KR20170065006A

KR20170065006A - 열가소성 플라스틱 기반의 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물의 연속적인 물질 리사이클링을 위한 방법

Info

Publication number: KR20170065006A
Application number: KR1020160162734A
Authority: KR
Inventors: 토스텐 베버; 팀 폴
Original assignee: 라이펜호이저 게엠베하 운트 코. 카게 마쉬넨파브릭
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2017-06-12
Also published as: US20170157825A1; BR102016028105A2; CA2950631A1; EP3175968A1; CN106808613A; TW201729916A; JP2017100450A

Abstract

본 발명은 열가소성 플라스틱 기반의 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물의 연속적인 물질 리사이클링을 위한 방법에 관한 것으로, 압출 방향(E)으로 볼 때 먼저 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물이 그리고 후속해서 열가소성 중합체와 첨가제로 형성된 다른 분획물이 압출 장치(1)에 공급되고, 공급된 폐기 분획물과 다른 분획물은 상기 압출 장치(1)에서 서로 혼합되고, 가스 제거되고, 압출물(6)을 형성하면서 함께 상기 압출 장치(1)로부터 압출되고, 상기 압출물에서 폐기 분획물은 섬유 구조를 적어도 부분적으로 유지하면서 다른 분획물의 열가소성 중합체 내에 매립되며, 폐기 분획물과 다른 분획물의 혼합, 가스 제거 및 압출은 폐기 분획물의 적어도 하나의 열가소성 플라스틱의 연화 온도 미만의 온도에서 실시된다.

Description

열가소성 플라스틱 기반의 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물의 연속적인 물질 리사이클링을 위한 방법{METHOD FOR CONTINUOUS MATERIAL RECYLCLING OF WASTE FRACTIONS COMPOSED OF FIBERS AND FABRICS BASED ON THERMOPLASTIC PLASTICS}

본 발명은, 예를 들어 폐차의 플라스틱 리사이클링 처리 시 생기는 열가소성 플라스틱 기반의 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물의 연속적인 물질 리사이클링을 위한 방법에 관한 것이다.

업계는 예를 들어 폐차로부터 섬유와 직물로 이루어진 분리된 분쇄-분획물의 물질 재활용을 위해 노력하고 있다. 이러한 폐기 분획물은 열가소성 플라스틱 기반의 섬유와 직물을 포함하고, 이 경우 이러한 폐기 분획물을 압출 방법에서 단축식- 또는 2축식 압출 성형기에 공급하고, 상기 압출 성형기를 이용해서 폐기 분획물을 용융하고 균질화한 후에 가공하여 압출물을 형성하는 것이 공개되어 있다. 폐기 분획물이 다양한 중합체로 이루어지는 경우에, 얻어지는 압출물의 형태 안정적인 결합을 달성하기 위해, 첨가제 및/또는 추가 중합체가 함께 가공된다.

폐기 분획물을 형성하는 열가소성 플라스틱의 이러한 완전한 용융 및 압출 시 문제점은, 폐기 분획물이 선행된 분류 과정에 의해 안정적인 압출 과정을 저지하는 높은 수분량을 포함하는 것이다. 압출 과정은 또한, 폐기 분획물이 항상 일정한 이송량으로 압출기에 공급될 수 없음으로써 그리고 또한 폐기 분획물이 흔히 먼지, 종이, 탄성 중합체 등의 불순물을 포함함으로써 어려워지고, 이들은 또한 고품질의 부품의 제조를 어렵게 한다.

이러한 어려움으로 인해 물질 리사이클링은 폐기 분획물의 에너지 리사이클링과 경쟁하여 이에 일반적으로 뒤쳐진다. 또한 공개된 압출 방법의 경우 섬유 및 직물의 주어진 긍정적인 기계적 특성은 사라지고, 저품질의 제품만이 생산된다.

본 발명의 과제는, 얻어진 부품 특성이 열적 리사이클링과 경제성 비교에 긍정적인 결과를 나타내게 하는 부가가치를 수반하는 고품질의 제품을 형성하도록 섬유와 직물의 합리적이고 경제적인 재활용을 가능하게 하는, 열가소성 플라스틱 기반의 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물의 연속적인 물질 리사이클링을 위한 방법을 제안하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라 특허 청구항 제1항의 특징들에 따른 방법에 의해 해결된다.

본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예들은 종속 청구항들의 대상이다.

