KR20160099912A - Selective separation method of polyvinyl chloride by froth flotation system with microwave treatment - Google Patents

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이병규
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이치현
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Abstract

The present invention relates to a method for selectively separating polyvinyl chloride, which causes acid gas, dioxin, carcinogen, etc., generated during an incineration process, among waste plastics. According to the present invention, the method for selectively separating polyvinyl chloride comprises the following steps: primarily separating heavy plastics from light plastics among mixed plastics by using a gravity separation method with an aqueous solution; surface treating the separated heavy plastics using microwaves; placing the resultant products in a froth flotation reactor, and floating the same by using an air pump; and controlling the speed of an agitator to selectively separate the polyvinyl chloride among the heavy plastics depending on whether the plastic is floated or not due to the surface hydrophilicity development difference. The method for selectively separating polyvinyl chloride: consumes energy relatively less than existing techniques; does not use chemicals; has almost no harmful effects; and can separate the polyvinyl chloride with high efficiency at low costs.

Description

마이크로파와 기포 부상 시스템을 이용한 폴리염화비닐의 선택적 분리방법{Selective separation method of polyvinyl chloride by froth flotation system with microwave treatment}{Selective separation method of polyvinyl chloride by froth flotation system with microwave treatment using microwave and bubble floating system}

본 발명은 현재 산업폐기물 및 도시 쓰레기의 소각 시 포함되거나, 시멘트 소성로 등에서 소각 연료로 사용되고 있는 폐플라스틱 혼합물로부터, 소각과정에서 발생되는 산성가스, 다이옥신 및 발암물질 등의 발생 원인이 되는 폴리염화비닐(PVC)을 선택적으로 분리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polyvinyl chloride (hereinafter referred to as " polyvinyl chloride ") which is a cause of generation of acid gas, dioxin and carcinogenic substances generated during the incineration process, from waste plastics mixture which is presently contained in incineration of industrial wastes and municipal wastes, RTI ID = 0.0 > PVC). ≪ / RTI >

더욱 상세하게는, 본 발명은 수용액에 의한 비중 분리방법을 이용하여 플라스틱 혼합물로부터 가벼운 플라스틱과 무거운 플라스틱을 먼저 분리하고, 분리된 무거운 플라스틱 혼합물에 마이크로파를 적용하여 플라스틱들의 표면 특성을 변화시킨 다음, 소형 공기펌프와 교반기가 장착된 기포 부상 시스템을 이용하여 마이크로파 표면 처리된 플라스틱을 부상시키되, 교반기 속도를 조절하여 표면 친수성 차이에 의한 부상여부에 따라 무거운 플라스틱 중에서 폴리염화비닐을 선택적으로 분리하는 방법에 관한 것이다.
More particularly, the present invention relates to a method of separating light plastic and heavy plastic from a plastic mixture using a specific gravity separation method using an aqueous solution, applying microwave to the separated heavy plastic mixture to change the surface characteristics of the plastics, A method for selectively separating polyvinyl chloride from a heavy plastic according to the surface hydrophilicity difference by floating the microwave surface treated plastic by using a bubble float system equipped with an air pump and a stirrer, will be.

기존에 기포 부상방법을 통해 플라스틱들로부터 폴리염화비닐을 선택적으로 분리하기 위한 전처리 방법으로서, 화학약품, 불꽃 그리고 오존 등으로 폐플라스틱 표면을 처리하는 기술들이 소개되었다.Techniques for treating waste plastic surfaces with chemicals, flame, and ozone have been introduced as pretreatment methods for selectively separating polyvinyl chloride from plastics by conventional bubble lifting methods.

그 중에서 화학약품을 이용한 전처리 방법은 약산성이나 약알칼리성 용액에 플라스틱을 넣은 후 일정 시간 동안 교반만 시켜주면 되는 간단한 방법이지만, 플라스틱 표면 특성을 충분히 변화시켜 주기 위해서는 장시간이 소요되고, 사용 후 화학약품이 포함되어 있는 폐수를 처리해야 하는 문제가 발생된다.Among them, the pretreatment method using a chemical is a simple method in which plastic is put into a weakly acidic or weakly alkaline solution and then stirred only for a certain period of time. However, it takes a long time to sufficiently change the plastic surface characteristics, There arises a problem that the wastewater contained therein must be treated.

그리고 불꽃을 이용한 전처리 방법은 플라스틱을 컨베이어 벨트 위에 올려놓고, 불꽃 아래로 지나가게 하면서 표면을 처리하는 방법이다. 그러나 이 불꽃처리 방법으로는 플라스틱의 한쪽 표면만 처리되기 때문에 기포 부상방법 적용 시 폴리염화비닐의 분리 효율이 떨어지고, 컨베이어 벨트 작동 시의 전기 사용과 불꽃 발생을 위한 연료의 사용으로 인해 처리 비용이 많이 소요되며, 불꽃을 사용하기 때문에 언제나 화재의 위험이 따른다.And the flame pretreatment method is to treat the surface while placing plastic on the conveyor belt and passing it under the flame. However, since only one surface of the plastic is treated by this flame treatment method, the efficiency of separation of polyvinyl chloride is lowered when the bubble float method is applied and the processing cost is high due to the use of electricity during the operation of the conveyor belt and the use of fuel for generating flame Because fireworks are used, there is always a risk of fire.

또한 오존을 이용한 전처리 방법은 기포 부상 시스템에 바로 오존을 공급하여 플라스틱 표면을 처리하는 장점이 있지만, 오존 발생장치가 고가이고, 플라스틱 표면 처리 후 오존은 공기 중으로 배출되기 때문에 공기를 오염시키는 문제가 발생된다.
In addition, the pretreatment method using ozone has an advantage of treating the plastic surface by directly supplying ozone to the bubble floating system, but ozone generation device is expensive, and ozone is discharged into the air after the plastic surface treatment, do.

본 발명의 목적은 기존의 기술들보다 전체적인 시스템 구조가 간단하고 에너지 소비가 비교적 적으며, 화학물질을 사용하지 않고 환경적 악영향이 거의 없으며, 폴리염화비닐을 저비용 및 고효율적으로 분리할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a method of separating polyvinyl chloride at a low cost and a high efficiency with a simple system structure, relatively low energy consumption, no chemical use, little environmental adverse effect, .

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 플라스틱 혼합물을 경량 플라스틱 및 폴리염화비닐을 포함하는 중량 플라스틱으로 분리하는 단계; 분리된 중량 플라스틱을 마이크로파로 처리하는 단계; 및 마이크로파로 처리된 중량 플라스틱을 기포 부상 시스템에 투입한 후 교반속도를 조절하여 폴리염화비닐을 부상시키는 단계를 포함하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a plastic composite, comprising the steps of: separating a plastic mixture into a heavy plastic containing lightweight plastic and polyvinyl chloride; Treating the separated heavy plastic with microwaves; And injecting the microwave treated heavy plastic into the bubble float system, and adjusting the stirring speed to float the polyvinyl chloride.

본 발명에서 경량 플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 발포 플라스틱을 포함할 수 있고, 중량 플라스틱은 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함할 수 있다.In the present invention, the lightweight plastic may include polyethylene, polypropylene, and foam plastic, and the heavy plastic may include polyvinyl chloride, polycarbonate, polymethylmethacrylate, and polyethylene terephthalate.

