KR20230037184A - 폐플라스틱 재생 시스템 및 재생 플라스틱의 제조공정 - Google Patents

폐플라스틱 재생 시스템 및 재생 플라스틱의 제조공정 Download PDF

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KR20230037184A
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Abstract

본 발명은 폐플라스틱 재생 시스템 및 재생 플라스틱 제조공정에 관한 것이다.

Description

폐플라스틱 재생 시스템 및 재생 플라스틱의 제조공정{WASTE PLASTIC REGENERATION SYSTEM AND MANUFACTURING PROCESS OF RECYLED PLASTIC}
본 발명은 폐플라스틱 재생 시스템 및 재생 플라스틱의 제조공정에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 폐플라스틱이 용해된 용해물을 샘플링하여 용해물의 점도를 측정하여 상기 용해물이 여과되는 필터를 제어하는 폐플라스틱 재생 시스템 및 재생 플라스틱의 제조공정에 관한 것이다.
플라스틱은 가공이 쉽고 물리적 및 화학적 성질 변화가 용이하여 현대 사회에서 널리 사용되고 있다. 사용 후에 폐기되는 폐플라스틱을 처리하기 위하여는 매립하거나 소각하는 방법이 많이 이용되고 있으나, 플라스틱은 자연적 분해가 어렵기 때문에 매립하는 경우에는 수질 및 토양 오염의 환경 문제를 일으킬 수 있고, 소각하는 경우에는 대기 오염의 환경 문제를 일으킬 수 있다.
이러한 환경 문제를 해결하기 위하여 폐플라스틱을 가공 및 정제하거나 변형하여 재생하기 위한 많은 연구가 진행되었고, 일부 재생 방법은 실제로 활용되고 있다.
종래 플라스틱을 재활용하는 공정은 플라스틱을 분쇄, 용해, 여과, 석출 및 건조의 단계를 거쳐 불순물을 제거하였다.
그러나, 플라스틱 제조 시 원료가 항상 일정한 성분 비율로 포함되지 않아 종래 플라스틱을 용해하는 단계에서 플라스틱에 포함된 불순물이 용매에 완전히 용해되지 못해 최종 산물에 불순물이 포함되는 문제가 발생하였다.
한국공개특허 제10-1996-0010197호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐플라스틱이 용해된 용해물을 샘플링하여 용해물의 점도를 측정하고, 측정된 결과를 바탕으로 상기 용해물이 여과되는 필터를 조절하는 폐플라스틱 재생 시스템 및 재생 플라스틱의 제조공정을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 용매와 폐플라스틱을 공급받아 상기 용매에 상기 폐플라스틱을 용해한 용해물을 저장하는 용해 반응기; 상기 용해 반응기로부터 상기 용해물을 샘플링하여 상기 액상의 폐플라스틱 점도를 측정하는 측정부; 상기 측정부에서 측정된 상기 용해물의 점도 값을 기초로 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터를 선택하는 필터 제어부; 상기 필터 제어부에 의하여 선택된 필터를 이용하여 상기 용해물을 여과시키는 여과부; 및 상기 여과부로부터 여과된 재생 플라스틱을 회수하는 회수부를 포함하는 폐플라스틱 재생 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 용해 반응기를 이용하여 용매에 폐플라스틱을 용해하여 용해물을 제조하는 단계; 상기 용해물을 샘플링 한 후, 상기 용해물의 점도를 측정하는 단계; 상기 측정된 상기 용해물의 점도 값을 기초로 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터를 선택하는 단계; 상기 선택된 필터에 상기 용해물을 여과시키는 단계; 및 상기 여과된 재생 플라스틱을 회수하는 단계를 포함하는 재생 플라스틱의 제조공정을 제공한다.
