KR20210096361A - 폐플라스틱의 효율적인 성형방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 혼합 폐플라스틱을 효과적으로 성형하는 방법에 관한 것으로, 혼합 폐플라스틱에 함유되어 있는 수지중 한가지 수지를 지배수지로 선졍하고, 지배수지로 선정된 수지 100중량과 혼합 폐플라스틱 30-100중량부를 혼합하고, 또한 첨가제 및 강화섬유 등을 혼합하여 성형품을 제조함으로써 지배수지를 기준으로 하여 성형온도 및 압력등의 성형조건을 설정하기 용이할 뿐만 아니라 성형품의 물성을 제어하기 또한 용이한 것이다.
더욱이 석재분말, 석회석, 폐지 및 제지슬러리 등의 첨가제를 혼합함으로써 바닥재 혹은 플라스틱 목재 등의 성형품을 제조할 수 있는 것이다.

Description

폐플라스틱의 효율적인 성형방법{Efficient Forming Method of Waste Plastic}

본 발명은 혼합 폐플라스틱을 성형하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 지배수지를 사용하여 혼합 폐플라스틱을 성형하는 방법에 관한 것이다.

폐플라스틱의 재활용은 자연환경보존과 자원 활용 측면에서 크게 대두되고 있다.

특히 현재 공장에서 발생하는 폐플라스틱은 재활용되고 있으나 각종 폐플라스틱이 혼재되어 있는 도시형 폐플라스틱은 복합 성형 기술이 아직 확립되어 있지 아니하여 제대로 재활용되고 있지 않다. 현재까지 주로 개발된 기술은 수지 분쇄기술 및 단일수지로 된 폐플라스틱의 활용방법에 관한 것이 주종을 이루고 있다.

예를 들면, 최근의 유럽특허 EP 654496(95/5/24)을 비롯하여, AU 935235(94/3/31), US 5300267(94/4/5), DE 4207972(93/7/15)등이 모두 단일 폐플라스틱을 활용하는 기술에 관한 것이다. 일부 혼합된 폐플라스틱의 재활용을 위한 국제 특허는 혼합 폐플라스틱의 파쇄 기술에 관한 것으로 WO 9510402(95/4/20)와 JP 6155463(94/6/3)등이 출원되어 있다.

종래 혼합 폐플라스틱의 재활용은 물성이 떨어져서 가정용 용기나 정화조 또는 상수도 유량계의 외부 보호용기 등 저급의 물성으로 사용가능한 분야에 한정되어 있다.

또한, 일반적으로 혼합 폐플라스틱은 그 사용처와 수집처에 따라 혼합된 수지의 종류 및 수지 조성이 다름으로 혼합 성형시 성형온도와 압력 및 시간 등의 조건을 설정하기가 곤란하다. 또한 성형품의 물성도 혼합 폐플라스틱의 조성에 따라 다름으로 성형시 물성을 제어하기 어려운 것이다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 혼합 폐플라스틱을 물성이 우수한 성형물로 성형하는 방법을 제공하는 것이다.

나아가, 본 발명의 다른 목적은 지배수지를 사용함으로써 혼합 폐플라스틱 성형시, 성형온도, 압력 및 시간등과 같은 성형조건을 설정하기 용이한 혼합 폐플라스틱의 성형방법을 제공하는 것이다.

혼합 폐플라스틱을 성형함에 있어서, 혼합 폐플라스틱의 종류 및 성형품의 용도등에 따라 혼합 폐플라스틱에 함유되어 있는 수지중 한가지 수지를 지배수지로 선정하여 혼합 폐플라스틱과 혼합하여 성형품을 제조함으로써 지배수지를 기준으로 하여 성형온도 및 압력등 성형조건을 설정하기 용이할 뿐만 아니라 성형품의 물성을 제어하기 용이하며, 첨가제 및 강화섬유를 임의로 첨가함으로써 성형품의 물성이 또한 개선된다.

