KR20130054046A

KR20130054046A - 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법

Info

Publication number: KR20130054046A
Application number: KR20110119835A
Authority: KR
Inventors: 차종현; 홍성희; 서정태
Original assignee: 도레이첨단소재 주식회사
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2013-05-24
Also published as: KR101282418B1

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PET 폐기물에 존재하는 오염물질인 휘발성 물질 또는 올리고머를 효율적으로 제거함으로써, PET의 중합도를 향상시킬 수 있고, 이로 인해 높은 기계적 물성, 치수안정성 및 화학적 안정성이 좋은 PET으로 재활용할 수 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법은 PET 폐기물을 기계적으로 갈아서 칩 형태로 만드는 제1공정과 상기 칩 형태의 PET에서 불순물을 물리적으로 제거하는 제2공정과 상기 칩 형태의 PET을 세척하는 제3공정과 상기 세척된 칩 형태의 PET을 디-시스테인(D-cysteine)이 포함된 용액과 교반하여 반응시키는 제4공정과 상기 반응이 완료된 칩 형태의 PET을 건조하는 제5공정과 상기 건조된 칩 형태의 PET을 용융시켜 재활용 PET를 제조하는 제6공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법{RECYCLING METHOD FOR POLYETHYLENETEREPHTHALATE WASTES}

본 발명은 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 PET 폐기물에 존재하는 오염물질인 휘발성 물질 또는 올리고머를 효율적으로 제거함으로써, PET의 중합도를 향상시킬 수 있고, 이로 인해 높은 기계적 물성, 치수안정성 및 화학적 안정성이 좋은 PET으로 재활용할 수 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 알데히드는 자연적으로 또는 생태적으로 공기로 방출이 되는데, 이러한 알데히드는 발효, 건조, 냉동식품에서도 발생하기도 하며, 사람의 신진대사 과정에서도 발생된다. 그러나 알데히드의 가장 중요한 방출 경로는 음료수나 물 등의 용기로 사용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 만든 PET병과 같은 산업용 제품에서 방출된다. 또한 폴리에틸렌테레프탈레이트로부터 낮은 농도의 에탄알, 메탄알과 같은 카보닐 혼합물도 추출된다.

따라서 환경에 대한 악영향을 줄이기 위해 이러한 PET의 재활용 산업이 널리 진행하고 있다. 왜냐하면, PET의 경우, 자연에 방출되면, 아주 느린 속도로 자연에서 분해되기 때문에 재활용하는 것이 바람직하기 때문이다. 또한 PET는 일반적인 조건하에서는 분해가 쉽지 않으며, 비교적 큰 분자량 때문에 용해제를 선별하기에도 어려움이 있기 때문에 PET를 분해하기 위해서는 좀 더 값비싼 처리공정을 거쳐야 한다.

이러한 PET의 재활용방법에는 화학적 분해를 이용한 재활용 방법, 기계적 분해를 이용한 재활용 방법이 있으며, 좀 더 구체적인 방법으로는 PET내부의 휘발성 물질 또는 올리고머와 같은 오염물질을 줄이는 화학적 분해 방법과 건조 조건 및 용융 조건을 활용하는 기계적 방법 등이 있다. 또한 일부에서는 상기에서 언급한 화학적 분해와 기계적 분해 모두를 적용하여 PET의 재활용 효율을 높이고 있다.