본 발명에 따른 제안은, 압출 방향으로 볼 때 먼저 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물이 그리고 후속해서 열가소성 중합체와 첨가제로 형성된 다른 분획물을 압출 장치에 공급하고, 그리고 나서 공급된 폐기 분획물과 다른 분획물을 서로 혼합하고, 가스를 제거하여, 압출물을 형성하면서 함께 압출 장치로부터 압출하고, 상기 압출물에서 폐기 분획물은 섬유 구조를 적어도 부분적으로 유지하면서 다른 분획물의 열가소성 중합체 내에 매립되는 것에 기초한다. 이는, 폐기 분획물과 다른 분획물의 혼합, 가스 제거 및 압출이 폐기 분획물의 적어도 하나의 열가소성 플라스틱의 연화 온도 미만의 온도에서 실시됨으로써 실현된다.

본 발명에 따른 방법을 이용함으로써 압출물이 얻어지고, 상기 압출물에서 다른 분획물의 열가소성 중합체는 매트릭스 물질로서 존재하고, 매립된 그러나 구조가 거의 유지되는 섬유와 직물 부분에 의해 보강되므로, 특히 양호한 기계적 특성을 갖는 압출물이 얻어지고, 상기 압출물은 기계적 강도 및 그와 같은 것에 대한 상응하게 높은 요구를 갖는 고품질의 용도에 적합하다.

본 발명에 따라 이로써 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물과 다른 폐기 분획물의 압출은 공통의 압출 장치에서 실시되고, 이 경우 압출 장치 내부의 온도가 항상 폐기 분획물의 적어도 하나의 열가소성 플라스틱의 연화 온도 미만으로 유지되도록, 폐기 분획물 내의 열가소성 플라스틱에 따라 압출 장치 내부의 적절한 온도 조절 및 다른 분획물의 원료, 특히 중합체의 적절한 선택이 이루어지고, 따라서 섬유 구조가 유지된다. 이는 즉, 다른 분획물의 열가소성 중합체로서 특히 폐기 분획물과 관련해서 가공되는 열가소성 플라스틱의 연화 온도 미만의 용융점을 갖는 중합체가 고려되는 것을 의미한다.

본 발명의 제안에 따라 폐기 분획물은 다른 분획물의 공급 전 또는 후에 압출 장치에서 95 내지 105℃의 온도로, 바람직하게는 100℃로 가열되고, 폐기 분획물의 또는 이미 다른 분획물과 혼합된 폐기 분획물의 대기압으로 및/또는 저압 형성에 의한 필연적 가스 제거가 압출 장치에서 이루어진다. 이 경우 폐기 분획물의 표면 위의 휘발성 불순물들이 제거되고, 폐기 분획물에서 수분량은 적어도, 압출 과정을 저지하지 않는 잔류 수분이 설정될 정도로 제거되는데, 그 이유는 폐기 분획물의 가스 전이 온도는 잔류 수분에 의존하기 때문이다. 폐기 분획물의 수분량의 조절에 의해, 다른 분획물의 첨가제 및 첨가된 열가소성 중합체의 가공은 폐기 분획물의 적어도 하나의 열가소성 플라스틱의 연화 온도 미만에서 이루어지는 것이 보장될 수 있다.

다른 분획물은 본 발명에 따라 예를 들어 용융되지 않은 상태에서 압출 장치에 공급될 수 있고 후속해서 폐기 분획물과 함께 가공되어 압출물을 형성할 수 있는 열가소성 중합체와 첨가제로 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 제안에 따라 대안으로서 다른 분획물은 압출 장치 내로 공급 전에 별도의 가소화 압출기, 예를 들어 단축식 압출기에서 가소화되고, 상기 압출기로부터 가소화된 상태에서 압출 장치에 공급되며, 후속해서 폐기 분획물은 이러한 이미 가소화된 다른 분획물과 함께 가스 제거된다. 이미 가소화된 상태에서 다른 분획물의 공급에 의해 또한 폐기 분획물은 가공 시 압출 장치 내에서 그렇게 강하게 가열되지 않으므로, 온도는 폐기 분획물의 적어도 하나의 열가소성 플라스틱의 연화 온도 미만에서 확실하게 유지될 수 있다. 이미 용융된 중합체는 또한 더 간단하게 압출 장치 내의 폐기 분획물에 불가피하게 존재하는 간극에 제공될 수 있는데, 그 이유는 상기 간극은 소성 상태로 존재하는 제 2 분획물에 의해 채워지기 때문이다.