본 발명에서 물을 이용하여 물보다 비중이 작은 경량 플라스틱 및 물보다 비중이 큰 중량 플라스틱으로 분리할 수 있다.In the present invention, water can be separated into a lightweight plastic having a specific gravity smaller than that of water and a heavyweight plastic having a specific gravity larger than that of water.

본 발명에 따른 방법은 경량 플라스틱 및 중량 플라스틱의 분리 전 또는 후에 플라스틱을 절단 또는 분쇄하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.The method according to the present invention may further comprise cutting or crushing the plastic before or after the separation of the lightweight plastic and the heavyweight plastic.

본 발명에서 마이크로파 처리에 의해 친수성 및 접촉각을 포함하는 플라스틱의 표면 특성을 변화시킬 수 있다.In the present invention, the surface properties of plastics including hydrophilicity and contact angle can be changed by microwave treatment.

본 발명에서 마이크로파 처리에 의해 폴리염화비닐과 다른 플라스틱의 접촉각 차이를 5도 이상으로 할 수 있다.In the present invention, the contact angle difference between polyvinyl chloride and other plastics can be made 5 degrees or more by microwave treatment.

본 발명에서 마이크로파 처리시간은 30 내지 120초일 수 있다.In the present invention, the microwave treatment time may be 30 to 120 seconds.

본 발명에서 마이크로파는 마그네트론을 이용하여 발생시킬 수 있고, 마이크로파의 주파수는 1000 내지 4000 MHz일 수 있다.In the present invention, the microwave can be generated using a magnetron, and the frequency of the microwave can be 1000 to 4000 MHz.

본 발명에서 기포 부상 시스템은 물을 수용하는 반응기, 기포를 발생시키는 공기 펌프, 및 물과 플라스틱을 교반시키는 교반기를 구비할 수 있다.In the present invention, the bubble floating system may include a reactor for accommodating water, an air pump for generating bubbles, and an agitator for stirring water and plastic.

본 발명에서 기포는 0.05 내지 5 L/min의 속도로 발생시킬 수 있다.In the present invention, bubbles can be generated at a rate of 0.05 to 5 L / min.

본 발명에서 교반속도는 100 내지 300 rpm일 수 있다.In the present invention, the stirring speed may be 100 to 300 rpm.

본 발명에서 폴리염화비닐을 40% 이상 부상시킬 수 있다.
In the present invention, polyvinyl chloride can be floated by 40% or more.

본 발명은 플라스틱의 표면 처리를 위해 마이크로파 발생장치를 이용하기 때문에, 기존의 기술들보다 전체적인 시스템 구조가 간단하고 에너지 소비가 비교적 적다. 또한, 화학물질의 사용 없이 마이크로파에 의해 물리적으로 플라스틱 표면을 처리하여 친수성 정도의 차이를 만들기 때문에 환경적 악영향이 거의 없다. 또한, 표면 처리된 플라스틱에 대해 공기를 이용한 단순 부상기술을 사용하므로, 독성이 있는 오존이나 화학물질의 사용에 따른 기존 기술의 단점을 크게 보완할 수 있다. 그리고 수용액 내에서 교반속도를 조절하므로 교반에 따른 에너지 비용을 줄일 수 있고, 어려움을 겪던 기존 방법과 달리, 무거운 플라스틱 혼합물에서 폴리염화비닐을 저비용 및 고효율적으로 분리할 수 있기 때문에 매우 독창적인 발명이라고 할 수 있다.
Since the present invention uses a microwave generator for the surface treatment of plastics, the overall system structure is simpler and energy consumption is relatively lower than that of existing technologies. In addition, there is almost no environmental adverse effect because the plastic surface is physically treated by microwaves without the use of chemicals to make a difference in hydrophilicity. In addition, since the surface-treated plastic is made of a simple flotation technique using air, it can largely compensate for the disadvantages of the existing technology due to the use of toxic ozone and chemicals. In addition, since the stirring speed in the aqueous solution is controlled, the energy cost due to the agitation can be reduced. Unlike the conventional method which has suffered difficulties, it is a very original invention because it can separate polyvinyl chloride from a heavy plastic mixture at low cost and high efficiency can do.

도 1은 PVC 플라스틱의 XPS 분석 그래프이다.
도 2는 PMMA 플라스틱의 XPS 분석 그래프이다.
도 3은 PC 플라스틱의 XPS 분석 그래프이다.
도 4는 마이크로파 처리 전과 후의 플라스틱 SEM 이미지이다.
도 5는 PVC 플라스틱의 FT-IR 분석 그래프이다.
도 6은 PVC 플라스틱의 마이크로파 처리 전과 후의 FT-IR 분석 그래프이다.
도 7은 인장모드 C-H 피크에서 마이크로파 처리 전과 후의 PVC 흡광도를 비교한 그래프이다.
도 8은 PMMA 플라스틱의 FT-IR 분석 그래프이다.
도 9는 PMMA 플라스틱의 마이크로파 처리 전과 후의 FT-IR 분석 그래프이다.
도 10은 인장모드 C=O 피크에서 마이크로파 처리 전과 후의 PMMA 흡광도를 비교한 그래프이다.
도 11은 PC 플라스틱의 FT-IR 분석 그래프이다.
도 12는 PC 플라스틱의 마이크로파 처리 전과 후의 FT-IR 분석 그래프이다.
도 13은 인장모드 C-O 피크에서 마이크로파 처리 전과 후의 PC 흡광도를 비교한 그래프이다.
도 14는 마이크로파 처리에 따른 플라스틱의 접촉각을 비교한 그래프이다.
도 15는 마이크로파 처리 전 플라스틱의 기포 부상 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16은 30초 동안 마이크로파로 처리한 플라스틱의 기포 부상 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 17은 60초 동안 마이크로파로 처리한 플라스틱의 기포 부상 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 18은 90초 동안 마이크로파로 처리한 플라스틱의 기포 부상 실험 결과를 나타낸 그래프이다.
1 is an XPS analysis graph of PVC plastic.
2 is an XPS analysis graph of PMMA plastic.
3 is an XPS analysis graph of PC plastic.
4 is a plastic SEM image before and after microwave treatment.
5 is an FT-IR analysis graph of PVC plastic.
6 is an FT-IR analysis graph of the PVC plastic before and after microwave treatment.
FIG. 7 is a graph comparing the absorbance of PVC before and after microwave treatment in tensile mode CH peaks.
8 is an FT-IR analysis graph of PMMA plastic.
9 is an FT-IR analysis graph of PMMA plastics before and after microwave treatment.
10 is a graph comparing the PMMA absorbance before and after the microwave treatment in the tensile mode C = O peak.
11 is an FT-IR analysis graph of PC plastic.
12 is an FT-IR analysis graph of the PC plastic before and after the microwave treatment.
13 is a graph comparing the absorbance of PC before and after the microwave treatment at the tensile mode CO peak.
14 is a graph comparing the contact angles of plastics according to the microwave treatment.
Fig. 15 is a graph showing the experimental results on the bubble part of the plastic before the microwave treatment.
FIG. 16 is a graph showing the results of experiments on a bubble part of a plastic treated with a microwave for 30 seconds.
17 is a graph showing the results of experiments on the bubble part of a plastic treated with microwave for 60 seconds.
18 is a graph showing the results of experiments on a bubble part of a plastic treated with microwave for 90 seconds.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 마이크로파와 기포 부상 시스템을 이용한 폴리염화비닐의 선택적 분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for selectively separating polyvinyl chloride using a microwave and bubble floating system.