상기 PET의 재활용을 위한 종래기술로는 한국 등록특허 제10-0469205호 "ＰＥＴ-소재의 재활용 공정 및 장치 "와 한국 등록특허 제10-0983349호 "폴리에틸렌 테레프탈레이트(ＰＥＴ) 폐기물의 화학적재활용 방법"이 있는데, 상기 한국 특허등록 제10-0469205호에는 처리될 소재를 운동(movement)에 의해 가열하여 건조시킨 후 가소화하거나 용융시키는 합성 플라스틱 소재를 재활용하는 방법으로서, 공급된 소재가 두 단계로 처리되며, 제 1 단계에서 소재에 기계적 파워를 적용하여 이를 고온에서 가열하고 건조시키는 전처리 공정을 수행한 후 가소화 또는 용융 공정에 선행하는 제 2 단계에서 다시 소재에 기계적 파워를 적용하여 이를 진공 상태에서 건조시키는 주처리 공정을 수행하는 방법에 있어서, 제 1 단계에서 PET-소재가 건조와 동시에 결정화되고, 제 2 단계에서 추가로 결정화되며, 제 2 단계의 주처리 공정이 전처리 공정 보다 높은 온도에서 수행되고, 이후 가소화 또는 용융 공정 후에 PET-소재가 PET-과립 또는 PET-물품으로 처리되는 것을 개시하고 있고, 또한 상기 한국 특허등록 제10-0983349호에는 (a) PET 폐기물 입자를 물과 섞이지 않는 알코올계 반응 매질 중 화학양론적 양 또는 과량의 강염기 금속과 반응시켜 반응 산물로서 염기 금속과 테레프탈산과의 염 및, 알코올계 반응 매질에 혼입된 에틸렌글리콜을 얻는 단계. (b) i) 반응 혼합물을 90℃ 미만의 온도로 냉각하는 단계; ii) 테레프탈산 염을 용해시키기 위해 충분량의 물을 반응 매질에 첨가함으로써, 2개의 상, 즉 테레프탈산 염이 용해되어 있는 수성상과 에틸렌글리콜이 혼입되어 있는 알코올계 반응 매질로 이루어진 유기상을 얻는 단계; 및 iii) 테레프탈산을 함유하는 수성상을 유기상으로부터 분리하는 액체-액체 분리 단계를 포함하여 이루어지는, 알코올계 반응 매질로부터 이러한 테레프탈산 염을 분리하는 단계; (c) (b) 단계의 테레프탈산 염으로부터 테레프탈산을 얻고, 상기염을 테레프탈산 보다 강한 산과 반응시켜 테레프탈산을 결정으로서 침전시키는 단계로 되는 테레프탈산 형성 단계; (d) (c) 단계에서 침전된 테레프탈산을 테레프탈산이 결정화된 매질로부터 분리하는 고체-액체 분리 단계; 및 (e) (b)단계에서 분리된 반응 매질로부터 에틸렌글리콜과 알코올계 반응 매질을 분리하고 에틸렌글리콜을 회수하는, 에틸렌글리콜의 회수 단계로 개시하고 있다.

상술한 바와 같은 위와 같이 PET의 재활용 기술이 공개되어 있지만 이렇다 할 좋은 성과를 내고 있지 못하고 있는 실정이다. PET를 재활용하기 위해서 가장 좋은 방법은 PET의 소비를 줄이는 것이지만 현실에서 소비를 줄이는 것 보다는 또 다른 방법으로 PET를 새롭고 저렴한 기술을 이용하여 재활용하는 방법이 있다. 이를 위해 좀 더 효율적이고 저 비용으로 PET를 재활용할 수 있는 기술의 개발이 시급한 실정이다.

한국 등록특허 제10-0469205호 한국 등록특허 제10-0983349호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 PET 폐기물에 존재하는 오염물질인 휘발성 물질 또는 올리고머가 함유되어 있으면 PET의 분해속도를 증가되고 열적 안정성이 감소되며, 분자량 감소에 의한 기계적 특성, 예를 들어, 인장강도, 탄성강도, 충격강도 등의 기계적 물성을 저하시키기 때문에, 재활용 PET에 있는 오염물질인 휘발성 물질 또는 올리고머를 효율적으로 제거함으로써, PET의 중합도를 향상시킬 수 있고, 이로 인해 높은 기계적 물성, 치수안정성 및 화학적 안정성이 좋은 PET으로 재활용할 수 있는 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.