이미 가소화된 상태에서 압출 장치에 공급된 다른 분획물은 기본적으로 압출 장치의 각각의 적합한 위치에 제공될 수 있고, 이 경우 이는 압출 방향으로 볼 때 항상 폐기 분획물의 공급부 후방에서 실행되는 것이 제공된다. 그러나 반드시 더 큰 간격이 유지되지 않아도 되고, 폐기 분획물을 조기에 예비 가열하기 위해, 이미 용융된 다른 분획물을 폐기 분획물에 바로 이어서 압출 장치에 공급하는 것도 가능하다.

또한 가소화 압출기에서 가소화 후에 다른 분획물은 또한 예를 들어 2개의 부분 흐름으로 세분될 수 있고, 이 경우 압출 장치의 부분 흐름들은 압출 방향으로 볼 때 연속하는 위치에서 압출 장치에 공급된다. 예를 들어 제 1 부분 흐름은 가급적 폐기 분획물의 공급에 바로 이어서 압출 장치에 공급될 수 있는 한편, 다른 분획물 흐름은 압출 방향으로 볼 때 더 하류측 지점에서 압출 장치에 공급된다.

본 발명에 따른 방법은, 압출물에 포함된 섬유 구조 내에 폐기 분획물의 섬유와 직물이 존재하고, 이들은 사용된 열가소성 플라스틱으로 인해 높은 내열성을 갖는 것을 전제로 한다. 이는 예를 들어 폴리아미드 또는 폴리에스테르 기반의 섬유 및 직물의 경우에 해당한다.

폐기 분획물은 본 발명의 다른 제안에 따라, 얻어진 압출물의 적어도 50%까지 압출 장치에 공급되고, 예를 들어 가공되어 튜브, 프로파일, 케이블 또는 시트 또는 플레이트, 다층-, 예를 들어 공-압출 복합물의 코어 재료 또는 용융 스트랜드(melt strand)를 형성한다. 또한, 후속해서 성형부를 제조하기 위해 가압 몰드 또는 가압 툴 내로 압출됨으로써 또는 계속해서 예를 들어 사출 성형 공정으로 후속 가공되는 과립이 압출물로 형성됨으로써, 3차원 부품을 제조하는 것이 가능하다.

본 발명의 다른 세부사항은 계속해서 실시예를 참고로 설명된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압출 장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압출 장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 압출 장치를 도시한 도면.

도면에서 압출 장치들의 다양한 실시예들을 볼 수 있고, 상기 압출 장치들은 도면부호 1을 가지며, 전술한 방법의 적용을 위해 이용된다. 압출 장치는 선택적으로 공개된 구성의 단축식- 또는 2축식 압출기일 수 있고, 이는 당업자에 의해 용도에 따라 선택될 수 있다.

도 1에 따른 실시예에서 압출 장치(1)는 압출 방향(E)으로 볼 때 먼저, 예를 들어 폐차의 리사이클링 과정으로 인해 분쇄 부스러기 또는 섬유-직물-분획물의 형태로 존재하는 열가소성 플라스틱 기반의 섬유 및 직물로 이루어진 폐기 분획물을 위한 공급 장치(10)를 포함한다. 이러한 폐기 분획물은, 압출 방향(E)으로 볼 때 뒤에 배치된 도우징(dosing) 스테이션(11)에 의해 열가소성 중합체 및 다른 도우징 스테이션(12)에 의해 적합한 첨가제가 함께 압출 장치(1)에 공급되어 압출 장치(1)에서 미리 이송된 폐기 분획물과 혼합되고, 가스 제거되고, 압출물(6)을 형성하면서 함께 압출 장치(1)로부터 압출되기 전에, 먼저 압출 장치에서 압축되고 균질화된다. 이 경우 폐기 분획물과 다른 분획물의 혼합, 가스 제거 및 압출이 폐기 분획물의 적어도 하나의 열가소성 플라스틱의 연화 온도 미만의 온도에서 실시되도록, 압출 장치(1) 내에서 온도 제어가 이루어지므로, 압출물(6) 내에서 폐기 분획물은 섬유 구조를 부분적으로 유지하면서 다른 분획물의 열가소성 중합체 내에 매립되고, 상기 중합체는 따라서 섬유 또는 직물 잔류물의 수용을 위한 매트릭스 물질을 형성한다.

일반적인 배합은 예를 들어 하기와 같이 형성될 수 있다:

40-80% 폐기 분획물(섬유, 직물 등)

20-50% 열가소성 중합체(예를 들어 HDPE, MDPE, PP, EVA 또는 리사이클링-분쇄 물질)

5-50% 첨가제(접착제, 염료, 윤활제 등).