본 발명에 따른 폴리염화비닐의 선택적 분리방법은 플라스틱 혼합물을 경량 플라스틱 및 폴리염화비닐을 포함하는 중량 플라스틱으로 분리하는 단계; 분리된 중량 플라스틱을 마이크로파로 처리하는 단계; 및 마이크로파로 처리된 중량 플라스틱을 기포 부상 시스템에 투입한 후 교반속도를 조절하여 폴리염화비닐을 부상시키는 단계를 포함할 수 있다.A method of selectively separating polyvinyl chloride according to the present invention comprises the steps of separating a plastic mixture into a heavy plastic containing lightweight plastic and polyvinyl chloride; Treating the separated heavy plastic with microwaves; And injecting the microwave treated heavy plastic into the bubble float system and adjusting the stirring speed to float the polyvinyl chloride.

1. 비중을 이용한 플라스틱 분리1. Separation of plastic using specific gravity

본 발명의 처리 대상은 플라스틱 폐기물일 수 있고, 플라스틱 폐기물의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 발포 플라스틱(발포 폴리스티렌, 발포 폴리우레탄 등) 등과 같은 경량 플라스틱; 폴리염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등과 같은 중량 플라스틱일 수 있다.The object to be treated of the present invention may be plastic waste, and the kind of plastic waste is not particularly limited. For example, lightweight such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), foamed plastic (expanded polystyrene, foamed polyurethane, plastic; And may be a heavy plastic such as polyvinyl chloride (PVC), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyethylene terephthalate (PET)

경량 플라스틱과 중량 플라스틱은 물의 비중을 기준으로 구분할 수 있는데, 구체적으로 경량 플라스틱은 물보다 비중이 작은 플라스틱이고, 중량 플라스틱은 물보다 비중이 큰 플라스틱일 수 있다. 여기서, 물은 순수한 물뿐만 아니라, 다른 물질이 일부 포함된 수용액까지 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 분류 기준이 되는 물의 비중은 약 1.0±0.2일 수 있다.Lightweight plastics and heavy plastics can be classified based on the specific gravity of water. Specifically, lightweight plastics are plastics having a specific gravity smaller than that of water, and heavy plastics can be plastics having a specific gravity larger than water. Here, water can be interpreted to include not only pure water, but also aqueous solutions containing some other substances. The specific gravity of the water serving as the classification standard may be about 1.0 ± 0.2.

각 플라스틱의 비중을 살펴보면, 저밀도 PE는 약 0.91 내지 0.925, 고밀도 PE는 약 0.941 내지 0.965, PP는 약 0.90 내지 0.91, EPS는 약 0.01 내지 0.1, 연질 PVC는 약 1.16 내지 1.35, 경질 PVC는 약 1.35 내지 1.45, PC는 약 1.20, PMMA는 약 1.18, PET는 약 1.4일 수 있다.The specific gravity of each plastic is about 0.91 to 0.925 for low density PE, about 0.941 to 0.965 for high density PE, about 0.90 to 0.91 for PP, about 0.01 to 0.1 for EPS, about 1.16 to 1.35 for soft PVC, about 1.35 To 1.45, PC to about 1.20, PMMA to about 1.18, and PET to about 1.4.

경량 플라스틱 및 중량 플라스틱은 비중 차이와 물을 이용하여 쉽게 분리할 수 있다. 예를 들어, 물이 들어있는 수조에 플라스틱 혼합물을 투입하면, 물보다 비중이 작은 경량 플라스틱(PE, PP 등)은 떠오르고, 물보다 비중이 큰 중량 플라스틱(PVC, PC, PMMA 등)은 가라앉게 됨으로써, 경량 플라스틱 및 중량 플라스틱을 분리할 수 있다.Lightweight plastics and heavy plastics can be easily separated by using specific gravity difference and water. For example, when a plastic mixture is put into a water tank, lightweight plastic (PE, PP, etc.) with a specific gravity smaller than that of water floats and heavy plastic (PVC, PC, PMMA, etc.) Thereby separating the lightweight plastic and the heavyweight plastic.

경량 플라스틱 및 중량 플라스틱의 분리 전 또는 후에 플라스틱을 절단 또는 분쇄하는 단계를 별도로 수행할 수 있다. 절단 또는 분쇄 방법은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 톱과 니퍼 등을 이용하여 수동으로 수행하거나, 절단기계나 분쇄기계 등을 이용하여 자동으로 수행할 수 있다. 절단 또는 분쇄 크기는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 최대 면적을 기준으로 0.1 내지 100 ㎠일 수 있다.
The step of cutting or crushing the plastic before or after the separation of the lightweight plastic and the heavy plastic can be separately performed. The cutting or grinding method is not particularly limited and may be performed manually, for example, by using a saw and a nipper, or automatically by using a cutting machine or a pulverizing machine. The cutting or crushing size is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 to 100 cm 2 based on the maximum area.

2. 마이크로파 발생장치를 이용한 플라스틱 표면 처리2. Plastic surface treatment using microwave generator

비중을 이용하여 분리한 중량 플라스틱에 대해 마이크로파를 이용하여 표면 처리를 수행한다. 마이크로파 처리에 의해 플라스틱의 표면 특성을 변화시킬 수 있다. 플라스틱의 표면 특성은 친수성 및 접촉각(Contact angle)을 포함할 수 있다. 마이크로파 처리에 의해, 플라스틱 표면의 친수성은 증가할 수 있고, 접촉각은 감소할 수 있다. 플라스틱의 종류에 따라 친수성과 접촉각 변화가 다를 수 있고, 이러한 차이를 이용하여 PVC와 다른 중량 플라스틱을 분리할 수 있다. PVC의 경우, 마이크로파 처리에 의해 다른 플라스틱보다 친수성이 덜 발달할 수 있다.Surface treatment is carried out using microwave for the weight plastic separated by using specific gravity. The surface characteristics of the plastic can be changed by microwave treatment. The surface properties of plastics may include hydrophilicity and contact angle. By the microwave treatment, the hydrophilicity of the plastic surface can be increased, and the contact angle can be reduced. Depending on the kind of plastic, hydrophilicity and contact angle change may be different, and PVC and other heavy plastic can be separated using this difference. In the case of PVC, hydrophilicity can be less developed than other plastics by microwave treatment.

또한, PVC의 경우, 특정 조건에서 마이크로파 처리에 의해 다른 플라스틱과 접촉각의 차이가 커질 수 있다. PVC와 다른 플라스틱의 접촉각 차이가 커질수록, PVC와 다른 플라스틱의 분리가 용이해질 수 있는데, PVC와 다른 플라스틱의 접촉각 차이는 예를 들어 5도 이상, 바람직하게는 10도 이상, 더욱 바람직하게는 15도 이상일 수 있다.In addition, in the case of PVC, the difference in contact angle with other plastics may be increased by microwave treatment under certain conditions. The greater the difference in contact angle between PVC and other plastics, the easier the separation of PVC and other plastics. The difference in contact angle between PVC and other plastics is, for example, at least 5 degrees, preferably at least 10 degrees, Or more.