상기 목적은, PET 폐기물을 기계적으로 갈아서 칩 형태로 만드는 제1공정과 상기 칩 형태의 PET에서 불순물을 물리적으로 제거하는 제2공정과 상기 칩 형태의 PET을 세척하는 제3공정과 상기 세척된 칩 형태의 PET을 디-시스테인(D-cysteine)이 포함된 용액과 교반하여 반응시키는 제4공정과 상기 반응이 완료된 칩 형태의 PET을 건조하는 제5공정과 상기 건조된 칩 형태의 PET을 용융시켜 재활용 PET를 제조하는 제6공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제3공정은 상기 칩 형태의 PET을 2중량%의 수산화나트륨 수용액으로 1차 세척하는 제1단계와 상기 칩 형태의 PET을 테트라클로로에틸렌(TCE)을 이용하여 2차 세척하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제4공정은, 1~30 중량%의 디-시스테인(D-cysteine)수용액과 아세트알데히드를 메탄올에 용해시켜 1~10중량%의 용액을 제조하는 제1단계와 상기 디-시스테인(cysteine)이 포함된 용액의 pH가 4~8이 되도록 상기 용액에 pH조절제를 넣는 제2단계와 상기 디-시스테인(cysteine)이 포함된 용액과 상기 세척된 칩 형태의 PET을 교반하여 반응시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 제4공정의 교반하여 반응시키는 제3단계는 50℃ 온도에서 약 10분 동안 행해지는 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게, 상기 pH 조절제는 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게, 상기 제5공정은 140~170℃의 온도 조건에서 3시간 내지 7시간 동안 감압 건조하는 공정인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, PET 폐기물에 존재하는 오염물질인 휘발성 물질 또는 올리고머를 효율적으로 제거함으로써, PET의 중합도를 향상시킬 수 있고, 이로 인해 높은 기계적 물성, 치수안정성 및 화학적 안정성이 좋은 PET으로 재활용할 수 있는 등의 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법은 PET 폐기물에서 발생하는 휘발성 물질 또는 올리고머와 같은 오염물질을 줄여 PET를 효율적으로 재활용할 수 있는 화학적 방법에 해당한다. 즉 본 발명은 PET 폐기물의 재활용시 발생되는 휘발성 물질 또는 올리고머를 제거하기 위해 유도체를 첨가하는 것에 관한 것으로, 보다 자세하게는 PET 재활용시 발생되는 휘발성 물질 또는 올리고머의 경우, PET의 분해속도를 증가시키고, 열적 안정성을 감소시키며, 분자량을 감소시켜 PET의 기계적/화학적 물성저하를 초래할 수 있기 때문에, PET 재활용시 발생되는 오염물질인 휘발성 물질 또는 올리고머와 결합이 잘되는 유도체를 첨가함으로써, 휘발성 물질 또는 올리고머를 제거하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해 본 발명에서는 PET 폐기물로부터 제조된 칩 형태의 PET과 유도체를 첨가하여 교반하고, 반응 온도 및 시간을 조절함으로써, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법은 PET 폐기물을 기계적으로 갈아서 칩 형태로 만드는 제1공정과 상기 칩 형태의 PET에서 불순물을 물리적으로 제거하는 제2공정과 상기 칩 형태의 PET을 세척하는 제3공정과 상기 세척된 칩 형태의 PET을 디-시스테인(D-cysteine)이 포함된 용액과 교반하여 반응시키는 제4공정과 상기 반응이 완료된 칩 형태의 PET을 건조하는 제5공정과 상기 건조된 칩 형태의 PET을 용융시켜 재활용 PET를 제조하는 제6공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

먼저, 본 발명에 따른 상기 제1공정인 PET 폐기물을 기계적으로 갈아서 칩 형태로 만드는 공정은 제품으로 만들어진 PET 폐기물을 그라인더와 같은 기기를 사용하여 조각을 내어 칩과 같은 형태로 만는 공정이다.

다음으로, 상기 제2공정인 상기 칩 형태의 PET에서 불순물을 물리적으로 제거하는 공정은 물리적으로 분리가능한 부유물이나 기타 불순물을 제거하는 공정이다.

다음으로, 상기 제3공정인 상기 칩 형태의 PET을 세척하는 공정은 물리적으로 불순물을 제거한 상기 칩 형태의 PET을 세척하는 공정으로서, 상기 칩 형태의 PET을 2중량%의 수산화나트륨 수용액으로 1차 세척하는 제1단계와 상기 칩 형태의 PET을 테트라클로로에틸렌을 이용하여 2차 세척하는 제2단계를 통해 세척한다.

다음으로, 상기 제4공정은 상기 세척된 칩 형태의 PET을 디-시스테인(D-cysteine)이 포함된 용액과 교반하여 반응시키는 공정(이하, "유도체 반응 공정"이라고도 한다.)으로서, 본 발명의 핵심을 이루는 공정이며, 추후 설명하기로 한다.

다음으로, 상기 제5공정은 상기 반응이 완료된 칩 형태의 PET을 건조하는 공정으로서, 140~170℃의 온도 조건에서 3시간 내지 7시간 동안 감압 건조하는 것을 특징으로 하며, 바람직하게는 본 발명과 관련된 산업계에서 요구하는 수준인 수분 함량이 50ppm이하가 되도록 감압 건조하는 것이 바람직하다. 상기 제5공정을 통해 상기 제4공정에서 교반 후 남는 용매와 생성물질(유도체 화합물)들은 제거되며, 극히 일부 잔량의 경우 PET용융 과정에서 제거된다.

