KR20160099306A - 화학적 및 물리적 분리를 이용한 ｐｖｂ 재활용 방법 및 장치 - Google Patents

화학적 및 물리적 분리를 이용한 ｐｖｂ 재활용 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐유리에서 분리된 PVB에 잔류하는 컬릿과 미립유리를 완전히 제거하는 재활용 방법에 관한 것으로, 폐유리에서 수거된 폐PVB 필름에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 제거하는 PVB 재활용 방법으로서, 수조 속에 담긴 분리액에 폐PVB를 침지하는 단계; 상기 폐PVB가 침지된 분리액을 교반하여, 폐PVB에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 분리하는 단계; 및 컬릿과 미립유리가 분리된 PVB를 회수하는 단계를 포함하고, 상기 분리액에는 비이온계면활성제가 포함되어 화학적 방법으로 분리를 수행하는 동시에, 상기 수조의 내벽에 형성된 하나 이상의 돌출부에 의해서 상기 분리액을 교반하는 과정에서 물리적 방법으로 분리가 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 폐PVB가 침지된 분리액을 돌출부가 형성된 수조에서 교반함으로써, 화학적 분리 방법과 물리적 분리 방법이 함께 적용되어 분리 효율이 크게 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 단일 공정으로 컬릿과 미립유리가 완전히 분리된 PVB를 회수할 수 있기 때문에 PVB 재활용에 필요한 공정비용을 크게 줄일 수 있다.

Description

화학적 및 물리적 분리를 이용한 ＰＶＢ 재활용 방법 및 장치{RECYCLING METHOD AND APPARATUS FOR PVB}
본 발명은 폐유리에서 PVB(polyvinylbutyral)를 회수하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 잔존하는 컬릿과 미세유리를 완전히 제거한 PVB를 회수하기 위한 방법에 그에 사용되는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 PVB는 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol)과 부티르알데하이드(butyraldehyde)를 응결 반응시켜 만든 거대 분자 물질로서 안전유리, 바인더, 도료등으로 사용되고 있다. 이러한 PVB는 산과 알칼리에 대한 내구성이 강할 뿐만 아니라, 일반적으로 판유리와 PVB 필름과의 수소결합으로 접착력이 우수하여 비산 방지를 목적으로 유리의 중간막으로 사용되고 있다. PVB를 중간막으로 사용하는 유리는 자동차, 건축, 항공우주 분야에서 사용되고 있으며, 이 중 대략 65%가 자동차 전면유리용으로 사용된다.
PVB 중간막을 사용한 유리의 사용량이 증가하면서, 폐유리를 재활용하려는 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만, 대부분이 폐유리에서 PVB 중간막을 제거한 유리를 재활용 하는 기술(대한민국 등록특허 10-0738142, 대한민국 등록특허 10-0801418)이었으며, PVB에 잔류하는 유리에 의해서 PVB를 재활용하지 못하였다. 최근에 폐 PVB로부터 잔존하는 컬릿과 미립유리를 분리하는 기술들(대한민국 등록특허 10-1439133, 대한민국 공개특허 10-2014-0122452, 미국 공개특허 2010-0206005)이 개발되고 있으나, 설비가 복잡하고 PVB에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 완전히 제거하지 못하여 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0738142 대한민국 등록특허 10-0801418 대한민국 등록특허 10-1439133 대한민국 공개특허 10-2014-0122452 미국 공개특허 2010-0206005
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 폐유리에서 분리된 PVB에 잔류하는 컬릿과 미립유리를 완전히 제거하는 재활용 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 PVB 재활용 방법은, 폐유리에서 수거된 폐PVB 필름에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 제거하는 PVB 재활용 방법으로서, 수조 속에 담긴 분리액에 폐PVB를 침지하는 단계; 상기 폐PVB가 침지된 분리액을 교반하여, 폐PVB에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 분리하는 단계; 및 컬릿과 미립유리가 분리된 PVB를 회수하는 단계를 포함하고, 상기 분리액에는 비이온계면활성제가 포함되어 화학적 방법으로 분리를 수행하는 동시에, 상기 수조의 내벽에 형성된 하나 이상의 돌출부에 의해서 상기 분리액을 교반하는 과정에서 물리적 방법으로 분리가 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 비이온계면활성제에 의한 화학적 분리 방법과 수조 내부의 돌출부에 의한 물리적 분리 방법을 동시에 적용하여, 폐PVB에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 완전히 제거하는 것을 특징으로 한다.
