KR20200086390A - 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버려지는 폴리실리콘 폐기물을 이용하여 레진을 성형 제조하기 때문에 레진 제조에 따른 비용을 크게 절감할 수 있으며, 폴리실리콘 폐기물과 폴리에틸렌을 혼합하여 레진을 성형 제조함에 따라 레진 제조에 대한 비용이 크게 절감됨은 물론 원가절감 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 폴리실리콘 폐기물을 버려 폐기하지 않고 재활용하여 레진을 제조함에 따라 환경오염을 방지할 수 있으며 폴리실리콘 폐기물을 분쇄한 후 습기를 제거하여 폴리에틸렌과 혼합하여 레진을 성형 제조함에 따라 제조공정의 단순화를 유도함은 물론 공정의 단순화를 얻을 수 있는 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법이 개시된다.

Description

폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법{resin manufacture method using waste of poly-crystalline silicon}

본 발명은 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기되는 폴리실리콘 폐기물과 폴리에틸렌을 혼합하여 레진을 압출성형하여 제조함으로서 원가절감 효과는 물론 자연순환에 의한 친환경을 유도하고 경제적인 효율성을 얻을 수 있는 폴리실리콘 폐기물을 이용한 레진 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 태양 전지판은 실리콘 웨이퍼와 같은 기판의 후면에 폴리실리콘 P-형 및 N-형 도프 구역을 구비하고 있는 것으로, 설치된 태양 전지판을 해체하거나 또는 태양 전지판의 훼손에 의한 교체하는 경우 그대로 버려짐에 따라 재활용이 가능한 폴리실리콘 역시 폐기되어 자연훼손은 물론 경제적인 측면에서 볼 때 비효율적이라 할 수 있다.

폴리실리콘은 태양전지에서 빛 에너지를 전기 에너지로 번환하는 역할을 하는 작은 결정체들로 이루어진 물질로 고순도의 다결정 분자구조로 되어 있으며 입자크기는 10 나노미터에서 1 마이크로미터 정도이며 반도체와 태양전지에 많이 사용되고 있는 것으로, 일반 실리콘에 비해 불에 잘 견디는 내화성, 발수성, 산화/저온안정성, 가스투과성이 뛰어나다.

이에 따라, 반도체 공정에서 사용되는 세정액을 에칭액으로 사용하여 폐태양전지의 표면층을 제거한 다음 산 또는 알칼리 용액으로 세척하여 폴리실리콘을 회수하거나, 또는 불화수소를 에칭액으로 사용하여 폐태양전지의 표면층을 제거한 후 산 또는 알칼리 용액으로 세척하여 폴리 실리콘을 회수하고는 있으나, 회수된 폴리실리콘을 재활용하여 태양 전지판을 제조하기에는 어려운 문제점이 있다.

종래 기술을 살펴보면, 등록특허 10-1607706호인 박막 태양 전지 모듈을 위한 재활용 방법이 안출된 바 있다.

이러한 종래 기술은, 박막 태양 전지 모듈의 재활용 방법이고 상기 박막 태양 전지 모듈은 제1 전극층, 반도체층 및 제2 전극층을 기능층으로서 적층한 층 구조체를 가진 기판층과, 상기 기능층들의 캡슐화를 위한 플라스틱층으로서 둘레 가장자리 영역을 따라 상기 기판층에 직접적으로 접합되어 상기 둘레 가장자리 영역에 의해 내부 영역을 밀폐하는 플라스틱층과, 덮개층으로 이루어지고, 상기 기판층은 가공 레이저 빔에 대해 투과성이며 상기 제1 전극층은 상기 가공 레이저 빔을 흡수하는, 박막 태양 전지 모듈의 재활용 방법에 있어서, 상기 박막 태양 전지 모듈의 재활용 방법은, 상기 기판층의 노출된 자유 표면을 상기 가공 레이저 빔으로 스캔함으로써 상기 내부 영역이 스캔되어 밀폐된 영역을 생성하고, 상기 제1 전극층이 상기 가공 레이저 빔의 흡수에 의해 상기 밀폐된 영역을 횡단하여 적어도 부분적으로 기화되며, 상기 제1 전극층이 상기 기판층으로부터 분리되어, 그 결과 밀폐된 내부공간이 형성되어, 상기 밀폐된 내부공간안에 생성 가스가 밀폐되며, 상기 층 구조체가 상기 기판층으로부터 분리됨으로써, 상기 기판층이, 상기 플라스틱층과 상기 덮개층에 부착된 기능층들과는 분리되어, 별도의 다른 공정을 위해 제공되도록 이루어져 있다.