마지막으로, 상기 제6공정은 상기 건조된 칩 형태의 PET을 용융시켜 재활용 PET를 제조하는 공정으로서 제6공정을 통해 제조된 PET을 재사용하게 되는 것이다.

일반적으로 재활용 PET 칩의 경우에는 일반 PET칩에 비해 분자량이 감소된 상태이기 때문에 용융공정 하에서 PET의 점도가 떨어지고, 그 결과 용융공정을 통해 생산한 재활용 PET의 경우 열적 분해와 가수분해가 쉽게 일어난다. 즉 재활용 PET칩에 수분이 존재하면, 용융공정 하에서 PET의 분자사슬이 짧게 끊어지게 되고, 이렇게 끊어진 PET의 말단기에는 하이드록실 에스터 그룹이 생기고, 이러한 하이드록실 에스터 그룹은 올리고머나 휘발성 물질이 생성될 수 있도록 촉매 역할을 하게 된다. 이 밖에도 이러한 분자사슬이 끊어지는 과정에서는 카르복실산 말단기, 히드록실 에스터 말단기, 비닐 에스터 말단기 등도 발생하게 되므로 이러한 올리고머나 휘발성 물질의 경우 PET의 용융온도 이상에서 체류하게 되면, 분자량이 감소하고, 환영 또는 선형 올리고머가 형성되어 열분해가 진행되게 된다.

이에 본 발명에서는 시스테인을 이용하여 재활용 PET 칩 내부에 존재하는 오염물질인 휘발성 물질 또는 올리고머를 유도체로 만들고자 하는 것이다. 본 발명에 사용되는 디-시스테인(D-cysteine)의 구조는 다음 화학식 1과 같다.

[화학식 1]

상술한 바와 같이, 휘발성 물질 또는 올리고머의 말단기는 히드록실 에스터 그룹, 카르복실산 말단기, 히드록실 에스터 말단기, 비닐 에스터 말단기로 되어 있고, 시스테인은 이러한 말단기와 반응하여 유도체를 형성하게 된다. 이러한 유도체는 질량 크로마토그래피를 이용하여 전후의 말단기에 대한 질량을 분석 비교함으로써, 유도체 형성의 효과를 확인할 수 있다.

하기 반응식 1에 시스테인과 알데히드의 반응 메커니즘을 나타내었다.

[반응식 1]

상기 시스테인은 알데히드와 반응하면, 치아졸리딘 카복실산이 생성되는데, 이러한 치아졸리딘 카복실산은 알데히드의 알킬기에 따라 메탄알, 에탄알, 프로판알, 부탄알, 펜탄알 헥산알, 헵탄알, 옥탄알의 유도체 화합물을 생성하게 된다. 각각의 유도체 화합물에 대해 질량 스펙트로미터를 이용하여 질량분석을 하면, 각 유도체에 대한 질량을 확인할 수 있다. 이러한 유도체를 만드는 과정 중에 재활용 PET에 존재하는 휘발성 물질 또는 올리고머에 대한 유도체를 만드는 또 다른 효율적인 방법으로는 시스테인의 함량 이외에도 반응온도, 반응시간을 조절하여 효율을 높일 수 있다.

상기 시스테인은 화학적으로 지극히 활성이 높은 설포히드릴기를 가지고 있으며, 공업적으로 추출법에 주로 사용되는 화학물질이다. 본 발명에서는 D-시스테인을 이용하여 알데히드의 유도체를 만들고자 한다. 알데히드의 카보닐 부분은 D-시스테인과 반응하여 히드라존을 만들고, 이러한 반응은 수분 하에서 단순하고 빠르게 반응한다. 시스테인의 치올 그룹은 친핵제로 알데히드의 카보닐 부분과 반응하고, 시스테인의 아미노 그룹은 지속적으로 중간 유도체의 히드록실 그룹과 반응한다. 이러한 반응은 수분산 하에서는 알코올 하에서 쉽고 빠르게 반응한다.

