든 경우에, 최종 제품 내의 오염물의 비율은 현저히 감소되었으며 그에 따라 품질이 향상되었다.

Claims (15)

1. (a) 원료를 재처리하는 단계로서, 필요에 따라 상기 원료가 분쇄되어 유체 형태로 되며 그 후 가열되어 미립자 및 유동가능한 형태를 유지하는 동안 영구적으로 혼합되며 필요에 따라 탈가스화, 연화, 건조화, 점성 증가 및/또는 결정질화되는, 원료를 재처리하는 단계와,
   (b) 재처리된 상기 원료를 적어도, 여과가 가능한 지점까지 용융시키는 단계와,
   (c) 불순물을 제거하기 위해 상기 용융물을 여과하는 단계와,
   (d) 여과된 상기 용융물을 균질화하는 단계와,
   (e) 균질화된 상기 용융물을 탈가스화하는 단계, 및
   (f) 예를 들어, 과립화 또는 블로우(blow) 압출 처리에 의해 상기 용융물을 방출 및/또는 후속 처리하는 단계를 포함하며,
   상기 처리 단계들은 중간 단계 없이 시간적 그리고 공간적 순서로 연속적으로 그리고 직접적으로 실시되는,
   플라스틱 재활용 방법.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 (a) 단계 내지 (f) 단계들은 중간 단계 없이 시간적 그리고 공간적 순서로 연속적으로 그리고 직접적으로 실시되는,
   플라스틱 재활용 방법.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 용융물은 균질화 중에 전단되고 혼합되거나 강력한 전단 응력 및 인장 응력을 받으며 현저히 가속되는,
   플라스틱 재활용 방법.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 (d) 단계에 따른 균질화 중에, 그러나 적어도 상기 균질화의 말기에 그리고 탈가스화 이전에 상기 원료 또는 용융물의 온도(T4)는 적어도, 다른 모든 단계(a) 내지 단계 (f)에서의 온도 정도이지만, 바람직하게는 다른 모든 단계(a) 내지 단계 (f)에서의 온도보다 더 높은,
   플라스틱 재활용 방법.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   방출 중의 상기 원료 또는 용융물의 온도(T6) 또는 후속 처리 단계 중의 온도(T7)는 균질화 중 또는 균질화 말기에서의 상기 온도(T4)보다 더 낮거나 최대로 동일한,
   플라스틱 재활용 방법.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   균질화 직전 또는 직후, 그러나 여과 이후 및 탈가스화 이전의 균질화 중에, 이산화 탄소, 질소 또는 물과 같은 핵생성 매체가 탈가스화 성능을 개선하도록 상기 용융물 내에 유입되는,
   플라스틱 재활용 방법.
   
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용융물은 탈가스화 이후 그리고 방출 처리 단계 또는 후속 처리 단계 중에 또는 이전에, 특히 20% 정도, 바람직하게 5% 내지 10% 만큼 냉각되는,
   플라스틱 재활용 방법.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 플라스틱 재활용 장치로서,
   (a) 필요에 따라 플라스틱 재료를 분쇄하여 유체 형태로 만들며 가열해서 미립자 및 유동가능한 형태를 유지하는 동안 영구적으로 혼합하며, 그리고 필요에 따라 탈가스화, 연화, 건조화, 점성 증가 및/또는 결정질화시키는, 하나 이상의 재처리 유닛(1), 특히 회전 혼합 및 분쇄 툴을 갖춘 종래의 절단 압축기 또는 빈(bin)과,
   (b) 재처리된 상기 플라스틱 재료를 적어도 여과가 가능한 지점까지 용융시키기 위한 하나 이상의 용융 유닛(2), 특히 압출기와,
   (c) 상기 용융물을 여과시키기 위한 하나 이상의 여과 유닛(3)과,
   (d) 여과된 상기 용융물을 균질화시키기 위한 하나 이상의 균질화 유닛(4)과,
   (e) 균질화된 상기 용융물을 탈가스화시키기 위한 하나 이상의 탈가스화 유닛(5), 및
   (f) 상기 용융물을 방출하기 위한 하나 이상의 방출 유닛(6) 및/또는 상기 용융물을 처리하기 위한 하나 이상의 후속 처리 유닛(7)을 포함하며,
   상기 유닛(1 내지 6 또는 7)이 규정된 순서로 직렬 연결 및 커플링되며 상기 플라스틱 재료 또는 용융물이 상기 순서로 상기 유닛(1 내지 6 또는 7)을 통과하는,
   플라스틱 재활용 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 유닛(1 내지 6 또는 7)들은 중간 유닛 없이 시간적 그리고 공간적 순서로 연속적으로 그리고 직접적으로 직렬 연결 및 커플링되는,
   플라스틱 재활용 장치.
   
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 유닛(1 내지 6 또는 7) 내의 상기 플라스틱 재료 또는 용융물의 온도를 조절하기 위한 제어 수단이 제공되는,
    플라스틱 재활용 장치.
    
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 수단은 상기 균질화 유닛(4) 내에서의 균질화 중에, 그러나 적어도 상기 균질화의 말기에 그리고 탈가스화 유닛(5) 내에서의 탈가스화의 시작 이전에 상기 플라스틱 재료 또는 용융물의 온도(T4)가 적어도, 다른 유닛들 내의 모든 다른 처리 단계들에서의 온도 정도이거나, 바람직하게 상기 다른 유닛 내의 모든 다른 처리 단계들에서의 온도보다 더 높도록, 특히 방출 유닛(6) 내에서의 방출시 상기 플라스틱 재료 또는 용융물의 온도(T6) 또는 후속 처리 유닛(7) 내에서의 후속 처리 단계 중의 온도(T7)가 상기 균질화 유닛(4) 내에서의 균질화 중 또는 상기 균질화의 말기에서의 상기 온도(T4)보다 더 낮거나 최대로 동일해지도록 상기 온도를 조절하는,
    플라스틱 재활용 장치.
    
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 균질화 유닛(4), 특히 오거는 상기 용융물이 상기 오거 내부에서 전단 및 혼합되거나 강력한 전단 응력 및 인장 응력을 받으며 현저히 가속되도록 설계되는,
    플라스틱 재활용 장치.
    
13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유닛(2 내지 5), 바람직하게 유닛(2 내지 6), 특히 유닛(2 내지 7)들은 차례로 축방향으로 배열 및/또는 공통의 길이방향 축선 상에 놓이는,
    플라스틱 재활용 장치.
    
14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이산화 탄소, 질소 또는 물과 같은 핵생성 매체를 상기 용융물 내측에 추가하기 위한 유닛(8)이 제공됨으로써, 상기 유닛(8)은 균질화 중에 또는 균질화 직전 또는 직후에, 그러나 여과 이후 및 탈가스화 이전에 상기 핵생성 매체를 추가하는,
    플라스틱 재활용 장치.
    
15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈가스화 유닛(5), 예를 들어 실린더 또는 오거로부터 상기 용융물을 방출시키기 위한, 특히 상기 방출 유닛(6) 내에는 냉각 수단(9)이 제공되며, 상기 냉각 수단은 탈가스화 이후 그리고 방출 또는 후속 처리 중에 또는 그 이전에 상기 용융물을 특히 20% 정도, 그러나 바람직하게 5% 내지 10% 만큼 냉각시킬 수 있는,
    플라스틱 재활용 장치.
    
    

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