본 발명의 실시상태들에 따른 폐플라스틱 재생 시스템 및 재생 플라스틱의 제조공정에 따르면, 폐플라스틱이 용해된 용해물을 샘플링하여 용해물의 점도를 측정하고, 측정된 결과를 바탕으로 상기 용해물이 여과되는 필터를 조절하여 여과 효율을 높이고, 공정 시간을 줄이며, 재생 플라스틱의 순도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 폐플라스틱 재생 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 재생 플라스틱 제조공정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 종래의 폐플라스틱 재생 시스템을 도시한 것이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 폐플라스틱 재생 시스템을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 용매와 폐플라스틱을 공급받아 상기 용매에 상기 폐플라스틱을 용해하여 용해물을 저장하는 용해 반응기(10); 상기 용해 반응기(10)로부터 상기 용해물을 샘플링하여 상기 용해물 점도를 측정하는 측정부(20); 상기 측정부(20)에서 측정된 상기 용해물의 점도 값을 기초로 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터(42)를 선택하는 필터 제어부(30); 상기 필터 제어부(30)로부터 선택된 필터(42)에 상기 용해물을 여과시키는 여과부(40); 및 상기 여과부(40)로부터 여과된 재생 플라스틱을 회수하는 회수부(50)를 포함하는 폐플라스틱 재생 시스템을 제공한다.
폐플라스틱이 용매에 용해된 용해물의 폐플라스틱은 용해물의 온도, 용해될 때의 용액 교반 속도 등에 따라 점도가 달라질 수 있는데, 점도가 다름에도 불구하고 동일한 필터를 사용하여 여과하는 경우, 여과 효율이 저하되고 여과 공정에서의 체류 시간이 증가한다. 그러나, 본 발명에 따른 폐플라스틱 재생 시스템을 적용하는 경우, 용해물의 점도에 따라 최적화된 필터를 적용하여 용해물을 여과시키기 때문에, 여과 효율이 우수하며, 순도가 높은 재생 플라스틱을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 "플라스틱"이란 가소성이 있고 가열에 의해 연화하며 임의의 형태로 성형할 수 있는 유기 고분자 물질을 총칭한다. 상기 플라스틱은 예컨대, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 플라스틱은 폴리비닐클로라이드(PVC)일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 “폐플라스틱”은 플라스틱 제품을 사용한 후 발생하는 폐기물을 의미하며, 상기 폐기물은 공업용, 상업용 또는 가정용 폐기물일 수 있으며, 가전이나 자동차와 같은 운송 수단에서 사용된 플라스틱을 제한 없이 채용할 수 있고, 어느 하나에만 한정되는 것은 아니다. 상기 폐기물은 플라스틱 제품이 한 번 사용된 경우뿐만 아니라, 본래 목적하는 용도로의 사용이 끝난 후 더 이상 사용할 수 없게 된 상태를 의미할 수 있다. 또한, 본 명세서의 폐플라스틱은 분쇄된 상태의 폐플라스틱을 의미할 수 있다.
상기 용해 반응기(10)는 용매에 폐플라스틱을 용해하는 것으로, 용매와 폐플라스틱을 혼합하여 용해물로 전환할 수 있다. 상기 용해물은 폐플라스틱에 포함된 플라스틱 수지(resin), 가소제와 같은 첨가제 등이 용매에 용해된 용액을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 용해 반응기(10)는 상기 용매 및 상기 폐플라스틱을 공급받아 저장하는 용해조(11) 및 회전에 의해 상기 용매와 상기 폐플라스틱을 혼합하는 교반기(12)를 포함한다.
상기 교반기(12)는 회전에 의해 용매와 폐플라스틱을 혼합하여 용해물을 제조할 수 있다.
상기 교반기(12)는 길이가 긴 막대에 적어도 하나 이상의 프로펠러가 막대의 길이 방향을 따라 위치될 수 있다. 그리고, 교반기(12)는 프로펠러를 회전시키기 위해 막대에 동력을 제공할 수 있는 모터를 포함할 수 있다. 따라서, 교반기(12)는 모터와 막대가 연결되어 구비될 수 있다.
교반기(12)는 프로펠러를 폐플라스틱이 혼합된 용매에 침지되도록 설치한 후 막대를 회전시켜 용매와 폐플라스틱을 교반할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 측정부(20)는 상기 샘플링된 용해물 점도를 측정하여, 측정된 점도 값을 4 단계 중 한 단계로 구분한다.
상기 측정부(20)는 용해 반응기(10)에서 교반에 의해 액상으로 전환된 용해물을 샘플링하여 용해물의 점도를 측정하는 것이다.