마이크로파 처리시간은 본 발명에서 특히 중요하다. 실험을 통해 밝혀진 바에 따르면, 마이크로파 처리시간에 따라, 플라스틱 표면의 친수성 및 접촉각 변화가 달라질 수 있다. 마이크로파 처리시간은 예를 들어 30 내지 120초, 바람직하게는 60 내지 110초, 더욱 바람직하게는 80 내지 100초, 가장 바람직하게는 90초일 수 있다. 마이크로파 처리시간이 90초일 경우, PVC와 다른 플라스틱의 접촉각 차이가 15도 이상으로 될 수 있다.The microwave treatment time is particularly important in the present invention. Experiments have shown that the hydrophilicity and contact angle changes of the plastic surface can vary depending on the microwave treatment time. The microwave treatment time may be, for example, 30 to 120 seconds, preferably 60 to 110 seconds, more preferably 80 to 100 seconds, and most preferably 90 seconds. If the microwave treatment time is 90 seconds, the contact angle difference between PVC and other plastics can be more than 15 degrees.

마이크로파는 마그네트론을 이용하여 발생시킬 수 있다. 마이크로파 발생장치로는 일반적으로 가정에서 사용하는 전자레인지 등을 사용할 수 있다. 마이크로파는 극초단파라고도 하며, 주파수 범위는 예를 들어 300 MHz 내지 30 GHz일 수 있다. 전자레인지의 마이크로파 주파수는 예를 들어 1000 내지 4000 MHz일 수 있다. 마이크로파 처리 후에는 플라스틱을 실온으로 냉각시킬 수 있다.
Microwaves can be generated using a magnetron. As the microwave generating apparatus, a microwave oven or the like generally used in the home can be used. Microwaves are also referred to as microwaves, and the frequency range may be, for example, 300 MHz to 30 GHz. The microwave frequency of the microwave oven may be, for example, 1000 to 4000 MHz. After the microwave treatment, the plastic can be cooled to room temperature.

3. 기포 부상 시스템을 이용한 플라스틱 중 폴리염화비닐의 선택적 분리3. Selective Separation of Polyvinyl Chloride in Plastics Using Bubble Floating System

마이크로파로 처리된 중량 플라스틱을 기포 부상 시스템에 투입한 후 교반속도를 조절하여 폴리염화비닐을 부상시킬 수 있다.It is possible to float polyvinyl chloride by controlling the stirring speed after putting the microwave treated heavy plastic into the bubble floating system.

기포 부상 시스템은 물을 수용하는 반응기, 기포를 발생시키는 공기 펌프, 및 물과 플라스틱을 교반시키는 교반기를 구비할 수 있다. 반응기의 크기는 특별히 제한되지 않고, 처리 용량에 따라 적절하게 조절할 수 있다. 반응기의 하부에는 노즐이 설치될 수 있고, 노즐은 관을 통해 공기 펌프와 연결될 수 있다. 공기 펌프로부터 공급된 공기가 노즐을 통과하면서 기포가 생성될 수 있다. 기포 발생 속도는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0.05 내지 5 L/min, 바람직하게는 0.1 내지 1 L/min일 수 있다. 공기 주입 시간은 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 0.1 내지 10분일 수 있다.The bubble floating system may comprise a reactor to contain water, an air pump to generate bubbles, and a stirrer to stir water and plastic. The size of the reactor is not particularly limited and can be appropriately adjusted according to the treatment capacity. A nozzle may be installed in the lower part of the reactor, and the nozzle may be connected to the air pump through a pipe. Bubbles can be generated as the air supplied from the air pump passes through the nozzle. The bubble generation rate is not particularly limited, and may be, for example, 0.05 to 5 L / min, preferably 0.1 to 1 L / min. The air injection time is not particularly limited, and may be, for example, 0.1 to 10 minutes.

교반속도는 마이크로파 처리시간과 함께 본 발명에서 특히 중요하다. 실험을 통해 밝혀진 바에 따르면, 교반속도에 따라, PVC의 분리 효율이 달라질 수 있다. 교반속도는 예를 들어 100 내지 300 rpm, 바람직하게는 200 내지 300 rpm, 더욱 바람직하게는 230 내지 270 rpm, 가장 바람직하게는 250 rpm일 수 있다. 교반속도가 250 rpm일 경우, PVC의 약 80%를 분리할 수 있다.The stirring speed is particularly important in the present invention together with the microwave treatment time. Experiments have shown that the separation efficiency of PVC can vary depending on the stirring speed. The stirring speed may be, for example, 100 to 300 rpm, preferably 200 to 300 rpm, more preferably 230 to 270 rpm, and most preferably 250 rpm. When the stirring speed is 250 rpm, about 80% of the PVC can be separated.

PVC는 마이크로파 처리에 의해 다른 플라스틱보다 친수성이 덜 발달하고, 다른 플라스틱과 접촉각 차이가 커지게 됨에 따라, 기포 부상 시스템에서 물 표면으로 부상할 수 있다. 반면에, 다른 플라스틱은 마이크로파 처리에 의해 PVC보다 친수성이 잘 발달하고, PVC보다 접촉각이 작아짐에 따라, 기포 부상 시스템에서 바닥으로 가라앉을 수 있다. PVC는 가급적 많이 부상시키고, 다른 플라스틱은 가급적 많이 가라앉게 하는 것이 바람직하다. 전체 개수를 기준으로 떠오른 개수의 백분율을 부상율(%)이라고 할 때, PVC 부상율은 적어도 40% 이상, 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상일 수 있다. 다른 플라스틱의 부상율은 40% 이하, 바람직하게는 30% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하일 수 있다.PVC can float from the bubble float system to the water surface as the microwaves process develops less hydrophilicity than other plastics and increases the contact angle difference with other plastics. On the other hand, other plastics are more hydrophilic than PVC by microwave treatment and can sink from the bubble float system to the bottom as the contact angle becomes smaller than that of PVC. It is desirable to float PVC as much as possible, and other plastics to sink as much as possible. When the percentage of the number floating on the basis of the total number is the floating rate (%), the PVC floating rate may be at least 40%, preferably at least 60%, more preferably at least 80%. The floating rate of other plastics may be 40% or less, preferably 30% or less, more preferably 20% or less.

