KR20230040542A - 재생 폴리염화비닐의 제조방법, 재생 폴리염화비닐 및 재생 폴리염화비닐 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재생 폴리염화비닐의 제조방법, 재생 폴리염화비닐 및 재생 폴리염화비닐의 제조장치를 제공한다.
Description
본 발명은 재생 폴리염화비닐의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조된 재생 폴리염화비닐 및 재생 폴리염화비닐 제조장치에 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, 소각하 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.
플라스틱은 목적에 맞는 물리적 특성을 나타내기 위하여 안정제, 슬립제, 난연제, 윤활제 등의 다양한 첨가제가 사용된다. 국제적으로 환경 및 인체 유해성 문제가 부각되면서 기존에 사용되었던 유해 첨가제들에 대한 규제가 생겨났다. 플라스틱을 쉽고 빠르게 재활용하기 위한 방법으로 기계적으로 재활용하는 용융/압출법이 사용되지만 이는 플라스틱 내에 함유된 첨가제를 제거하기 힘들다.
상기 기계적 재활용법 외에 플라스틱에서 용매 추출법을 이용하여 첨가물을 제거하고 재생 플라스틱을 수득하는 공정을 적용할 수 있다.
이와 같은 용매 추출법을 이용할 때, 폐플라스틱으로부터 첨가물을 효과적으로 제거하여 재생 플라스틱의 순도를 크게 높일 수 있는 재생 플라스틱의 제조방법에 대한 연구가 지속적으로 필요한 실정이다.
본 발명은 폐폴리염화비닐로부터 폴리염화비닐 외의 성분을 효율적으로 제거하고 재생된 폴리염화비닐의 순도를 크게 높일 수 있는 재생 폴리염화비닐의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 재생 폴리염화비닐을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계; 상기 용액을 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터를 이용하여 여과시키는 단계;
폴리염화비닐 외의 성분과 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리하는 단계; 및 상기 폴리염화비닐을 포함하는 용액으로부터 폴리염화비닐을 수득하는 단계를 포함하는 재생 폴리염화비닐의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 재생 폴리염화비닐의 제조방법으로 제조된 재생 폴리염화비닐로서, 재생 폴리염화비닐의 제조방법으로 제조된 재생 폴리염화비닐로서, 폴리염화비닐의 회수율이 90 % 이상인 재생 폴리염화비닐을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 용해부; 상기 용해부로부터 이송된 상기 용액을 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터를 이용하여 여과시키고, 폴리염화비닐 외의 성분과 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리하는 여과부; 및 상기 여과부에서 분리된 폴리염화비닐을 포함하는 용액으로부터 폴리염화비닐을 수득하는 석출부를 포함하는 재생 폴리염화비닐의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 재생 폴리염화비닐의 제조방법은 폴리염화비닐 외의 성분을 효율적으로 제거하여 순도 높은 재생 폴리염화비닐을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 재생 폴리염화비닐의 제조장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 재생 폴리염화비닐의 제조장치 중 일부를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 재생 폴리염화비닐의 제조장치 중 일부를 도시한 것이다.
이하에서 구체적인 실시상태들에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 명세서에 있어서, “포함”한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시상태는 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계; 상기 용액을 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터를 이용하여 여과시키는 단계;
폴리염화비닐 외의 성분과 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리하는 단계; 및 상기 폴리염화비닐을 포함하는 용액으로부터 폴리염화비닐을 수득하는 단계를 포함하는 재생 폴리염화비닐의 제조방법을 제공한다.
플라스틱 중 폴리염화비닐은 저렴한 가격, 우수한 물리적 특성, 뛰어난 가공 특성으로 인해 널리 사용되는 범용 플라스틱이다. 사용된 폴리염화비닐이 매립 또는 소각하여 처리되는 경우, 수질, 토양, 대기 오염 등 환경 오염의 염려가 크기 때문에 폐폴리염화비닐을 재생하는 것이 바람직하며, 상기 재생하는 방법에는 용매 및 비용매를 사용한 분별 용해 방법이 사용될 수 있다.
상기 분별 용해 방법이란 구체적으로 용해도가 다른 두 개의 용매를 사용하여 목적하는 물질을 선별 추출하는 방법이다. 상기 용해도가 다른 두 개의 용매는 예컨대, 용매 및 비용매로 나뉠 수 있다.