그러나, 이와 같은 종래 기술 역시 태양 전지판을 구비하고 있는 폴리실리콘에 대한 재활용이 전혀 이루어지지 않고 있기 때문에, 앞서 언급한 바와 같은 폴리실리콘의 재활용에 대한 문제점은 여전히 해결되지 못하고 있는 실정이다.

다른 예로, 공개특허 10-2015-0101525호인 태양전지 셀의 재활용 방법이 안출된 바 있으며, 이는 박리제 혼합물이 투입된 반응조에 폐태양전지 모듈을 수직으로 담그는 디핑(Dipping)단계와, 상기 디핑(Dipping)단계를 통해 폐태양전지 모듈이 담긴 박리제 혼합물에 초음파를 조사하는 초음파조사단계 및 상기 초음파조사단계를 통해 분리된 재료를 회수하는 회수단계로 이루어져 있으며, 오염물질의 발생은 최소화하면서도, 짧은 시간 내에 많은 양의 폐태양전지 모듈을 유리, EVA, 태양전지 셀 및 백시트로 완전하게 분리할 수 있도록 하고 있다.

이와 같은 종래 기술 역시 폐태양전지모듈을 분리하여 회수하는 것으로, 회수된 폴리실리콘에 대한 재활용 방법은 전혀 언급되지 않고 있다.

특허문헌 1 : 대한민국등록특허 10-1607706호(2016.03.24. 등록) 특허문헌 2 : 대한민국공개특허 10-2015-0101525호(2015.09.04. 공개)

본 발명은 태양전지의 해체나 교체에 따른 폴리실리콘 폐기물을 재활용하여 농업용 비닐이나 파렛트, 배관과 같은 합성수지 물품을 생산할 수 있는 레진으로 성형 제조하도록 하여 버려지는 폴리실리콘을 재순환시켜 합성수지 물품을 제조함에 따라 합성수지 물품 제조에 따른 원가를 절감할 수 있도록 하고 폐기물에 의한 쓰레기 발생을 억제하도록 하며 경제적인 효율성을 얻을 수 있는 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로 본 발명인 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법은, 폴리실리콘(poly-crystalline silicon) 폐기물과 폴리에틸렌(polyethylene)의 혼합 시 분산도를 높이도록 고형 형태의 폴리실리콘 폐기물을 롤분쇄기로 분쇄하여 분말화시키는 제1공정; 제1공정에 의해 분말화 된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌과의 안정적인 융착 및 번짐을 방지하도록 상기 제1공정 후 분말화 된 폴리실리콘 폐기물 분말의 습기를 제거하는 제2공정; 제2공정 후 습기가 제거된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말을 믹싱하되 폴리실리콘 폐기물 분말 25% 중량부와 폴리에틸렌 분말 75% 중량부를 믹싱하는 제3공정; 제3공정 후 믹싱된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말을 압출성형기에 투입하여 압출다이스로 압출성형하되 제1히터부의 80℃, 제2히터부의 100℃, 제3히터부의 130℃, 제4히터부의 200℃를 순차적으로 통과하여 용융되도록 한 후 150℃의 열을 가해 압출다이스를 통해 레진을 압출 성형하는 제4공정으로 구비되어 이루어진다.

나아가, 상기 제2공정에서의 폴리실리콘 폐기물 분말의 습기 제거는 상온 50℃ 이상의 온도로 열풍을 가하거나 습도챔버에 의해 이루어진다.

본 발명은 버려지는 폴리실리콘 폐기물을 이용하여 레진을 성형 제조하기 때문에 레진 제조에 따른 비용을 크게 절감할 수 있다.

또한, 폴리실리콘 폐기물과 폴리에틸렌을 혼합하여 레진을 성형 제조함에 따라 레진 제조에 대한 비용이 크게 절감됨은 물론 원가절감 효과를 기대할 수 있다.