이때, 분리액은 비이온계면활성제가 3중량% 포함된 세정액이 20vol% 이상의 농도인 것이 바람직하다. 이보다 적게 포함되는 경우에는 컬릿과 미립유리를 완전히 분리하기 어렵다. 농도의 상한는 특별히 제한되지 않지만, 과도하게 포함되는 경우에 공정비용 상승에 비하여 재활용 효율의 향상은 크지 않으므로, 이를 주의하여 첨가량을 결정한다.
그리고 분리액을 교반하는 과정에서 분리액의 온도가 30℃이상인 것이 바람직하다. 온도가 너무 낮으면 비이온계면활성제의 기능이 저하되어 컬릿과 미립유리를 완전히 분리하기 어렵다. 한편, 분리액의 온도가 높아질수록 컬릿과 미립유리를 분리하는 시간이 단축되지만, 공정비용이 상승하며 또한 과도하게 높이는 경우 분리액이 끓을 수 있으므로 적절한 온도로 교반을 수행한다.
나아가 분리액을 교반하는 속도는 400rpm 이상이고, 교반 공정은 30~60분동안 수행되는 것이 바람직하다. 교반 속도가 400rpm 미만인 경우에는 물리적 분리 효과가 감소하여 분리가 완전히 수행되지 않거나 분리공정의 수행시간이 매우 길어지는 단점이 있다. 또한, 상기한 시간보다 짧게 교반공정을 수행하면 컬릿과 미립유리를 완전히 분리하지 못하는 문제가 있고, 상기한 시간보다 길게 수행하면 공정비용이 늘어나 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 폐PVB가 침지된 분리액을 돌출부가 형성된 수조에서 교반함으로써, 화학적 분리 방법과 물리적 분리 방법이 함께 적용되어 분리 효율이 크게 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 단일 공정으로 컬릿과 미립유리가 완전히 분리된 PVB를 회수할 수 있기 때문에 PVB 재활용에 필요한 공정비용을 크게 줄일 수 있다.
나아가, 본 발명은 폐PVB에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 완전히 제거하여 PVB를 회수함으로써, 고가의 PVB를 낮은 비용으로 재활용할 수 있는 뛰어난 경제적 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예에서 사용된 수조의 내부를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예의 PVB 재활용 장치에 사용된 교반장치를 도시한 도면이다.
도 3은 분리액의 농도에 따른 분리율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 임펠러의 회전속도에 따른 분리율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 분리액의 온도에 따른 분리율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 공정 시간에 따른 분리율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명은 분리액에 폐PVB를 침지시킨 상태에서 분리액을 교반하되, 분리액이 교반되는 수조의 내부에 돌출부를 형성하여 물리적 힘에 의한 분리효과를 추가한 것을 특징으로 한다.
먼저, 물리적 분리력을 추가하기 위한 수조와 교반장치의 구조를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예에서 사용된 수조의 내부를 도시한 도면이다.
도시된 것과 같이, 본 실시예에서 사용된 수조(10)는 내벽에 6개의 돌출부(12)가 형성되어 있으며, 돌출부(12)가 돌출된 길이는 10mm 이다. 이러한 수조(10)에 폐PVB와 분리액을 넣고 교반하면, 일반적인 수조에서 교반하는 것에 비하여 돌출부(12)에 의한 와류와 충돌에 의한 힘으로 인하여 물리적 분리방법이 추가적으로 가해진다.
도 2는 본 실시예의 PVB 재활용 장치에 사용된 교반장치를 도시한 도면이다.