나아가 첨가제로 석재분말 석회석을 첨가하여 바닥재 혹은 폐지 및 제지슬러리를 첨가하여 플라스틱 목재등의 성형품을 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, 혼합 폐플라스틱에 함유되어 있는 수지중 한가지 수지를 지배수지로 선정하는 단계;

지배수지로 선정된 수지 100중량부와 혼합 폐플라스틱 30-100중량부를 혼합하는 단계; 지배수지로 선정된 수지와 폐플라스틱의 혼합물에 그 혼합물 100중량부당 첨가제 0-100중량부 및 강화섬유 0-30중량부를 첨가하여 혼합하는 단계; 및 120-170℃로 압축성형하는 단계; 를 포함하는 지배수지를 이용한 폐플라스틱의 성형방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 혼합 폐플라스틱을 재활용하여 복합성형하는 경우, 혼합 폐플라스틱 성형조건 및 물성을 제어하기 위해 지배수지를 이용하는 성형방법에 관한 것이다. 즉, 지배수지를 선정함으로써 지배수지를 기준으로 성형조건을 설정하게 됨으로 성형조건을 설정하기 용이하며 또한 물성을 제어하기 용이한 것이다.

혼합 폐플라스틱을 성형하기 전에, 혼합 폐플라스틱의 종류 및 성형품의 용도에 따라 혼합 폐플라스틱에 함유되어 있는 수지중 지배수지를 선정한다. 즉 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 비닐등으로 구성된 혼합 폐플라스틱을 분리하지 않고 이들 중 한가지 수지를 지배수지로 선정하여 수지간의 상용성을 증진시키는 것이다.

예를 들어, 수집된 수지가 폴리에틸렌계의 병이나 필름이 주종인 플랜트에서는 폴리에틸렌을 지배수지로 사용함으로써 성형공정을 제어할 수 있다. 또한 성형품의 용도가 고강도를 요구하는 경우에는 폴리스틸렌을 지배수지로 하여 물성을 제어하게 되는 것이다.

혼합 폐플라스틱에 함유되어 있는 수지중 한가지 수지를 지배수지로 선정한 후, 지배수지로 선정된 수지 100중량부당 혼합 폐플라스틱 30-100중량부를 혼합한다. 지배수지 100중량부에 대해서 혼합 폐플라스틱을 30중량부 이하로 혼합하는 경우에는 폐플라스틱의 혼합률이 적어 폐플라스틱의 재활용이 저하되고 혼합 폐플라스틱을 100중량부 이상으로 혼합하게 되면 성형품의 물성을 제어하기 위한 지배수지로서의 기능이 저하되어 제조품의 물성은 제어가 어렵다.

또한 지배수지와 혼합 폐플라스틱중 여러 가지 수지간의 상용성을 개선시키기 위해 지배수지로 선정된 수지와 폐플라스틱을 혼합한 양(이하 "총수지무게합"이라한다) 100중량부를 기준으로 상용화제가 30중량부 이하로 첨가된다. 이는 상용화제를 총수지무게합 100중량부에 대해서 30중량부 이상으로 혼합하는 경우에는 상용화제의 특성이 지배수지의 특성을 제압하게 되며 또한 비용상승의 원인이 되기 때문이다.

나아가, 성형물의 강도, 경도 및 내충격성을 향상시키기 위해 총수지무게합 100중량부 당 임의로 첨가제를 100중량부 이하를 첨가할 수 있다. 또한 성형품의 강도를 증가시키기 위해 총수지무게합 100중량부를 기준으로 강화섬유를 30중량부 이하로 임의의 첨가, 혼합하여 성형할 수 있다. 첨가제를 이 총수지무게합 100중량부에 대하여 100중량부 이상으로 혼합하거나 강화섬유를 30중량부 이상 혼합하면 수지와 첨가제간 그리고 수지와 강화섬유간의 결합력이 저하되며 또한 성형성이 저하되어 물성을 제어하기 어려워진다. 첨가제로는 석재분말, 석회석, 폐지 및 제지슬러지 등이 첨가되며 강화섬유로는 유리섬유등이 사용될 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 지배수지와 폐플라스틱으로된 혼합수지에 목재성분과 같은 셀룰로스를 첨가하여 플라스틱 목제를 제조함으로써 가구재로 이용되는 파티클보드와 같은 목재의 대체물로 사용할 수 있으며, 또한 석재분을 첨가하여 성형하는 경우에는 바닥재로도 이용가능한 것이다.