상기 측정부(20)는 점도계를 포함할 수 있고, 상기 점도계의 종류는 제한되지 않으나, 예컨대, Brookfiled 점도계가 적용될 수 있다.
상기 점도를 측정할 때의 스핀들(spindle)의 종류가 LV-3이며, 회전속도가 6 rpm이고, 측정시간이 2분이며, 상기 샘플링된 용해물은 30℃ 내지 200℃의 온도일 수 있다.
상기 측정된 점도 값을 4 단계 중 한 단계로 구분하는 것은 구체적으로 1cP 이상 250 cP 이하의 제1 단계, 250 cP 초과 500 cP 이하의 제2 단계, 500 cP 초과 750 cP 이하의 제3 단계 및 750 cP 초과 1,000 cP 이하의 제4 단계 중 한 단계로 구분하는 것을 의미한다.
상기 측정된 점도 값이 제n 단계에 해당되는 경우, 용해물을 여과할 때 적용되는 필터는 4 분할된 필터 중 제n 필터이다. 상기 n은 1 내지 4의 정수이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폐플라스틱 재생 시스템은 상기 용해 반응기로부터 상기 용해물을 상기 측정부로 이동시키는 유로를 포함한다.
상기 액상의 폐플라스틱을 샘플링한다는 것은 점도 측정을 위해 용해조(11)로부터 상기 용해물을 소량만 분리해내는 것을 의미한다.
구체적으로, 도 1에 도시하지는 않았으나, 상기 측정부(20)는 용해 반응기(10)에서 소량의 용해물을 분리하기 위해 바이패스(bypass) 유로를 포함할 수 있다. 상기 바이패스 유로는 용해 반응기(10)로부터 측정부(20)로 용해물을 우회시킬 수 있다. 즉, 바이패스 유로는 용해물을 용해 반응기(10)에서 측정부(20) 및 측정부(20)에서 용해 반응기(10)로 이동시키는 통로일 수 있다.
바이패스 유로는 펌프를 이용하여 용해물을 용해 반응기(10) 및 측정부(20)로 배출 또는 공급할 수 있다.
좀 더 상세하게는, 바이패스 유로는 용해물을 용해 반응기(10)에서 측정부(20)로 이동시키는 제1 바이패스 유로 및 측정부(20)에서 용해 반응기(10)로 이동시키는 제2 바이패스 유로를 포함할 수 있다.
상기 제1 바이패스 유로에는 제1 펌프가 구비될 수 있고, 상기 제2 바이패스 유로에는 제2 펌프가 구비될 수 있다.
상기 제1 펌프는 용해 반응기(10)로부터 용해물을 배출시켜 측정부(20)로 공급할 수 있고, 상기 제2 펌프는 측정부(20)로부터 용해물을 배출시켜 용해 반응기(10)로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터는 4 분할된 원형의 필터 중 1 부분이다.
상기 필터(42)는 4 분할된 원형의 필터일 수 있으며, 구체적으로 필터의 메쉬(mesh) 크기에 따라 구분될 수 있다. 상기 4 분할된 것은 각각 제1 필터, 제2 필터, 제3 필터 및 제4 필터일 수 있고, 상기 제1 필터의 메쉬는 25 μm 이상 74 μm 이하, 상기 제2 필터의 메쉬는 74 μm 초과 149 μm 이하, 상기 제3 필터의 메쉬는 149 μm 초과 250 μm 이하, 상기 제4 필터의 메쉬는 250 μm 초과 800 μm 이하로서, 각 필터의 메쉬 크기가 상이하다.
상기 필터 제어부(30)는 측정부(20)에서 측정된 용해물의 점도 값을 전송받아 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터(42)를 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 여과부(40)는 프레스 여과기(41)를 이용하여 상기 용해물을 여과시키는 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 여과부(40)는 상기 프레스 여과기(41)로 3 bar 내지 30 bar의 압력을 가하여 상기 액상의 폐플라스틱을 여과시키는 것이다.
상기 필터 제어부(30)로부터 선택된 필터(42)에 상기 용해물을 상기 프레스 여과기(41)로 여과시킨다.