기포 부상 시스템을 이용한 PVC 분리과정을 구체적으로 살펴보면, 기포 부상 반응기에 물을 채우고 교반기와 공기펌프를 연결한다. 마이크로파로 표면 처리된 플라스틱 혼합물(PC, PMMA, PVC 등 포함)을 물이 담긴 반응기에 넣으면, 높은 비중에 의해 모두 바닥에 가라앉게 된다. 반응기에 공기펌프를 이용하여 공기를 공급하면, 반응기 바닥에 장착된 미세 기포 발생장치에 의해 미세 기포가 발생되고, 발생된 기포가 표면 처리된 플라스틱 표면에 붙어 부력에 의해 모든 플라스틱이 수면 위로 떠오른다. 그 다음 교반기를 이용하여 서로 다른 교반 속도로 교반하면서 최적화된 교반속도를 찾게 되고, 플라스틱의 성질, 표면처리 정도 및 교반속도의 차이에 의해 표면에 친수성 그룹이 많이 생성된 PMMA와 PC 등은 수면 아래로 가라앉게 되고, 상대적으로 친수성이 덜 발달된 PVC는 부상상태를 유지하게 된다. 그 다음 스키머(skimmer)와 같은 장치로 부유된 PVC를 걷어내게 되면, 무거운 플라스틱들로부터 PVC를 선택적으로 분리 가능하다.
Specifically, in the process of separating PVC using a bubble float system, water is filled in the bubbling reactor and the stirrer and the air pump are connected. When a microwave-treated plastic mixture (including PC, PMMA, PVC, etc.) is placed in a water-containing reactor, all of it will sink to the bottom due to its high specific gravity. When the air is supplied to the reactor through the air pump, minute bubbles are generated by the micro bubble generator installed at the bottom of the reactor, and the generated bubbles adhere to the surface of the surface-treated plastic. The PMMA and PC, which have a large number of hydrophilic groups on the surface due to the difference in the properties of the plastic, the degree of surface treatment, and the stirring speed, , While relatively less hydrophilic PVC will remain floating. It is then possible to selectively remove PVC from heavy plastics by removing the suspended PVC from a device such as a skimmer.

[실시예][Example]

1. 비중을 이용한 플라스틱 분리1. Separation of plastic using specific gravity

비중 차이와 물을 이용하여 플라스틱 혼합물에서 비중이 1보다 작은 플라스틱과 비중이 1보다 큰 플라스틱을 분리하였다. 비중이 1보다 큰 플라스틱으로는 PC, PMMA 그리고 PVC를 사용하였다.By using the specific gravity difference and water, the plastic mixture was separated from the plastic having a specific gravity smaller than 1 and the plastic having a specific gravity larger than 1. PC, PMMA, and PVC were used as plastic materials with specific gravity greater than 1.

다음, 각각의 플라스틱을 톱과 니퍼를 이용하여 약 1㎝ × 1㎝의 크기로 잘랐다.
Next, each plastic was cut into a size of about 1 cm x 1 cm using a saw and a nipper.

2. 마이크로파 발생장치를 이용한 플라스틱 표면 처리2. Plastic surface treatment using microwave generator

절단된 플라스틱을 일반적으로 가정에서 사용하는 전자레인지(Dongbu Daewoo Electronics Corp., KR-G20EW, 2450 MHz, 1120 W)에 넣고, 각각 30초, 60초, 90초 동안 작동시킨 후 실온에서 냉각시켰다. 그 후 마이크로파 처리에 의한 플라스틱 표면의 특성 변화를 관찰하기 위해, FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy), 접촉각, SEM(Scanning Electron Microscope) 그리고 XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석을 실시하였다.
The cut plastic was put into a microwave oven (Dongbu Daewoo Electronics Corp., KR-G20EW, 2450 MHz, 1120 W) which was generally used in the home, and was operated for 30 seconds, 60 seconds, 90 seconds respectively and then cooled at room temperature. Then, FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), contact angle, scanning electron microscope (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyzes were performed to observe the change of the plastic surface characteristics by microwave treatment.

3. 기포 부상 시스템을 이용한 플라스틱 중 폴리염화비닐의 선택적 분리3. Selective Separation of Polyvinyl Chloride in Plastics Using Bubble Floating System

제작한 기포 부상 반응기에 물 500 mL를 채우고 교반기와 공기펌프를 연결하였다. 표면 처리된 플라스틱 혼합물(PC, PMMA, PVC 등 포함)을 물이 담긴 반응기에 넣었고, 높은 비중에 의해 모두 바닥에 가라앉았다. 반응기에 공기펌프를 이용하여 0.5 L/min의 유량으로 1분 동안 공기를 공급하였고, 반응기 바닥에 장착된 미세 기포 발생장치에 의해 미세기포가 발생되었으며, 발생된 기포가 표면 처리된 플라스틱 표면에 붙어 부력에 의해 모든 플라스틱이 수면 위로 떠올랐다. 그 다음 교반기를 이용하여 서로 다른 교반 속도(50, 100, 150, 200, 250, 300 rpm)로 교반하면서 최적화된 교반속도를 찾았다. 플라스틱의 성질, 표면처리 정도 및 교반속도의 차이에 의해, 표면에 친수성 그룹이 많이 생성된 PMMA와 PC 등은 수면 아래로 가라앉았고, 상대적으로 친수성이 덜 발달된 PVC는 부상상태를 유지하였다. 그 다음 스키머로 부유된 PVC를 걷어냄으로써, 무거운 플라스틱들로부터 PVC를 선택적으로 분리하였다.
500 mL of water was filled in the fabricated flotation reactor, and the stirrer and the air pump were connected. The surface treated plastic mixture (including PC, PMMA, PVC, etc.) was placed in a water containing reactor and all of them were submerged on the bottom due to high specific gravity. Air was supplied to the reactor for 1 minute at a flow rate of 0.5 L / min using an air pump. Micro-bubbles were generated by the micro-bubble generator installed at the bottom of the reactor. The generated bubbles adhered to the surface- All the plastic floated on the surface of the water by buoyancy. Then, the stirring speed was optimized by using a stirrer at different stirring speeds (50, 100, 150, 200, 250 and 300 rpm). Due to the difference in plastic properties, degree of surface treatment, and agitation speed, PMMA and PC with a large number of hydrophilic groups on the surface were submerged below the water surface, and relatively less hydrophilic PVC remained floating. He then selectively removed the PVC from the heavy plastics by removing the PVC suspended by the skimmer.

[시험예][Test Example]

1. XPS 분석 결과1. XPS analysis result

XPS 분석을 통하여 수집한 플라스틱의 종류를 파악하였다. 도 1에서는 C-C 결합, C-H 결합 그리고 C-Cl 결합이 발견되어, 플라스틱 종류가 PVC인 것으로 확인되었다.The types of plastics collected through XPS analysis were identified. 1, C-C bond, C-H bond and C-Cl bond were found, and it was confirmed that the plastic type was PVC.

도 2에서는 C-C 결합, C-H 결합 C-O 결합 그리고 O-C=O 결합이 발견되어, 플라스틱 종류가 PMMA인 것으로 확인되었다.2, C-C bonding, C-H bonding C-O bonding and O-C = O bonding were found, and it was confirmed that the plastic type was PMMA.

도 3에서는 C-C 결합, C-H 결합 C-O 결합 그리고 -O-(C=O)-O- 결합이 발견되어, 플라스틱 종류가 PC인 것으로 확인되었다.
In Fig. 3, CC bond, CH bond CO bond and -O- (C = O) -O- bond were found, confirming that the plastic type was PC.

2. SEM 분석 결과2. SEM analysis results

마이크로파 처리 전과 후, 플라스틱의 표면 변화를 관찰하기 위해서, FE-SEM 장비(JSM-6500F, JEOL)를 이용하여 표면 분석을 실시하였다. 대표적으로 마이크로파로 처리하기 전의 플라스틱 및 마이크로파로 90초 동안 처리한 플라스틱의 SEM 분석 결과를 비교 분석하였다.Before and after microwave treatment, surface analysis was carried out using FE-SEM equipment (JSM-6500F, JEOL) to observe surface changes of plastic. SEM analysis of plastics treated for 90 seconds with plastics and microwaves before and after microwave treatment were compared and analyzed.

