KR20120137668A - 폐 건축용안전망을 재활용한 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 - Google Patents

폐 건축용안전망을 재활용한 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용 후 폐기될 경우 환경오염의 원인이 되는 폐건축용 보호망 또는 안전망을 수거하여 분쇄, 수세 및 용융압출공정으로 제조된 재활용 폴리프로필렌 칩을 용융방사하여 재활용 폴리프로필렌 필라멘트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 재활용 폴리프로필렌 필라멘트는 상대적으로 우수한 열안정성과 기계적 물성을 가지고 있어 생활용/산업용 직물, 토목/건축용 구조재, 복합소재 보강재, 어망, 밧줄, 운송수단용(자동차, 항공기, 배) 내장재 등의 다양한 제품으로 사용할 수 있다.

Description

폐 건축용안전망을 재활용한 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법{Method for Preparing the Polypropylene Filaments Recycled from Safety Net for Construction}
본 발명은 폐기된 건축용 보호망 또는 안전망을 회수하여 폴리프로필렌 칩으로 재생하고 이들을 산업용 폴리프로필렌 필라멘트로 제조하는 방법에 관한 것이다.
지난 20 세기의 대량생산체제 기반 하에서 고도의 경제성장은 물질적 풍요와 더불어 자원고갈 및 환경오염, 지구 온난화, 생태계 파괴 등과 같은 심각한 후유증을 낳게 되었으며, 21세기에는 이를 극복하고 대체할 녹색성장의 가치창출 개발이 필연적으로 요구되고 있다. 이러한 관점에서 최근에 사용 완료된 제품이나 제조공정에서 발생된 부산물을 원재료로 재이용하는 새롭게 생산된 재활용(리사이클) 제품에 대한 관심이 고조되고 있으며, 더 나아가 친환경 저탄소 재활용 제품을 통해 제품의 라이프 사이클 전체에서 에너지 절감, 저탄소, 유해물질 감소, 환경정화 및 폐기물 감소에 대한 환경부하를 저감시키는 노력이 중요하게 인식되고 있다. 폴리프로필렌은 대표적인 결정성 올레핀계 섬유형성 고분자재료로써 비중은 0.92로서 현재 존재하는 고분자재료 중에 가장 가벼우며, 용융온도도 135?160℃로 높고, 우수한 가공성 및 가격대비 물성을 가지고 있어 섬유, 플라스틱, 필름 형태로 다양한 산업용 및 생활용 분야에 사용되고 있다. 토목/건축에 사용되는 수직보호망, 낙하물 방지망, 안전망 및 보호망 등은 산업용 폴리프로필렌 필라멘트 섬유의 대표적인 응용 예다. 물성과 응용 측면에서 우수한 폴리프로필렌 필라멘트 제품은 사용 후 폐기될 경우 썩지 않는 문제로 인해 환경오염의 원인이 된다. 이러한 폴리프로필렌 섬유 및 플라스틱 제품을 재활용할 수 경우 유가상승으로 인한 원부자재 가격상승의 절감효과와 더불어 폐기 과정에서 발생할 있는 각종 환경오염을 막을 수 있는 일거양득의 효과를 기대할 수 있다.
본 발명은 수직보호망, 낙하물 방지망, 안전망/보호망 등의 폴리프로필렌 건축용 폐기물을 수거하여 일련의 정제과정을 걸쳐 재활용된 폴리프로필렌 칩(chip)을 용융방사하여 폴리프로필렌 필라멘트 섬유로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 의해 제조된 재활용 폴리프로필렌 필라멘트 섬유는 생활용 직물, 산업용 직물, 토목용 구조재, 건축용 구조재, 보강용 소재, 어망, 자동차, 항공기, 배 등의 운송수단용 내장재 등으로 활용할 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 폐건축용 보호망 또는 안전망을 1 × 1 내지 100 × 100 cm2의 크기로 분쇄하고 20 내지 80℃의 물로 10 내지 100분 동안 세척하는 단계; 세척된 분쇄물을 160 내지 280 ℃의 용융압출기로 용융혼합한 후 압축하는 단계; 압출된 가닥을 절단하여 재활용 폴리프로필렌 칩을 제조하는 단계; 재활용 폴리프로필렌 칩과 신생 폴리프로필렌 칩을 혼합하고 160 내지 280℃에서 용융방사하여 필라멘트를 제조하는 단계; 및 상기 필라멘트를 연신 및 열처리하는 단계를 포함하는 재활용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 신생 폴리프로필렌 칩은 전체 칩 중량 대비 30 내지 80중량%인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 연신 단계는 100~500%로 연신하고, 상기 열처리 단계는 90~140℃에서 열처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 건축용 폐기물을 재활용해 제조된 재활용 폴리프로필렌 필라멘트는 신생 폴리프로필렌 필라멘트와 유사한 내열성 및 기계적 물성을 갖고는다. 