교반장치(20)는 PVB 회수장치의 위쪽에 고정되며, 분리액을 교반하기 위하여 수조 내측에 위치하는 임펠러(22)와 임펠러(22)를 회전시키기 위한 구동부(24)로 구성된다. 본 실시예에서는 수조내의 분리액을 전체적으로 고르게 교반하기 위하여 높이를 달리한 3개의 임펠러(22)가 동일한 회전축(26)에서 회전하도록 하였다.
본 실시예의 PVB 재활용 방법은 비이온계면활성제를 첨가한 분리액을 사용하여 컬릿과 미립유리를 분리하기 위한 화학적 방법을 상기한 구조의 수조와 교반장치를 사용하는 물리적 방법과 함께 적용한다. 비이온계면활성제는 이온화하는 원자단을 분자 중에 갖고 있지 않기 때문에 수용액으로 되어도 해리되지 않는 계면 활성제이며, 거품이 일고 세정 능력이 우수하다.
세정제로서 비이온계면활성제를 3중량부 포함하는 순정케미컬사의 DC-201 제품을 물에 혼합한 분리액을 사용하여 다양한 공정조건에서 폐PVB에서 컬릿과 미립유리를 분리하기 위한 분리공정을 수행하였다.
<분리액의 농도에 따른 분리효율>
도 3은 분리액의 농도에 따른 분리율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
분리액에 포함된 세정액의 농도를 0 vol.%, 10 vol.%, 20 vol.%, 30 vol.%로 달리하여 분리공정을 실시하였다. 이때, 임펠러의 회전속도는 400rpm이고, 온도는 20℃이었으며, 공정은 30분간 수행되었다.
도시된 것과 같이, 세정이 전혀 포함되지 않는 경우에 비하여 세정이 추가됨으로써 분리율이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 특히 30 vol%의 세정액이 포함된 경우, 20 vol%의 세정액이 추가된 경우에 비하여 급격하게 분리효율이 향상된 것을 확인할 수 있다.
<임펠러의 회전속도에 따른 분리효율>
도 4는 임펠러의 회전속도에 따른 분리율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
임펠러의 회전속도를 200rpm, 300rpm, 400rpm, 500rpm, 600rpm으로 달리하여 분리공정을 실시하였다. 이때, 분리액의 농도는 20 vol%이고, 온도는 20℃이었으며, 공정은 30분간 수행되었다.
도시된 것과 같이, 임펠러의 회전속도가 200~300rpm인 범위에서는 회전속도의 증가에 따른 분리효율의 증가가 거의 없으나, 400rpm 이상의 회전시키는 경우에 분리효율이 높아지는 결과를 나타내었다.
<온도에 따른 분리효율>
도 5는 분리액의 온도에 따른 분리율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
분리액의 온도를 20℃, 35℃, 50℃, 65℃로 달리하여 분리공정을 실시하였다. 이때, 분리액의 농도는 20 vol%이고, 임펠러의 회전속도는400rpm이었으며, 공정은 30분간 수행되었다.
용액의 온도가 20℃에서 50℃까지 증가하는 동안에는 분리효율이 급격하게 증가하지만, 50℃에서 97%이상의 분리효율은 나타내기 때문에 이후에는 온도 증가에 따른 효율 향상이 많이 일어나지는 않는다.
<공정 시간에 따른 분리효율>
도 6은 공정 시간에 따른 분리율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
공정 시간을 30분, 60분, 90분, 120분으로 달리하여 분리공정을 실시하였다. 이때, 분리액의 농도는 20 vol%이고, 임펠러의 회전속도는400rpm이었으며, 공정 온도는 20℃에서 수행되었다.
공정 수행 시간이 길어질수록 분리효율이 높아지는 것을 알 수 있다. 하지만 90분을 넘어가는 경우에는 분리효율이 향상되는 정도가 낮아지고 있다. 공정시간이 길어지면, 비이온계면활성제가 작용하는 시간이 길어지고 돌출부에 의한 물리적 힘도 오래 가해져서 분리율이 높아지지만, 일정한 한계가 있는 것을 알 수 있으며, 세정액의 농도에 따른 한계로 생각된다.
이상에서 설명한 공정 조건 및 분리효율을 표 1에 표시하였다.