본 발명에 따른 상기 제4공정은, 1~30 중량%의 디-시스테인(D-cysteine)수용액과 아세트알데히드를 메탄올에 용해시켜 1~10중량%의 용액을 제조하는 제1단계와 상기 디-시스테인(cysteine)이 포함된 용액의 pH가 4~8이 되도록 상기 용액에 pH조절제를 넣는 제2단계와 상기 디-시스테인(cysteine)이 포함된 용액과 상기 세척된 칩 형태의 PET을 교반하여 반응시키는 제3단계를 통해 이루어지는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 pH 조절제는 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 유도체 형성과정에서는, pH 4~8의 수준에서 유도체 형성이 잘 이루어지기 때문에 상기 범위로 pH를 맞추는 것이 바람직하다. 즉 Cysteine과 알데히드의 경우, 산성분위기 또는 염기성 분위기 하에서는 유도체 형성이 잘 되지 않기 때문에, pH를 4~8, 바람직하게는 5~8로 맞추는 것이 바람직하다.

또한 상기 제4공정의 교반하여 반응시키는 상기 제3단계는 50℃ 온도에서 약 10분 동안 행해지는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 그에 따른 효과를 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

본 실시예에서는 PET 폐기물을 그라인더를 사용하여 칩 형태로 만든 다음 상기 칩 형태의 PET에서 불순물을 물리적으로 제거한 후 상기 칩 형태의 PET을 세척(2중량%의 수산화나트륨 수용액으로 1차 세척한 후 테트라클로로에틸렌을 이용하여 2차 세척)하였다. 그런 다음 상기 세척된 칩 형태의 PET을 디-시스테인(D-cysteine)이 포함된 용액(탄산수소나트륨을 사용하여 pH 6이 되도록 함)으로서 하기 표 1, 제조예 2의 디-시스테인(D-cysteine)이 포함된 용액과 교반하여 반응시키는 유도체 반응공정을 50℃의 온도에서 약 10분간 진행하였다. 다음으로 반응을 완료한 칩 형태의 PET을 135℃에서 6시간 감압건조(1.3hPa)한 후, 이를 압출기로 공급한 다음, 약 280℃에서 시트 상으로 용융압출하고, 표면온도 20℃로 유지한 금속롤 상에서 급냉 고화하여 캐스팅필름을 얻었다. 다음으로, 이 캐스팅필름을 가열된 롤 군(roll group) 및 적외선 히터 1OO℃로 가열하고, 그 후 주속차가 있는 롤 군으로 종방향으로 3.2배 연신비로 연신하여 일축배향 PET 필름을 얻은 후, 이 일축배향 PET 필름을 클립으로 단부에 파지하고, 열풍영역으로 도입하고, 건조하였다. 그 후 130℃에서 횡방향으로 3.2배 연신비로 연신하고, 240℃에서 열고정한 다음, 200℃에서 3%의 횡완화하였다. 이렇게 하여 폴리에스테르 필름을 얻어 휘발성 물질 또는 올리고머 함유량을 비교하였다.

하기의 구체적인 실시예 1 내지 3을 통하여 유도체를 형성하기 위한 D-cysteine의 수용액 함량, 반응온도, 반응시간의 효율적인 조건을 확인할 수 있었다.

본 실시예에 사용된 물질에 대한 정보는 다음과 같다.

D(+)-Cysteine(99%, Sigma-Aldrich, St.louis, MO, USA)

아세트알데히드(ethanal, 99.5%, Sigma-Aldrich, St.louis, MO, USA)

또한, 하기 표 1은 "디-시스테인(D-cysteine)이 포함된 용액"의 조성을 제조하는 제조예이다.

제조예	D-cysteine 수용액		solvent	함량 비율 수용액 : solvent
제조예	D-cysteine함량 (wt%)	물 함량 (wt%)	아세트알데히드 : 메탄올 비율
1	1	99	5:1	1:99
2	5	95		3:97
3	10	90		5:95
4	20	80		7:93
5	30	70		10:90

[ 실시예 1]

본 실시예 1에서는 유도체를 형성하기 위한 D-cysteine의 수용액 함량을 변경하여 얻어진 유도체 화합물의 질량을, 질량 스펙트로미터를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

D-cysteine의 함량(중량%)	유도체 화합물 (mg/L)
1	131.01
3	147.03
5	161.05
10	175.06
20	189.08
30	203.09

[실시예 2]

본 실시예 2에서는 상기 실시예 1에서 5중량% D-cysteine 수용액을 이용하여, 칩 형태의 PET 폐기물과 D-cysteine 수용액을 교반하여 반응시키는 온도를 변경하여 얻어진 유도체 화합물을 질량을, 질량 스펙트로미터를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

반응 온도(℃)	유도체 화합물 (mg/L)
10	135.02
20	137.04
30	140.01
40	144.03
50	147.03
60	145.08
70	142.07
80	140.09

상기 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 칩 형태의 PET 폐기물과 D-cysteine 수용액을 교반하여 반응시키는 온도가 50℃일 때 유도체 화합물이 가장 많이 생성됨을 확인할 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예 3에서는 상기 실시예 1과 실시예 2에서 5중량% D-cysteine 수용액 함량과 50℃의 조건을 이용하여, 칩 형태의 PET 폐기물과 D-cysteine 수용액을 교반하여 반응시키는 반응시간을 변경하여 얻어진 유도체 화합물의 질량을, 질량 스펙트로미터를 이용하여 측정하고, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.