도 4는 마이크로파 처리 전과 후의 플라스틱 SEM 이미지로서, a는 처리 전 PVC, b는 90초 처리 후 PVC, c는 처리 전 PMMA, d는 90초 처리 후 PMMA, e는 처리 전 PC, f는 90초 처리 후 PC이다.Fig. 4 is a plastic SEM image before and after the microwave treatment, wherein a is PVC before processing, b is PVC after processing for 90 seconds, c is PMMA before processing, d is PM after processing for 90 seconds, PC after processing.

그 결과, 마이크로파 처리 전의 플라스틱보다 마이크로파로 90초 동안 처리한 플라스틱의 표면에서 미세한 기포가 많이 발견되었다. 이러한 미세한 기포는 접촉각 측정시 물방울을 옆으로 퍼지게 하여 접촉각을 낮아지게 한다.
As a result, a lot of fine bubbles were found on the surface of the plastic treated with microwave for 90 seconds than the plastic before the microwave treatment. These minute bubbles spread water droplets sideways in the contact angle measurement to lower the contact angle.

3. FT-IR 분석 결과3. Results of FT-IR analysis

FT-IR 분석 장비를 이용하여 각 플라스틱의 원소 결합형태와 흡광도를 파악하였다.FT-IR analysis equipment was used to determine the elemental bond form and absorbance of each plastic.

FT-IR 분석 그래프의 Y축은 흡광도를 나타내고, 흡광도에 의해서 플라스틱의 친수성을 확인할 수 있다. 즉, 흡광도가 증가하면 원소 결합 길이가 늘어나고, 원소 결합 길이가 늘어나면 극성이 증가하며, 극성이 증가하면 친수성이 증가하고, 친수성이 증가하면 접촉각이 작아지게 된다. 따라서 흡광도가 증가하면 친수성이 증가하여 접촉각이 작아지게 되는 것이다.The Y-axis of the FT-IR analysis graph shows the absorbance, and the hydrophilicity of the plastic can be confirmed by the absorbance. That is, as the absorbance increases, the element bonding length increases. As the element bond length increases, the polarity increases. When the polarity increases, the hydrophilicity increases. When the hydrophilicity increases, the contact angle decreases. Therefore, as the absorbance increases, the hydrophilicity increases and the contact angle becomes smaller.

결합한 원소들 사이에서 발생할 수 있는 진동모드는 여러 가지가 있는데, 그 중에서 인장모드가 유일하게 원소 결합 길이와 관련이 있다. 각 플라스틱의 FT-IR 분석 그래프에서 가장 높은 비율과 흡광도를 가지고 있는 원소 결합형태의 피크 중, 인장모드 피크를 대상으로 마이크로파 처리 전과 후의 흡광도를 비교 분석하였다.There are several modes of vibration that can occur between bonded elements, of which the tensile mode is the only one associated with the element bond length. In the FT-IR analysis graph of each plastic, the absorbance before and after the microwave treatment was compared and analyzed for the tensile mode peak among the peaks of the element-bonded form having the highest ratio and absorbance.

3.1. PVC3.1. PVC

도 5를 참고하면, FT-IR 분석 결과, PVC에서는 많은 C-H 결합이 확인되었고, C-C 결합과 C-Cl 결합도 확인되었다.Referring to FIG. 5, as a result of FT-IR analysis, many C-H bonds were confirmed in PVC, and C-C bonds and C-Cl bonds were also confirmed.

다른 여러 논문에서 보고한 참고자료에 의하면, PVC 플라스틱의 대표적인 원소 결합형태인 C-H 피크 중에서, 인장모드에 해당하는 피크는 파수(Wavenumber) 2920 cm-1에 해당하는 피크로 확인되었다. 표 1은 PVC 플라스틱의 원소 결합 피크 자료이다.According to the reference data reported in other papers, among CH peaks, which is a typical element-bonded form of PVC plastic, the peak corresponding to the tensile mode was identified as a peak corresponding to a Wavenumber of 2920 cm -1 . Table 1 is the element-binding peak data of PVC plastic.

Wavenumber (㎝-1)Wavenumber (cm -1 ) AssignmentAssignment PVC matrixPVC matrix 29682968 C-H stretching of CHClC-H stretching of CHCl 29112911 C-H stretching of CH2 CH stretching of CH 2 1435, 14261435, 1426 CH2 waggingCH 2 wagging 10971097 C-C stretchingC-C stretching 963963 CH2 rockingCH 2 rocking 690690 C-Cl stretchingC-Cl stretching AdditivesAdditives 2917, 28502917, 2850 C-H stretching of CH2 in paraffin waxCH stretching of CH 2 in paraffin wax 17311731 C=O in organotin mercaptide and acrylic processing aidC = O in organotin mercaptide and acrylic processing aid 15781578 COO- (carboxylate) stretching in Ca stearateCOO - (carboxylate) stretching in Ca stearate 15411541 COO- (carboxylate) stretching in Zn stearateCOO - (carboxylate) stretching in Zn stearate 14731473 C-H bending of CH2 in Ca/Zn stearatesCH bending of CH 2 in Ca / Zn stearates

도 6 및 7을 참고하여 파수 2920 cm-1에 해당하는 피크를 분석해 보면, 마이크로파로 60초 동안 처리한 PVC 플라스틱을 제외하고는, 모두 마이크로파 처리 전의 PVC 플라스틱보다 높은 흡광도를 가지는 것을 알 수 있다.
6 and 7, when peaks corresponding to a wave number of 2920 cm -1 are analyzed, it can be seen that all of the peaks except PVC plastic treated for 60 seconds with microwave have higher absorbance than PVC plastic before microwave treatment.

3.2. PMMA3.2. PMMA

도 8을 참고하면, FT-IR 분석 결과, PMMA에서는 C=O 결합, C-C 결합, C-H 결합, O-CH3 결합 그리고 C-O-C 결합이 확인되었다.Referring to FIG. 8, FT-IR analysis showed that C═O bond, CC bond, CH bond, O-CH 3 bond and COC bond were observed in PMMA.

다른 여러 논문에서 보고한 참고자료에 의하면, 앞서 확인된 PMMA 플라스틱에서 확인된 피크 중에서, 파수 1720 cm-1에 해당하는 C=O 피크가 인장모드에 해당하는 피크로 확인되었다. 표 2는 PMMA 플라스틱의 원소 결합 피크 자료이다.Among the peaks identified in the previously identified PMMA plastics, the C = O peak corresponding to a wavenumber of 1720 cm -1 was identified as the peak corresponding to the tensile mode, according to the references reported in various other articles. Table 2 shows the element-binding peak data of PMMA plastics.