또한, 폴리실리콘 폐기물을 버려 폐기하지 않고 재활용하여 레진을 제조함에 따라 환경오염을 방지할 수 있다.

또한, 폴리실리콘 폐기물을 분쇄한 후 습기를 제거하여 폴리에틸렌과 혼합하여 레진을 성형 제조함에 따라 제조공정의 단순화를 유도함은 물론 공정의 단순화를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명인 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법의 공정을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명인 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법의 레진 성형공정을 나타낸 개념도이다.

이하, 상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법을 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

도시된 바와 같이 본 발명은, 제1공정(S1), 제2공정(S2), 제3공정(S3) 및 제4공정(S4)으로 이루어진다.

본 발명의 제1공정(S1)은, 폴리실리콘(poly-crystalline silicon) 폐기물과 폴리에틸렌(polyethylene)의 혼합 시 분산도를 높이도록 고형 형태의 폴리실리콘 폐기물을 롤분쇄기로 분쇄하여 분말화시키는 공정이다.

상기 폴리실리콘 폐기물은, 설치된 태양전지를 해체하거나 교체하거나 하여 버려지는 태양전지로부터 얻어지는 것으로, 고형 형태의 약 2cm ~ 3cm의 폴리실리콘 폐기물을 1mm 간격의 롤 분쇄기를 이용하여 분쇄함에 따라 분말화한다.

이와 같이 폴리실리콘 폐기물을 분말화하는 이유는, 본 발명의 제3공정(S3)에서 고형의 폴리에틸렌과의 혼합 믹싱이 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.

본 발명의 제2공정(S2)은, 상기 제1공정(S1)에 의해 분말화 된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌과의 안정적인 융착 및 번짐을 방지하도록 상기 제1공정(S1) 후 분말화 된 폴리실리콘 폐기물 분말의 습기를 제거하는 공정이다.

이 때, 상기 제2공정(S2)에서의 폴리실리콘 폐기물 분말의 습기 제거는 상온 50℃ 이상의 온도로 열풍을 가하거나 습도챔버에 의해 이루어질 수 있다.

이와 같이 폴리실리콘 폐기물 분말의 습기를 제거하는 이유는, 본 발명의 레진 압출성형공정에서 폴리실리콘 폐기물 분말과 고형의 폴리에틸렌 분말이 서로 안정적으로 융착되도록 함은 물론 번짐을 방지하기 위함이다.

본 발명의 제3공정(S3)은, 제2공정(S2) 후 습기가 제거된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말을 믹싱하되 폴리실리콘 폐기물 분말 25 중량부와 폴리에틸렌 분말 75 중량부를 믹싱하는 공정이다.

이 때, 반복적인 실험결과 상기 폴리실리콘 폐기물 분말이 25 중량부를 초과할 경우 레진 압출성형과정에서 완전 고형화가 어려워 레진 생산이 불가능하기 때문에 상기 폴리실리콘 폐기물 분말 25 중량부와 폴리에틸렌 분말 75 중량부를 혼합하여 믹싱한다.

또한 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말이 열에 녹는점 및 융착점 특성상 액화현상이 발생되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 제3공정(S3)에서의 믹싱은, 서로 다른 물질을 혼합하는 교반기 또는 믹서기 또는 혼합기를 이용하면 되는 것으로, 폴리에틸렌 분말을 혼합하는 이유는, 상온에서 투명한 고체(밀도가 0.91 ~ 0.94)로 결정화가 낮아 가공성과 유연성 및 투명성이 우수해 농업용비닐이나 포장용비닐, 전선피복이나 각종 랩의 원료로 사용되기 때문이다.

본 발명의 제4공정(S4)은, 상기 제3공정(S3) 후 믹싱된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말을 압출성형기(10)에 투입하여 압출다이스(11)로 압출성형하되 제1히터부(12)의 80℃, 제2히터부(13)의 100℃, 제3히터부(14)의 130℃, 제4히터부(15)의 200℃를 순차적으로 통과하여 용융되도록 한 후 150℃의 열을 가해 압출다이스(11)를 통해 레진을 압출 성형하는 공정이다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같은 압출기(10)의 호퍼(10a)측으로 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말의 믹싱된 혼합물을 투입하면 압출기(10)의 길이방향을 따라 구비된 이송스크류(10b)에 의해 혼합물이 압출다이스(11)측으로 이송되어 레진 압출성형이 이루어진다.