본 발명은 폐폴리염화비닐을 분별 용해 방법을 이용하여 재생 폴리염화비닐로 제조하는 방법을 제시하며, 더 나아가 상기 분별 용해 방법에 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터를 이용하여 여과시키는 단계를 포함함으로써, 별도의 화학적 처리 없이 물리적인 방법으로 폴리염화비닐을 분리하여 보다 경제적이고 효율적인 방법으로 재생 폴리염화비닐을 제조할 수 있는 방법을 제시한다.
본 발명에 있어서, “폴리염화비닐 제품”은 수지의 주 성분이 폴리염화비닐인 플라스틱 제품을 의미한다.
본 발명에 있어서, “폐폴리염화비닐”은 폴리염화비닐의 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.
상기 폐폴리염화비닐은 수지의 주성분으로 폴리염화비닐을 포함하면서도, 폴리염화비닐 외의 수지, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA) 및 폴리우레탄(PU)으로 이루어진 군에서 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, “재생 폴리염화비닐”은 상기 재생 폴리염화비닐의 제조방법으로 재생된 폴리염화비닐을 의미한다.
본 발명에 있어서, 폴리염화비닐 원료는 폴리염화비닐 또는 폴리염화비닐 수지로 지칭될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 망목 구조의 “직경”은 상기 필터에 포함되는 상기 망목 구조 각각을 이루는 도형의 중심을 지나며, 도형의 둘레 위의 두 점을 이은 선분들의 평균 값을 의미한다. 상기 도형의 중심은 무게중심을 의미할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 직경은 '평균 직경'을 포함한 의미일 수 있다. 상기 '평균 직경'이란, 상기 필터에 포함되는 망목 구조들의 직경의 평균 값을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 직경은 '최대 직경'을 포함한 의미일 수 있다. 상기 '최대 직경'이란, 상기 필터에 포함되는 망목 구조의 직경 중 가장 큰 직경 값을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 직경은 상기 필터에 포함되는 망목 구조 중 임의로 선택된 어느 하나의 망목 구조의 직경을 의미할 수 있다.
즉, 상기 “서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터”는 2 이상의 필터가 서로 다른 평균 직경, 최대 직경 및 임의로 선택된 어느 하나의 망목 구조의 직경이 모두 상이한 것을 의미한다.
상기 망목 구조란, 필터를 형성하는 골격 구조를 의미한다.
상기 망목 구조의 모양은 특별히 제한되지 않으며, 상기 직경을 만족한다면 제한 없이 채용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상온은 20℃, 상압은 1atm일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 제조한 용액을 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 제1 필터 및 제2 필터를 이용하여 여과시키고, 폴리염화비닐 외의 성분과 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리시킨다. 예컨대, 상기 제1 필터에 의해 폴리염화비닐 외의 수지, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트를 걸러내며, 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 여과시키고, 상기 제2 필터에 의해 폴리염화비닐 외의 수지 외의 화합물, 예컨대 탄산칼슘을 여과시키고, 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 걸러낸다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터는 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터 및 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터를 포함한다.
상기 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터는 구체적으로 상기 직경이 380㎛ 이상 420㎛ 이하 또는 390㎛ 이상 410㎛ 이하이고, 더욱 구체적으로는 400㎛이고, 이는 40 mesh 이다.
상기 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터는 구체적으로 상기 직경이 130㎛ 이상 170㎛ 이하 또는 140㎛ 이상 160㎛ 이하이고, 더욱 구체적으로는 149㎛이고, 이는 100 mesh이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리염화비닐 외의 성분은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA) 및 폴리우레탄(PU)으로 이루어진 군에서 적어도 하나를 포함한다.
구체적으로 상기 폴리염화비닐 외의 성분은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함한다.
상기 폴리염화비닐 외의 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA) 또는 폴리우레탄(PU)이다.
폐폴리염화비닐에는 플라스틱 제품의 가공성, 내후성, 경도 및 강도의 향상을 위해 필요에 따라 수지 성분 중 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA) 및 폴리우레탄(PU)으로 이루어진 군에서 적어도 하나와 같이 폴리염화비닐 외의 성분이 더 포함될 수 있다.