Wavenumber (㎝-1)Wavenumber (cm -1 ) Description vibration modesDescription vibration modes 570570 CF3 asymmetric bending mode of δas (CF3) of LiTFSICF 3 asymmetric bending mode of δ as (CF 3 ) of LiTFSI 618618 Cis C-H wagging mode of PVCCis C-H wagging mode of PVC 750750 Overlapping of symmetric bending mode of CF3 δs (CF3) and
combination of C-S and S-N stretching of LiTFSI
Overlapping of the symmetric bending mode of CF 3 δ s (CF 3 ) and
combination of CS and SN stretching of LiTFSI
895895 C-Cl stretching of PVCC-Cl stretching of PVC 923923 C-O vibrational mode of C-O-C bond of PMMAC-O vibrational mode of C-O-C bond of PMMA 987987 Trans C-H waging mode of PVCTrans C-H waging mode of PVC 10511051 Asymmetric S-N-S stretching of LiTFSIAsymmetric S-N-S stretching of LiTFSI 10851085 S=O bonding mode of LiTFSIS = O bonding mode of LiTFSI 11501150 C-SO2-N bonding mode of LiTFSIC-SO 2 -N bonding mode of LiTFSI 11921192 Overlapping of symmetric stretching mode of CF3 vas (CF3) of
LiTFSI and asymmetric O-CH3 stretching mode of PMMA
Overlapping of the symmetric stretching mode of CF 3 v as (CF 3 ) of
LiTFSI and asymmetric O-CH 3 stretching mode of PMMA
12411241 C-H rocking mode of PVCC-H rocking mode of PVC 13351335 Overlapping of CH2 wagging mode in PMMA, CH2 deformation
mode of PVC and C-SO2-N of LiTFSI
Overlapping of CH 2 wagging mode in PMMA, CH 2 deformation
mode of PVC and C-SO 2 -N of LiTFSI
13641364 Overlapping of CH2 twisting mode of PMMA and asymmetric
SO2 stretching mode of LiTFSI
Overlapping of CH 2 twisting mode of PMMA and asymmetric
SO 2 stretching mode of LiTFSI
14601460 O-CH3 asymmetric bending mode of PMMAO-CH 3 asymmetric bending mode of PMMA 17341734 C=O stretching mode of PMMAC = O stretching mode of PMMA 19631963 CH3 asymmetric stretching mode of PMMACH 3 asymmetric stretching mode of PMMA 2996-28272996-2827 Overlapping of C-H stretching mode of PMMA, PVC and
S-CH3 bonding mode of LiTFSI
Overlapping of CH stretching mode of PMMA, PVC and
S-CH 3 bonding mode of LiTFSI

도 9 및 10을 참고하여 파수 1720 cm-1에 해당하는 피크를 분석해 보면, 마이크로파로 30초 동안 처리한 PMMA 플라스틱을 제외하고는, 모두 마이크로파 처리 전의 PMMA 플라스틱보다 높은 흡광도를 가지는 것을 알 수 있다.
9 and 10, the peaks corresponding to a wave number of 1720 cm -1 are analyzed to have higher absorbance than the PMMA plastic before the microwave treatment, except for the PMMA plastic treated for 30 seconds with a microwave.

3.3. PC3.3. PC

도 11을 참고하면, FT-IR 분석 결과, PC에서는 많은 C-O 결합이 확인되었고, C=O 결합, C=C 결합, C-H 결합 그리고 C=CH 결합도 확인되었다.Referring to FIG. 11, as a result of FT-IR analysis, many C-O bonds were confirmed in PC, and C═O bonds, C═C bonds, C-H bonds and C═CH bonds were also confirmed.

다른 여러 논문에서 보고한 참고자료에 의하면, PC 플라스틱의 대표적인 원소 결합형태인 C-O 피크 중에서, 인장모드에 해당하는 피크는 파수 1230 cm-1과 1190 cm-1에 해당하는 피크로 확인되었다. 표 3은 PC 플라스틱의 원소 결합 피크 자료이다.According to the reference data reported in other papers, among the CO peaks, which is a typical element-bonded form of PC plastic, the peaks corresponding to the tensile mode were found to have peaks corresponding to wavenumbers 1230 cm -1 and 1190 cm -1 . Table 3 shows the element binding peak data of PC plastic.

Wavenumber (㎝-1)Wavenumber (cm -1 ) AssignmentAssignment 3740-36003740-3600 O-H stretching vibration of phenol or waterO-H stretching vibration of phenol or water 3160-30573160-3057 C-H stretching vibration of aromatic ringsC-H stretching vibration of aromatic rings 3015, 13053015, 1305 C-H stretching and deformation vibration of methaneC-H stretching and deformation vibration of methane 2970-28852970-2885 C-H stretching vibration of -CH3 and -CH2- CH stretching vibration of -CH 3 and -CH 2 - 1778017780 C=O stretching vibration of carbonateC = O stretching vibration of carbonate 1605, 15101605, 1510 Ring stretching and skeletal vibration of aromatic ringsRing stretching and skeletal vibration of aromatic rings 1342, 13321342, 1332 C-H deformation vibration of isopropylidene groupC-H deformation vibration of isopropylidene group 1240, 11901240, 1190 C-O stretching vibration of aromatic etherC-O stretching vibration of aromatic ether 960960 P-O-C stretching vibrationP-O-C stretching vibration 830, 750830, 750 C-H deformation vibration of aromatic ringsC-H deformation vibration of aromatic rings

도 12 및 13을 참고하여 파수 1230 cm-1과 1190 cm-1에 해당하는 피크를 분석해 보면, 마이크로파로 처리한 PC 플라스틱은 모두 마이크로파 처리 전의 PC 플라스틱보다 높은 흡광도를 가지는 것을 알 수 있다.
12 and 13, when peaks corresponding to wavenumbers 1230 cm -1 and 1190 cm -1 were analyzed, it can be seen that the PC plastics treated with microwaves had higher absorbances than PC plastics before microwave treatment.

4. 접촉각 분석 결과4. Contact angle analysis results

접촉각 분석기(Contact angle analyzer)를 이용하여 마이크로파 처리를 한 플라스틱의 접촉각을 측정하였다. 도 14를 참고하면, 측정 결과 마이크로파로 30초와 60초 동안 처리하였을 경우에는 PVC와 다른 플라스틱간의 접촉각 차이가 크지 않았지만, 마이크로파로 90초 동안 처리하였을 경우에는 PVC와 다른 플라스틱간의 접촉각 차이(15도 이상)가 상당히 큰 것으로 나타났다. PVC의 접촉각이 다른 플라스틱과 많이 차이가 난다는 것은 기포 부상법과 교반에 의해서 PVC를 다른 플라스틱으로부터 비교적 쉽게 분리해 낼 수 있다는 것을 의미한다.
Contact angle of plastics treated with microwave was measured using contact angle analyzer. Referring to FIG. 14, the contact angle difference between PVC and other plastics was not large when treated with microwave for 30 seconds and 60 seconds, but when treated with microwave for 90 seconds, the contact angle difference between PVC and other plastics Or more). The fact that the contact angle of PVC is different from that of other plastics means that PVC can be relatively easily separated from other plastics by bubbling and agitation.

5. 기포 부상 시스템을 이용한 폴리염화비닐 분리 실험 결과5. Results of polyvinyl chloride separation experiment using bubble float system

마이크로파로 처리에 의해 플라스틱 폐기물 중에서 PVC를 선택적으로 분리하기 위해서, 마이크로파 처리 전과 후의 플라스틱을 이용하여 기포 부상 실험을 수행하였다. 표 4 및 도 15 내지 18의 결과를 참고하면, 90초 동안 마이크로파 처리를 한 플라스틱을 기포로 수면 위에 부상시키고 250 rpm의 속도로 교반하였을 때 PVC가 가장 효과적으로 분리되는 것으로 나타났다. 표 4는 마이크로파 처리 전과 후 플라스틱 원료의 기포 부상 실험 결과이다.In order to selectively remove PVC from plastic wastes by microwave treatment, bubble flood experiments were carried out using plastic before and after microwave treatment. Referring to the results of Table 4 and FIGS. 15 to 18, PVC was most effectively separated when the microwave-treated plastic was floated on the water surface with air bubbles for 90 seconds and stirred at 250 rpm. Table 4 shows the experimental results on the bubble part of the plastic raw material before and after microwave treatment.