상기 프레스 여과기(41)는 프레스 여과기 커버(cover) 및 프레스 여과기 프레임(Frame)을 포함하며, 상기 프레스 여과기 커버는 상기 프레스 여과기 프레임보다 열 팽창계수가 높은 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 회수부(50)는 상기 여과부(40)로부터 여과된 재생 플라스틱을 회수한다.
상기 여과부(40)에서 필터(42)에 의해 걸러진 물질은 상기 용해물에 용해되지 않은 고형물이다.
상기 용해되지 않은 고형물은 예컨대, 불순물일 수 있으며, 구체적으로 구리 전선, 종이류, 탄산칼슘이거나 보강제 또는 안정제와 같은 첨가물일 수 있다.
상기 고형물이란 특정 형상을 나타내거나 특정 결합을 가지는 물질을 의미하는 것은 아니며, 용매에 용해되지 않은 통상적인 고체 상태의 물질을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 재생 플라스틱의 제조공정을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에 따른 재생 플라스틱의 제조공정은 용해 반응기를 이용하여 용매에 폐플라스틱을 용해하여 용해물을 제조하는 단계(S10); 상기 용해물을 샘플링 한 후, 상기 용해물 점도를 측정하는 단계(S20); 상기 측정된 상기 용해물의 점도 값을 기초로 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터를 선택하는 단계(S30); 상기 선택된 필터에 상기 용해물을 여과시키는 단계(S40); 및 상기 여과된 재생 플라스틱을 회수하는 단계(S50)를 포함한다.
상기 재생 플라스틱의 제조공정은 전술한 폐플라스틱 재생 시스템의 설명이 적용될 수 있다.
상기 용해물을 제조하는 단계(S10)는 용해 반응기를 이용하여 용매에 폐플라스틱을 용해하여 용해물을 제조하는 단계이다.
구체적으로, 용해조에 용매와 분쇄된 폐플라스틱을 공급하고 교반기를 회전시켜 폐플라스틱을 용매에 용해시킬 수 있다. 이 때, 용해 반응기의 온도, 분쇄된 폐플라스틱 투입량, 용매 투입량 및 혼합 속도(교반기의 회전 속도)는 적절히 선택할 수 있다.
상기 용해물을 제조하는 단계(S10)에는 전술한 폐플라스틱 재생 시스템의 용해 반응기에 대한 설명이 적용된다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 용해물 점도를 측정하는 단계(S20)는 상기 샘플링된 용해물 점도를 측정하여, 측정된 점도 값을 4 단계 중 한 단계로 구분하는 단계를 포함한다.
상기 용해물 점도를 측정하는 단계(S20)는 상기 용해물을 샘플링하는 단계; 점도계로 상기 샘플링된 용해물의 점도를 측정하는 단계; 및 상기 샘플링 된 용해물 점도를 측정하여, 측정된 점도 값을 4 단계 중 한 단계로 구분하는 단계를 포함한다.
상기 용해물 점도를 측정하는 단계(S20)에는 전술한 폐플라스틱 재생 시스템의 측정부에 대한 설명이 적용된다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 적용되는 필터를 선택하는 단계(S30)는 4 분할된 원형의 필터 중 1 부분을 선택하는 것이다.
상기 용해물의 측정된 점도가 클수록 상기 필터 중에 메쉬 크기가 큰 필터가 선택된다.
상기 적용되는 필터를 선택하는 단계(S30)는 전술한 폐플라스틱 재생 시스템의 필터 제어부에 대한 설명이 적용된다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 용해물을 여과시키는 단계(S40)는 프레스 여과기를 이용하여 상기 용해물을 여과시키는 것이다.
구체적으로, 상기 용해물을 여과시키는 단계(S40)는 상기 프레스 여과기로 3 bar 내지 30 bar의 압력을 상기 액상의 폐플라스틱을 여과시키는 것이다.
상기 여과된 재생 플라스틱은 불순물이 제거된 것이다.
상기 프레스 여과기로 여과시키는 단계(S40)는 전술한 폐플라스틱 재생 시스템의 여과부에 대한 설명이 적용된다.
상기 여과된 재생 플라스틱을 회수하는 단계(S50)는 전술한 폐플스틱 재생 시스템의 회수부에 대한 설명이 적용된다.