재활용 폴리프로필렌 필라멘트 섬유는 생활용/산업용 직물, 토목/건축용 구조재, 복합소재 보강재, 어망, 밧줄, 운송수단용 내장재 등으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 제조된 재활용 폴리프로필렌 칩의 열안정성을 신생 폴리프로필렌 칩과 비교한 것이다.
도 2는 본 발명에서 제조된 재활용 폴리프로필렌 필라멘트의 기계적 물성으로써 신장-응력 곡선을 나타낸 것이다.
본 발명에서 사용된 용어 “신생 폴리프로필렌 칩”은 프로필렌 단량체로부터 합성된 상업용 폴리프로필렌 칩을 의미하며, “신생 폴리프로필렌 필라멘트”는 신생 폴리프로필렌 칩을 용융방사하여 제조한 연속적인 섬유를 의미한다.
본 발명에서 사용된 용어 “재활용 폴리프로필렌 칩”은 회수한 폐건축용 보호망/안전망을 분쇄, 정제 및 용융압출의 일련의 공정을 걸쳐 제조한 칩을 의미한다.
본 발명에서 사용된 용어 “재활용 폴리프로필렌 필라멘트”는 다양한 중량비의 재활용 폴리프로필렌 칩을 용융방사하여 제조한 연속적인 섬유를 의미한다. 재활용 폴리프로필렌 필라멘트 제조 시 재활용 폴리프로필렌 칩은 신생 폴리프로필렌 칩과 혼합할 수 있는데, 신생 폴리프로필렌 칩은 전체 중량 대비 30~80 중량%로 조절할 수 있다.
다음은 재활용 폴리프로필렌 칩과 필라멘트를 제조하는 방법을 설명한다.
본 발명의 재활용 폴리프로필렌 칩과 필라멘트는 (주)이앤에쓰에서 수거한 폴리프로필렌 건축용 폐기물(수직보호망, 낙하물 방지망, 안정망/보호망)을 이용하여 제조하였다.
재활용 폴리프로필렌 칩은 수거된 폴리프로필렌 건축용 폐기물(수직보호망, 낙하물 방지망, 안정망/보호망)을 1×1 ~ 100×100 cm2 크기로 분쇄하고 20~80 ℃의 물로 10~100분 동안 세척한 후, 160~280 ℃의 용융압출기로 용융혼합 후 압출한다. 압출된 가닥(strand)들을 임의의 크기로 절단함으로써 재활용 폴리프로필렌 칩을 제조한다.
재활용 폴리프로필렌 필라멘트는 재활용 폴리프로필렌 칩을 160~280 ℃의 온도범위에서 용융방사하여 제조한다. 용융방사시 제조된 필라멘트는 100~500%로 연신하고, 90~140℃에서 열처리하는 것이 바람직하다. 연신 및 열처리를 통하여, 제조된 재활용 폴리프로필렌 필라멘트의 결정화도가 증가하여, 물성이 향상된다.
제조된 재활용 폴리프로필렌 필라멘트 한 가닥은 0.01~100 데니어(denier)의 다양한 굵기를 가질 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태로서 재활용 폴리프로필렌 필라멘트의 내열성과 기계적 물성을 비교하기 위해 건축용(수직보호망, 낙하물 방지망, 안정망/보호망) 폴리프로필렌 섬유 제조에 사용되는 신생 폴리프로필렌 칩을 상기 재생폴리프로필렌 칩과 혼합하고 상기와 동일한 공정으로 폴리프로필렌 필라멘트를 제조할 수 있다. 이때, 신생 폴리프로필렌 칩은 전체 중량 대비 30~80 중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
이하에서 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하겠지만, 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
제조예 1 : 재활용 폴리프로필렌 칩의 제조
(주)이앤에쓰에서 수거한 폴리프로필렌 건축용 폐기물(수직보호망, 낙하물 방지망, 안정망/보호망)을 100 × 100 cm2의 크기로 분쇄하고 25 ℃의 물로 20분 동안 세척한 후, 용융압출기를 이용하여 200 ℃에서 용융혼합한 후 압출하여 만들어진 가닥(strand)을 절단하고, 재활용 폴리프로필렌 칩을 제조하였다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1
재활용 폴리프로필렌 필라멘트는 표 1에 기재된 바와 같이 다양한 중량비의 신생 및 재활용 폴리프로필렌 칩을 190℃, 220℃, 235℃, 210℃, 220 ℃의 5개 온도구간으로 구성된 방사압출영역을 통과시켜 18~25 ℃의 공냉으로 냉각되는 존으로 용융방사 하였다. 곧바로 용융방사된 필라멘트는 각각 90℃, 115℃, 115℃, 115℃의 온도로 설정된 4개의 롤러를 통과시켜 연신 및 연처리를 동시에 수행하였다. 첫 번째 롤러의 회전속도는 500 m/min 이며, 네 번째 롤서의 회전속도는 1500 m/min로 하여 연신정도는 300%로 조절하였다. 최종적으로 제조된 필라멘트는 원형단면과 10 데니어(denier)의 섬도를 갖는다.