변수 조건 분리율(%) 회전수 온도 시간 농도
농도
(vol.%)		 0 21.39 400 20 30 0
10 29.54 400 20 30 10
20 38.16 400 20 30 20
30 86.09 400 20 30 30
회전수
(rpm)		 200 34.20 200 20 30 20
300 35.92 300 20 30 20
400 38.16 400 20 30 20
500 43.65 500 20 30 20
600 50.89 600 20 30 20
온도
(℃)		 R.T. 38.16 400 20 30 20
35 72.39 400 35 30 20
50 97.26 400 50 30 20
65 100.00 400 65 30 20
시간
(min)		 30 38.16 400 20 30 20
60 60.04 400 20 60 20
90 81.12 400 20 90 20
120 89.33 400 20 120 20
여러 가지 조건 중에서 용액온도가 65℃의 고온인 경우에 400rpm의 임펠러 회전수와 20 vol%의 농도 및 30분의 공정시간에서 100%의 분리율을 나타내었다.
조건의 변화에 따른 분리효율에 영향을 많이 미치는 조건은 용액의 온도였지만, 세정액의 농도가 20vol% 미만인 경우에는 화학적 반응의 한계로 인하여 100%의 분리율은 기록하지 못하였다. 반면에 임펠러의 회전속도가 400rpm 보다 느린 경우에는 완전한 분리를 위하여 너무 오랜 시간이 걸리는 단점이 있다. 따라서 20vol% 이상의 세정액 농도를 갖는 분리액을 사용하여 30℃ 이상의 용액온도에서 분리공정을 수행하고, 400rpm 이상의 임펠러 회전속도로 30~60분의 시간동안 교반을 수행하는 것이, 컬릿과 미립유리가 완전히 분리된 PVB를 회수하기에 적합하다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 수조 12: 돌출부
20: 교반장치 22: 임펠러
24: 구동부 26: 회전축

Claims (7)

  1. 폐유리에서 수거된 폐PVB 필름에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 제거하는 PVB 재활용 방법으로서,
    수조 속에 담긴 분리액에 폐PVB를 침지하는 단계;
    상기 폐PVB가 침지된 분리액을 교반하여, 폐PVB에 잔존하는 컬릿과 미립유리를 분리하는 단계; 및
    컬릿과 미립유리가 분리된 PVB를 회수하는 단계를 포함하고,
    상기 분리액에는 비이온계면활성제가 포함되어 화학적 방법으로 분리를 수행하는 동시에, 상기 수조의 내벽에 형성된 하나 이상의 돌출부에 의해서 상기 분리액을 교반하는 과정에서 물리적 방법으로 분리가 수행되는 것을 특징으로 하는 화학적 및 물리적 분리를 이용한 PVB 재활용 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리액은 비이온계면활성제가 3중량% 포함된 세정액이 20vol% 이상의 농도인 것을 특징으로 하는 화학적 및 물리적 분리를 이용한 PVB 재활용 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분리하는 단계에서, 상기 분리액의 온도가 30℃이상인 것을 특징으로 하는 화학적 및 물리적 분리를 이용한 PVB 재활용 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 분리하는 단계에서, 분리액을 교반하는 속도가 400rpm 이상인 것을 특징으로 하는 화학적 및 물리적 분리를 이용한 PVB 재활용 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 분리하는 단계가 30~60분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 화학적 및 물리적 분리를 이용한 PVB 재활용 방법.
  6. 청구항 1의 재활용 방법을 적용하기 위한 PVB 재활용 장치로서,
    폐유리에서 수거된 폐PVB가 침지된 분리액이 담기는 수조; 및
    상기 폐PVB가 침지된 분리액을 교반하는 교반장치를 포함하며,
    상기 수조의 내벽에 하나 이상의 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 및 물리적 분리를 이용한 PVB 재활용 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 교반장치가 상기 수조 내부에 위치할 수 있는 임펠러와 상기 임펠러를 회전시키는 구동부로 구성된 것을 특징으로 하는 화학적 및 물리적 분리를 이용한 PVB 재활용 장치.
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