이 때, 상기 제3공정(S3)에 의해 믹싱된 혼합물이 압출다이스(11)측으로 이송되는 과정에서 제1히터부(12)의 80℃, 제2히터부(13)의 100℃, 제3히터부(14)의 130℃, 제4히터부(15)의 200℃ 열이 가해지면서 혼합물의 혼합 융착되어 압출다이스(11)측으로 이송되고 상기 압출다이스(11)에 의해 레진이 압출성형된다.

이 후, 압출다이스(11)에 의해 압출 성형된 레진은 냉각과정을 거쳐 고형화시키면 되는 것으로, 이는 기존 레진 성형과정과 크게 다르지 않기 때문에 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

가동부	조건	비고
제1히터부	80℃
제2히터부	100℃
제3히터부	130℃	혼합점
제4히터부	200℃	융착점
압출다이스	150℃

상기 [표 1]은 제1히터부(12)와 제2히터부(13), 제3히터부(14), 제4히터부(15) 및 압출다이스(11)의 열조건을 각각 나타낸 것으로, 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말의 믹싱된 혼합물이 이송스크류(10b)를 타고 압출다이스(11)측으로 이송되는 과정에서 제1히터부(12)와 제2히터부(13), 제3히터부(14), 제4히터부(15)에 의해 가열되는 온도에 의해 혼합되어 융착된다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 의해 제조된 레진을 이용하여 플라스틱 제품에 혼합하여 제품을 제조하면 되는 것으로, 버려지는 폴리실리콘 폐기물을 재활용하여 농업용 비닐이나 포장용 비닐은 물론 파렛트나 배관 등과 같은 다양한 제품을 제조할 수 있기 때문에 제품 제조에 따른 원가를 크게 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 경제적인 효율성을 얻을 수 있으며 폴리실리콘 폐기물을 버려 폐기하지 않고 재활용하여 레진을 제조함에 따라 환경오염을 방지할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

S1 : 제1공정 S2 : 제2공정
S3 : 제3공정 S4 : 제4공정
10 : 압출성형기 11 : 압출다이스
12 : 제1히터부 13 : 제2히터부
14 : 제3히터부 15 : 제4히터부

Claims (3)

1. 폴리실리콘(poly-crystalline silicon) 폐기물과 폴리에틸렌(polyethylene)의 혼합 시 분산도를 높이도록 고형 형태의 폴리실리콘 폐기물을 롤분쇄기로 분쇄하여 분말화시키는 제1공정(S1);
   제1공정(S1)에 의해 분말화 된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌과의 안정적인 융착 및 번짐을 방지하도록 상기 제1공정(S1) 후 분말화 된 폴리실리콘 폐기물 분말의 습기를 제거하는 제2공정(S2);
   제2공정(S2) 후 습기가 제거된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말을 믹싱하되 폴리실리콘 폐기물 분말 25 중량부와 폴리에틸렌 분말 75 중량부를 믹싱하는 제3공정(S3);
   제3공정(S3) 후 믹싱된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말을 압출성형기(10)에 투입하여 압출다이스(11)로 압출성형하되 제1히터부(12), 제2히터부(13), 제3히터부(14), 제4히터부(15)를 순차적으로 통과하여 용융되도록 한 후 압출다이스(11)를 통해 레진을 압출 성형하는 제4공정(S4)으로 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2공정(S2)에서의 폴리실리콘 폐기물 분말의 습기 제거는 상온 50℃ 이상의 온도로 열풍을 가하거나 습도챔버에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제4공정(S4)의 제1히터부(12)는 80℃, 제2히터부(13)는 100℃, 제3히터부(14)는 130℃, 제4히터부(15)는 200℃의 온도로 각각 열을 전달하여 상기 제3공정(S3)에서 믹싱된 폴리실리콘 폐기물 분말과 폴리에틸렌 분말을 용융시키고,
   상기 압출다이스(11)는 150℃의 열로 레진을 압출 성형하도록 구비되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘의 폐기물을 이용한 레진 제조방법.

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