Treatment
time(sec)
Treatment
time (sec)
50 rpm50 rpm 100 rpm100 rpm 150 rpm150 rpm
PVCPVC PMMAPMMA PCPC PVCPVC PMMAPMMA PCPC PVCPVC PMMAPMMA PCPC NoNo 100100 100100 100100 100100 100100 100100 8080 6060 100100 3030 8080 100100 100100 6060 8080 8080 6060 4040 4040 6060 100100 100100 100100 8080 100100 8080 6060 2020 2020 9090 100100 100100 100100 8080 100100 100100 8080 100100 8080 Treatment
time(sec)
Treatment
time (sec)
200 rpm200 rpm 250 rpm250 rpm 300 rpm300 rpm
PVCPVC PMMAPMMA PCPC PVCPVC PMMAPMMA PCPC PVCPVC PMMAPMMA PCPC NoNo 4040 2020 4040 2020 2020 2020 2020 00 2020 3030 2020 2020 4040 00 00 00 00 00 00 6060 6060 00 2020 4040 00 00 00 00 00 9090 8080 2020 4040 8080 2020 00 00 00 00

이상과 같이, 여러 분석 장비를 이용하여 마이크로파로 처리한 플라스틱의 특성을 분석하였으며, SEM 분석을 통해서 마이크로파 처리에 의해 플라스틱 표면에 미세한 기포가 형성됨을 알 수 있었고, FT-IR과 접촉각 분석을 통해서는 마이크로파 처리에 의해 플라스틱 표면이 친수성을 띄는 것으로 확인되었다.As described above, the characteristics of the plastics processed by microwave using various analysis equipments were analyzed, and it was found through SEM analysis that micro-bubbles were formed on the plastic surface by microwave treatment. Through FT-IR and contact angle analysis It was confirmed that the plastic surface was hydrophilic by microwave treatment.

최종적으로, 기포 부상 시스템을 이용하여 마이크로파로 표면 처리한 플라스틱 중에서 폴리염화비닐을 분리하는 실험에서는, 90초 동안 마이크로파로 표면 처리한 플라스틱을 기포 부상 반응기에서 기포로 부상시키고, 250 rpm 속도로 교반하였을 때, 폴리염화비닐이 다른 플라스틱으로부터 가장 효율적으로 분리가 되는 것을 확인하였다.Finally, in the experiment of separating polyvinyl chloride from the plastic surface-treated with microwave using a bubble float system, the plastic surface-treated with microwave for 90 seconds was floated in bubbles in a bubble-phase reactor and stirred at 250 rpm , It was confirmed that polyvinyl chloride was most efficiently separated from other plastics.

본 발명에서는 기포 부상방법을 적용하기 전에 플라스틱의 표면을 마이크로파로 처리하기 때문에, 기존에 화학약품, 불꽃 그리고 오존을 이용한 처리 기술들보다 전체적인 시스템 구조가 간단하고 에너지 소비가 비교적 적으며, 환경으로의 악영향이 거의 없이 플라스틱으로부터 폴리염화비닐을 효과적으로 분리할 수 있다.In the present invention, since the surface of the plastic is treated with microwaves before applying the bubbling method, the overall system structure is simpler, the energy consumption is relatively lower than that of the conventional technologies using chemicals, flame and ozone, It is possible to effectively separate the polyvinyl chloride from the plastic with little adverse effect.

Claims (12)

플라스틱 혼합물을 경량 플라스틱 및 폴리염화비닐을 포함하는 중량 플라스틱으로 분리하는 단계;
분리된 중량 플라스틱을 마이크로파로 처리하는 단계; 및
마이크로파로 처리된 중량 플라스틱을 기포 부상 시스템에 투입한 후 교반속도를 조절하여 폴리염화비닐을 부상시키는 단계를 포함하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
Separating the plastic mixture into lightweight plastic and heavy plastic comprising polyvinyl chloride;
Treating the separated heavy plastic with microwaves; And
A method for selectively separating polyvinyl chloride, comprising the steps of: placing a microwave treated heavy plastic into a bubble float system and adjusting the stirring speed to float the polyvinyl chloride.
제1항에 있어서,
경량 플라스틱은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 발포 플라스틱을 포함하고, 중량 플라스틱은 폴리염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트 및 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the lightweight plastic comprises polyethylene, polypropylene and foam plastic, and the heavy plastic comprises polyvinyl chloride, polycarbonate, polymethylmethacrylate and polyethylene terephthalate.
제1항에 있어서,
물을 이용하여 물보다 비중이 작은 경량 플라스틱 및 물보다 비중이 큰 중량 플라스틱으로 분리하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that water is separated into a lightweight plastic having a specific gravity smaller than that of water and a heavyweight plastic having a specific gravity larger than that of water.
제1항에 있어서,
경량 플라스틱 및 중량 플라스틱의 분리 전 또는 후에 플라스틱을 절단 또는 분쇄하는 단계를 추가로 포함하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of cutting or crushing the plastic before or after separation of the lightweight plastic and the heavyweight plastic.
제1항에 있어서,
마이크로파 처리에 의해 친수성 및 접촉각을 포함하는 플라스틱의 표면 특성을 변화시키는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
A method for selectively separating polyvinyl chloride, characterized by changing the surface characteristics of a plastic including hydrophilicity and contact angle by microwave treatment.
제1항에 있어서,
마이크로파 처리에 의해 폴리염화비닐과 다른 플라스틱의 접촉각 차이를 5도 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the contact angle difference between the polyvinyl chloride and the other plastic is controlled to 5 degrees or more by microwave treatment.
제1항에 있어서,
마이크로파 처리시간은 30 내지 120초인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
And the microwave treatment time is 30 to 120 seconds.
제1항에 있어서,
마이크로파는 마그네트론을 이용하여 발생시키고, 마이크로파의 주파수는 1000 내지 4000 MHz인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the microwave is generated using a magnetron, and the frequency of the microwave is 1000 to 4000 MHz.
제1항에 있어서,
기포 부상 시스템은 물을 수용하는 반응기, 기포를 발생시키는 공기 펌프, 및 물과 플라스틱을 교반시키는 교반기를 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the bubble floating system comprises a reactor for containing water, an air pump for generating air bubbles, and an agitator for stirring water and plastic.
제1항에 있어서,
기포는 0.05 내지 5 L/min의 속도로 발생시키는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the bubbles are generated at a rate of 0.05 to 5 L / min.
제1항에 있어서,
교반속도는 100 내지 300 rpm인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the stirring speed is 100 to 300 rpm.
제1항에 있어서,
폴리염화비닐을 40% 이상 부상시키는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐의 선택적 분리방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polyvinyl chloride is floated by 40% or more.
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