상기한 바와 같이 지배수지, 폐플라스틱, 상용화제, 임의의 첨가제 및 강화섬유로 된 수지 혼합물 압출성형하게 된다. 압출성형은 통상 120-170℃온도로 행하여진다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

지배수지로 폴리프로필렌을 사용한 경우

본 실시예에서는 아래 표 1 및 2의 조성으로 폐플라스틱으로된 혼합 성형품을 제조하였다.

하기 표 1의 조성예(1)에서 사용된 혼합 폐플라스틱(1)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌이 균일한 비율로 혼합된 폐플라스틱이며, 하기 표 2의 조성예(2)에서 사용된 혼합 폐플라스틱(2)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌 및 염화비닐이 균일한 비율로 혼합된 폐플라스틱이다.

석재로는 30-40mesh 크기의 방해석 분말 및 600-1000mesh 크기의 석회석 분말을 사용하였다. 상기 각각의 혼합 폐플라스틱(1) 및 (2)를 세정한 후에 건조로에서 8시간 건조 시킨 후에 사용하였다. 제조과정은 먼저 혼합 폐플라스틱에 선정된 지배수지인 폴리프로필렌을 혼합하고 표 1의 조성에 다른 첨가제 및 강화제를 첨가하고 150-170℃의 혼합기에서 혼합한 후 같은 온도에서 압축 성형하였다. 압축 성형 압력은 40-60MPa 정도로 낮게 실시하였다. 이렇게 낮은 압력에서 성형함으로써 높은 성형온도로 성형하는 경우 성형온도에서 이미 용융되어 낮은 점도를 갖고 있는 수지들이 금형 사이로 밀려나가는 것을 방지할 수 있다.

혼합 폐플라스틱내에 함께 혼합되어 있는 성형 온도보다 고온의 용융점을 갖고 있는 수지들은 완전히 용융되지 않음으로 첨가제 역할을 하게 된다.

상기한 바와 같이 혼합 폐플라스틱(1) 및 (2)와 지배수지로 폴리프로필렌을 사용하여 제조된 성형품의 물성으로 인장강도를 측정하여 하기 표 3에 나타냈다.

[표 1] 폴리프로필렌이 지배수지인 경우 조성예(1)

[표 2] 폴리프로필렌이 지배수지인 경우 조성예(2)

[표 3] 폴리프로필렌이 지배수지인 경우 성형품의 기계적 특성

지배수지를 사용하지 않고 혼합 폐플라스틱을 가공하는 경우에는 혼합 폐플라스틱의 수집처에 따라 여러가지 수지의 혼합물이 다르므로 물성이 제어가 되지 아니하나 본 발명에서는 지배수지를 사용함으로써 지배수지에 해당하는 수지를 기준으로 물성을 제어하게 됨으로 일정한 물성을 나타낸다. 상기 표 1과 표 2에서와 같이 혼합 폐플라스틱의 조성이 다른 경우에서도 지배수지를 사용하여 제조된 성형품의 물성은 표 3에서와 같이 크게 다르게 나타나지 아니하는 것을 알 수 있다. 즉 표 1의 혼합 폐플라스틱(1)의 조성은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 및 폴리스틸렌이 균일한 비율로 섞인 혼합 폐플라스틱이고 혼합 폐플라스틱(2)의 조성은 폴리염화비닐이 추가된 조성으로서 비록 수지 성분상의 차이는 있으나 물성의 차이는 크지않다.

그러나 표 3에 나타난 바와 같이 혼합 폐플라스틱의 조성의 차이보다는 같은 조성의 폐플라스틱 조성이라도 첨가제의 종류에 따라 물성차이가 크게 나타나 약 30% 정도의 강도 차이를 보이고 있다.

특히 첨가제의 종류에 따라 비록 혼합 폐플라스틱의 조성은 다르더라도 그 물성의 차이를 거의 나타나지 않는 경우도 있어 지배 수지와 첨가제 및 강화제를 첨가함으로써 물성이 개선되고 또한 쉽게 물성을 제어할 수 있음을 나타낸다.