신생 폴리프로필렌 칩
(중량%)		 재생 폴리프로필렌 칩
(중량%)
비교예 1 100.0 0.0
실시예 1 75.5 25.5
실시예 2 66.7 33.3
실시예 3 50.0 50.0
실시예 4 33.0 66.7
실시예 5 0.0 100.0
시험예 1-열안정성(내열성) 측정
재활용 폴리프로필렌 칩과 신생 폴리프로피렌의 열안정성(내열성)을 측정하여 도 1과 표 2에 나타내었다. 열안정성 측정은 열중량분석기(thermogravimetric analyzer, TGA)를 사용하여 산소기체기류 하에서 실험하였다. 표 2은 도1에 나타난 재활용 폴리프로필렌 칩과 신생 폴리프로필렌 칩의 열분해곡선으로부터 각각 5%, 30%, 50%의 중량감소가 일어나는 열분해 온도(T5 %. T30 %. T50 %)를 비교하여 정리한 것이다. 표 2에서 재활용 폴리프로필렌 칩의 경우 5%, 30%, 50%의 중량감소가 일어나는 열분해 온도는 신생 폴리프로필렌 칩에 비해 약 10 ℃정도 낮음을 확인하였다.
열분해온도 재활용 폴리프로필렌 칩 신생 폴리프로필렌 칩
T5% (℃) 204.3 218.7
T30 % (℃) 217.0 229.3
T50 % (℃) 227.3 234.0
시험예 2-기계적 물성 측정
재활용 폴리프로필렌 필라멘트와 신생 폴리프로필렌 필라멘트의 기계적 물성은 만능인장시험기를 이용하여 상온에서 신장-응력 곡선을 측정하여 도 2에 나타내었다. 표 3은 도 2의 신장-응력 곡선으로부터 계산된 각 시료의 초기탄성률, 최대강도, 최대신도, 파단강도 및 파단신도 평균값을 정리한 것이다. 표 3에서와 같이 재활용 폴리프로필렌 필라멘트(실시예 1~5)는 신생 폴리프로필렌 필라멘트(비교예 1)에 비해 다소 낮은 인장 물성을 나타내지만 다양한 산업용 응용분야에 사용될 수 있는 충분한 기계적 물성을 가지고 있다. 특히 순수하게 재활용 폴리프로필렌으로 제조된 필라멘트(실시예 5)보다는 재활용과 신생 폴리프로필렌 칩을 혼합하여 제조한 필라멘트(실시예 1~4)가 우수한 기계적 인장물성을 가지고 있음으로써 경제성과 물성을 고려하여 재활용과 신생 폴리프로필렌 칩의 다양한 조성비를 이용하여 필라멘트 제조가 가능하다고 볼 수 있다.
초기탄성률
(GPa)		 파단강도
(MPa)		 파단신도
(%)
비교예 1 6.86 612.9 373.3
실시예 1 5.75 550.6 328.2
실시예 2 5.53 399.2 312.5
실시예 3 5.41 331.2 261.0
실시예 4 5.14 297.2 245.8
실시예 5 3.98 254.8 206.6
본 발명에서 제시하는 방법에 따라 제조된 재활용 폴리프로필렌 필라멘트는 상기 시험예의 결과로부터 입증되듯이 신생 폴리프로필렌 필라멘트와 비교하여 크게 뒤떨어지지 않는 열안정성(내열성)과 기계적 물성을 가진다. 따라서 재활용 폴리프로필렌 필라멘트는 생활용/산업용 직물, 토목/건축용 구조재, 복합소재 보강재, 어망, 밧줄, 운송수단(자동차, 항공기, 배)용 내장재 등 다양한 분야에 유용하게 적용될 수 있으며, 본 발명은 이들 구체적인 예에 한정되는 것은 아니다.

Claims (3)

  1. 폐건축용 보호망 또는 안전망을 1 × 1 내지 100 × 100 cm2의 크기로 분쇄하고 20 내지 80℃의 물로 10 내지 100분 동안 세척하는 단계;
    세척된 분쇄물을 160 내지 280 ℃의 용융압출기로 용융혼합한 후 압축하는 단계;
    압출된 가닥을 절단하여 재활용 폴리프로필렌 칩을 제조하는 단계;
    재활용 폴리프로필렌 칩과 신생 폴리프로필렌 칩을 혼합하고 160 내지 280℃에서 용융방사하여 필라멘트를 제조하는 단계; 및
    상기 필라멘트를 연신 및 열처리하는 단계를 포함하는 재활용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 신생 폴리프로필렌 칩은 전체 칩 중량 대비 30 내지 80중량%인 것을 특징으로 하는 재활용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 연신 단계는 100~500%로 연신하고, 상기 열처리 단계는 90~140℃에서 열처리하는 것을 특징으로 하는 재활용 폴리프로필렌 필라멘트의 제조방법.
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