도 2에 도시하지는 않았으나, 상기 여과된 재생 플라스틱을 회수하는 단계 이후에, 상기 여과된 재생 플라스틱으로부터 플라스틱 수지(resin)을 석출시키고, 상기 플라스틱 수지를 탈수 및 건조하여 재생 플라스틱 원료를 수득할 수 있다.
도 3은 종래의 폐플라스틱 재생 시스템을 도시한 것이다. 종래의 폐플라스틱 재생 시스템은 폐플라스틱을 용해조(11) 및 교반기(12)를 포함하는 용해 반응기(10)에서 용매에 용해시켜 제조한 용해물을 필터(42)를 포함하는 여과부(40)에서 여과시킨 후, 여과부(40)로부터 여과된 재생 플라스틱을 회수부(50)로부터 회수한다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 용해 반응기
11: 용해조
12: 교반기
20: 측정부
30: 필터 제어부
40: 여과부
41: 프레스 여과기
42: 필터
50: 회수부

Claims (12)

  1. 용매와 폐플라스틱을 공급받아 상기 용매에 상기 폐플라스틱을 용해한 용해물을 저장하는 용해 반응기;
    상기 용해 반응기로부터 상기 용해물을 샘플링하여 상기 액상의 폐플라스틱 점도를 측정하는 측정부;
    상기 측정부에서 측정된 상기 용해물의 점도 값을 기초로 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터를 선택하는 필터 제어부;
    상기 필터 제어부에 의하여 선택된 필터를 이용하여 상기 용해물을 여과시키는 여과부; 및
    상기 여과부로부터 여과된 재생 플라스틱을 회수하는 회수부
    를 포함하는 폐플라스틱 재생 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 여과부는 프레스 여과기를 이용하여 상기 용해물을 여과시키는 것인 폐플라스틱 재생 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 용해 반응기로부터 상기 용해물을 상기 측정부로 이동시키는 유로를 포함하는 폐플라스틱 재생 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 용해 반응기는 상기 용매 및 상기 폐플라스틱을 공급받아 저장하는 용해조 및 회전에 의해 상기 용매와 상기 폐플라스틱을 혼합하는 교반기를 포함하는 폐플라스틱 재생 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 측정부는 상기 샘플링된 용해물의 점도를 측정하여, 측정된 점도 값을 4 단계 중 한 단계로 구분하는 것인 폐플라스틱 재생 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터는 4 분할된 원형의 필터 중 1 부분인 것인 폐플라스틱 재생 시스템.
  7. 청구항 2에 있어서, 상기 여과부는 상기 프레스 여과기로 3 bar 내지 30 bar의 압력을 가하여 상기 용해물을 여과시키는 것인 폐플라스틱 재생 시스템.
  8. 용해 반응기를 이용하여 용매에 폐플라스틱을 용해하여 용해물을 제조하는 단계;
    상기 용해물을 샘플링 한 후, 상기 용해물의 점도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 상기 용해물의 점도 값을 기초로 상기 용해물을 여과할 때 적용되는 필터를 선택하는 단계;
    상기 선택된 필터에 상기 용해물을 여과시키는 단계; 및
    상기 여과된 재생 플라스틱을 회수하는 단계를 포함하는 재생 플라스틱의 제조공정.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 용해물의 점도를 측정하는 단계는 상기 샘플링된 용해물의 점도를 측정하여, 측정된 점도 값을 4 단계 중 한 단계로 구분하는 단계를 포함하는 것인 재생 플라스틱의 제조공정.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 적용되는 필터를 선택하는 단계는 4 분할된 원형의 필터 중 1 부분을 선택하는 것인 재생 플라스틱의 제조공정.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 용해물을 여과시키는 단계는 프레스 여과기를 이용하여 상기 용해물을 여과시키는 것인 재생 플라스틱의 제조공정.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 프레스 여과기를 이용하여 상기 용해물을 여과시키는 것은 상기 프레스 여과기로 3 bar 내지 30 bar의 압력을 가하여 상기 용해물을 여과시키는 것인 재생 플라스틱의 제조공정.
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