한편, 지배수지로 선정한 폴리프로필렌의 함량이 100중량부 미만인 경우에는 수지간의 상용성이 저하되고 다량의 기공이 형성되어 성형물로 형성할 수 없었다.

또한 가공품의 용도에 따른 성형조건 또한 지배수지의 종류에 따라 결정하게 됨으로 성형조건은 설정하기 용이하며 성형된 가공품의 외관도 우수하였다.

[실시예 2]

지배수지로 폴리에틸렌을 사용한 경우

본 실시예에서는 아래 표 4 및 5의 조성으로 상기 혼합 폐플라스틱(1) 및 (2)로된 혼합 성형품을 제조하였다.

석재로는 30-40mesh 크기의 방해석 분말 및 600-1000mesh 크기의 석회석을 사용하였으며 기타 첨가제도 실시예(1)에서와 동일한 것을 사용하였으나 지배수지로 폴리에틸렌을 사용하였다. 사용된 혼합 폐플라스틱도 실시예 1에서와 각각 동일한 것으로, 세정한 후에 건조로에서 8시간 건조시킨 후 사용하였다.

제조과정은 먼저 혼합 폐플라스틱에 지배 수지인 폴리에틸렌을 첨가하여 혼합한 다음 표 4에의 조성에 따른 첨가제와 강화제를 혼합한 후에 120-140℃로 가열된 혼합기에서 혼합한 후 같은 온도에서 압축 성형하였다. 압축 성형 압력은 40-60MPa 정도로 비교적 저압에서 성형하였다.

이와 같이 제조된 성형품의 인장강도를 하기 표 6에 나타내었다.

[표 4] 폴리에틸렌이 지배수지인 경우 조성예(1)

[표 5] 폴리에틸렌이 지배수지인 경우 조성예(2)

[표 6] 폴리에틸렌이 지배수지인 경우 성형품의 기계적 특성

실시예 1에서와 마찬가지로 실시예 2에서도 지배수지를 사용함으로써 혼합 폐플라스틱 수지 조성에 따른 물성 변화의 폭이 크지 않았다. 즉, 상기 표 4 및 5에 나타낸 바와 같이 혼합 폐플라스틱의 조성에 다른경우에서도 지배수지를 사용하여 성형품을 형성함으로써 상기 표 6에 나타낸 바와 같이 성형품의 물성이 크게 변화되지 않음을 알 수 있다. 또한 실시예 1에서와 마찬가지로 본 실시예 2에서도 혼합 폐플라스틱의 조성의 차이 보다는 같은 조성의 폐플라스틱이라도 성형품의 종류에 따라서 상기 조성 3-3과 3-4 그리고 조성 4-3과 4-4에서와 같이 약 60% 이상의 강도 차이를 나타낸다. 더욱이 동일한 첨가제가 첨가되는 경우 비록 혼합 폐플라스틱의 조성은 다르더라도 그 물성의 차이를 거의 나타내지 않음으로 지배수지와 첨가제 및 강화제를 혼합하여 사용함으로 물성이 개선되며 지배수지를 기준으로한 성형품의 물성을 제어함으로써 용이하게 물성을 제어할 수 있다.

이와 달리 지배수지로 선정한 폴리에틸렌을 100중량부 미만으로 사용하는 경우에는 성형품으로 제조하기에 바람직하지 않은 물성을 나타내었다.

Claims (3)

1. 혼합 폐플라스틱에 함유되어 있는 수지중 한가지 수지를 지배수지로 선정하는 단계; 상기 지배수지로 선정된 수지 100중량부와 혼합 폐플라스틱 30-100중량부를 혼합하는 단계; 상기 지배수지로 선정된 수지와 혼합 폐플라스틱의 혼합물에 그 혼합물 100중량부당 첨가제 0-100중량부 및 강화섬유 0-30중량부를 첨가하여 혼합하는 단계; 및 120-170℃로 압축성형하는 단계; 를 포함하는 지배수지를 이용한 폐플라스틱의 성형방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 첨가제는 석재분말, 석회석, 폐지 및 제지슬래그로 구성되는 그룹으로 부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 강화섬유는 유리섬유임을 특징으로 하는 방법.

Images