반응 시간(min)	유도체 화합물 (mg/L)
5	142.02
10	147.03
20	147.02
30	147.01
40	147.01
50	147.01

상기 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 칩 형태의 PET 폐기물과 D-cysteine 수용액을 교반하여 반응시키는 온도 50℃에서 반응시간이 10분일 때 유도체 화합물이 가장 많이 생성됨을 확인할 수 있다.

[실험예]

[실험예 1]

상기 실시예 1 내지 실시예 3에서 얻어진 유도체 화합물을 이용하여 질량 스펙트로미터를 이용하여 유도체 화합물의 질량을 측정하였다. 질량 스펙트로미터는 50.0mm X 2.1mm C18 컬럼을 사용하며, 컬럼의 포어 크기는 1.8㎛를 사용하여, 흐름속도를 0.2ml/min으로 하였다. 질량 스펙트로미터의 건조 가스는 325℃에서 8ml/min, 분무 압력은 45psi로 하였다.

[실험예 2]

본 실험예 2에서는 유도체를 형성하기 위한 D-cysteine의 수용액 함량을 변경하여 얻어진 유도체 화합물의 pH를 측정하여 그 결과를 다음 표 5에 나타내었다. pH측정은 당업계에서 일반적으로 사용하는 pH meter를 사용하여 측정하였다.

D-cysteine 수용액 (중량%)	pH
1	5.4
3	6.3
5	7.2
10	8.4
20	9.1
30	9.8

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법에 의하면 PET 폐기물에 존재하는 오염물질인 휘발성 물질 또는 올리고머를 제거하기 위해 적용되는 유도체를 적용하는 유도체 반응공정은 단순하고 반응이 빠르며, 유도체 공정을 완료한 재활용 PET의 점도 감소와 분자량 감소를 최소화할 수 있다.

본 명세서에서는 본 발명자들이 수행한 다양한 실시예 가운데 몇 개의 예만을 들어 설명하는 것이나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고, 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

Claims

폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법에 있어서,
PET 폐기물을 기계적으로 갈아서 칩 형태로 만드는 제1공정과,
상기 칩 형태의 PET에서 불순물을 물리적으로 제거하는 제2공정과,
상기 칩 형태의 PET을 세척하는 제3공정과,
상기 세척된 칩 형태의 PET을 디-시스테인(D-cysteine)이 포함된 용액과 교반하여 반응시키는 제4공정과,
상기 반응이 완료된 칩 형태의 PET을 건조하는 제5공정과,
상기 건조된 칩 형태의 PET을 용융시켜 재활용 PET를 제조하는 제6공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3공정은 상기 칩 형태의 PET을 2중량%의 수산화나트륨 수용액으로 1차 세척하는 제1단계와,
상기 칩 형태의 PET을 테트라클로로에틸렌을 이용하여 2차 세척하는 제2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법.
제1항에 있어서,
상기 제4공정은,
1~30중량%의 디-시스테인(D-cysteine)수용액과 아세트알데히드를 메탄올에 용해시켜 1~10중량%의 용액을 제조하는 제1단계와,
상기 디-시스테인(cysteine)이 포함된 용액의 pH가 4~8이 되도록 상기 용액에 pH조절제를 넣는 제2단계와,
상기 디-시스테인(cysteine)이 포함된 용액과 상기 세척된 칩 형태의 PET을 교반하여 반응시키는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법.
제3항에 있어서,
상기 제4공정의 교반하여 반응시키는 제3단계는 50℃ 온도에서 약 10분 동안 행해지는 것을 특징으로 하는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법.
제3항에 있어서,
상기 pH 조절제는 탄산수소나트륨인 것을 특징으로 하는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제5공정은 140~170℃의 온도 조건에서 3시간 내지 7시간 동안 감압 건조하는 공정인 것을 특징으로 하는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 폐기물의 재활용 방법.