가스 제거를 위해 바람직하게 100℃ 이상의 압출 장치(1) 내부의 온도를 필요로 하는 한편, 균질화와 성형을 위해 약 120℃ 내지 160℃의 온도가 제공된다.

도 2에 이와 달리 변형된 장치가 도시되고, 상기 장치에서 폐기 분획물과 첨가제의 공급은 도 1의 실시예와 유사하게 상응하는 도우징 장치(10, 12)에 의해 이루어지지만, 첨가제와 함께 다른 분획물을 형성하는 중합체가 먼저 별도로 가소화 압출기(4)에서 도우징 스테이션(40)에 의해 공급되어 가소화되며, 적절한 공급 라인(43)을 통해 이미 가소화된 상태에서 압출 장치(1)에 제공된다.

도 3에 따른 실시예에서 이와 달리 다시 변형된 장치가 도시되고, 상기 장치에서 열가소성 중합체는 가소화 압출기(4)로부터 2개의 부분 흐름(41, 42)으로 세분되고, 이 경우 제 1 부분 흐름(41)은 폐기 분획물의 공급 직후에 압출 장치(1)에 제공되는 한편, 다른 분획물 흐름(42)은 압출 방향(E)으로 볼 때 하류측 위치에서 도우징 스테이션(12)으로부터 도우징된 첨가제와 함께 압출 장치(1) 내로 공급된다.

전술한 모든 실시예들에서 얻어진 압출물(6)은 가공되어 예를 들어 튜브, 프로파일, 케이블, 시트, 플레이트 또는, 예를 들어 공-압출 복합물과 같은 다층 복합물의 코어 재료를 형성할 수 있거나, 계속해서 예를 들어 가압되어 3차원 부품을 형성하는 용융 스트랜드를 형성할 수 있거나, 계속해서 예를 들어 사출 성형 방법으로 후속 가공되어 부품을 형성할 수 있는 과립을 형성할 수도 있다.

얻어진 압출물(6)은 매트릭스 물질로서 이용되는 중합체 내 섬유 구조의 유지로 인해 고품질의 기계적 특성으로 특징되므로, 최종적으로 폐기 분획물 및 다른 분획물로부터 섬유 강화 중합체가 얻어진다.

Claims

열가소성 플라스틱 기반의 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물의 연속적인 물질 리사이클링을 위한 방법으로서, 압출 방향(E)으로 볼 때 먼저 섬유와 직물로 이루어진 폐기 분획물이 그리고 후속해서 열가소성 중합체와 첨가제로 형성된 다른 분획물이 압출 장치(1)에 공급되고, 공급된 폐기 분획물과 다른 분획물은 상기 압출 장치(1)에서 서로 혼합되고, 가스 제거되고, 압출물(6)을 형성하면서 함께 상기 압출 장치(1)로부터 압출되고, 상기 압출물에서 폐기 분획물은 섬유 구조를 적어도 부분적으로 유지하면서 다른 분획물의 열가소성 중합체 내에 매립되며, 폐기 분획물과 다른 분획물의 혼합, 가스 제거 및 압출은 폐기 분획물의 적어도 하나의 열가소성 플라스틱의 연화 온도 미만의 온도에서 실시되는 방법.
제1항에 있어서,
폐기 분획물은 다른 분획물의 공급 전 또는 후에 상기 압출 장치(1)에서 100℃ 내지 160℃의 온도로 가열되고, 대기압으로 또는 저압을 이용해서 가스 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
다른 분획물은 상기 압출 장치(1) 내로 공급 전에 별도의 가소화 압출기(4)에서 가소화되고, 상기 압출기로부터 가소화된 상태에서 상기 압출 장치(1)에 공급되며, 후속해서 폐기 분획물은 다른 분획물과 함께 가스 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서,
다른 분획물은 상기 가소화 압출기(4)에서 가소화 후에 2개의 부분 흐름으로 세분되고, 압출 장치의 부분 흐름들은 압출 방향(E)으로 볼 때 연속하는 위치에서 상기 압출 장치(1)에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
다른 분획물의 열가소성 중합체와 첨가제는 함께 또는 압출 방향(E)으로 볼 때 연속하는 위치에서 상기 압출 장치(1)에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
폐기 분획물의 섬유와 직물은 폴리이미드 또는 폴리에스테르를 기반으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
폐기 분획물은 상기 압출물(6)의 적어도 50%까지 상기 압출 장치(1)에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
폐기 분획물의 수분량은 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압출물(6)은 튜브, 프로파일, 케이블, 시트, 플레이트, 다층 복합물의 코어 재료, 용융 스트랜드 또는 과립을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.