이에 따라, 폐폴리염화비닐을 재생하는 과정에서 폴리염화비닐 외의 다른 수지를 분리해내는 과정이 필요한데, 본 발명의 재생 폴리염화비닐의 제조방법은 별도의 공정을 추가하지 않고, 분별 용해 단계를 수행할 때 특정 필터를 사용하여 폴리염화비닐 외 폴리에틸렌테레프탈레이트와 같은 다른 수지를 효율적으로 분리해낼 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리염화비닐 외의 성분은 탄산칼슘, 산화납, 알루미늄 하이드록사이드, 티타늄옥사이드, 징크옥사이드, 지르코늄옥사이드, 실리카 필러, 글래스 파이버 및 카본 파이버 중 적어도 하나를 더 포함한다.
구체적으로 폐폴리염화비닐에는 폴리염화비닐과 같은 수지 성분 외 탄산칼슘 또는 산화납과 같은 무기 화합물을 포함할 수 있다.
상기 폴리염화비닐 외의 수지 외의 화합물은 탄산칼슘, 산화납, 알루미늄 하이드록사이드, 티타늄옥사이드, 징크옥사이드, 지르코늄옥사이드, 실리카 필러, 글래스 파이버 또는 카본 파이버이다.
상기 탄산칼슘은 폴리염화비닐 제품 제조시 충진제로 적용될 수 있고, 상기 산화납은 폴리염화비닐 제품 제조시 열 안정제로 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터는 폴리염화비닐 외의 수지 외의 화합물을 여과시키고, 상기 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터는 폴리염화비닐 외의 수지를 걸러낸다.
구체적으로, 상기 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터는 탄산칼슘 및 산화납을 여과시킬 수 있고, 상기 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 걸러낼 수 있다.
상기 폴리염화비닐 외의 수지 외의 화합물은 통상적으로 입자 직경이 100㎛ 미만으로서, 상기 직경이 상기 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터 및 상기 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터에 의해 걸러내지지 않고 여과된다.
상기 폴리에틸렌테레프탈레이트는 입자 직경이 450㎛ 초과로서, 상기 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터에 의해 걸러낼 수 있다.
상기 폴리염화비닐 수지는 입자 직경이 200㎛ 초과 350㎛ 미만인 것으로서, 상기 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터에 의해 여과되고 상기 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터에 의해 걸러낼 수 있다.
상기 탄산칼슘, 산화납 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐 수지의 각 입자 직경은 주사전자현미경(SEM)을 통한 형상 관찰법으로 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴리염화비닐을 수득하는 단계는 상기 폴리염화비닐을 포함하는 용액에 비용매를 첨가하는 단계; 및 비용매를 첨가한 용액으로부터 석출된 폴리염화비닐을 수득하는 여과 단계를 포함한다.
상기 폴리염화비닐을 포함하는 용액에 비용매를 첨가하면, 용매와 비용매의 용해도 차이에 의해, 상기 용매에 용해된 폴리염화비닐이 석출될 수 있다. 이렇게 석출된 폴리염화비닐을 필터를 사용하여 걸러내면 폐폴리염화비닐로부터 폴리염화비닐을 수득할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 여과 단계 이후에 수득한 폴리염화비닐을 탈수하는 단계; 상기 수득한 폴리염화비닐을 건조하는 단계; 및 상기 수득한 폴리염화비닐을 압출하는 단계를 더 포함한다.
상기 탈수하는 단계의 탈수 방법 및 조건, 상기 건조하는 단계의 건조 방법 및 조건, 상기 압출하는 단계의 압출 방법 및 조건은 특별히 제한되지 않고, 당 기술분야에서 적용되는 방법 및 조건이 적절히 채용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 한센 상대 에너지 차이(Hansen Relative Energy Difference) 값이 1 미만이다.
상기 사이클릭에테르계 용매는 예컨대, 테트라하이드로퓨란일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 1-아세틸피리딘, N-메틸-2-피롤리디논, 1,4-디메틸피롤리돈, 1-에틸-2-피롤리디논, N,N-디메틸아세트아미드, 사이클로헥산온, 사이클로펜탄온, 2-사이클로헥센-1-온, N,N-디에틸아세트아미드, 피롤리돈, 사이클로헵탄온, 3-메틸사이클로헥산온, 카프로락탐, 1,4-다이옥세인, 아이소포론, 2-아자사이클로옥탄온, 1,3-디메틸피롤리돈, 디메틸이소소르바이드, 디하이드로레보글루코세논, 2-에톡시벤즈알데히드, 감마부티로락톤, 3-사이클로헥센-1-카르복스알데히드, 4-메틸-3-펜텐-2-온, 2-메틸사이클로헥산온, 2-메틸사이클로펜탄온, 3-펜탄온, 디메틸포름아마이드, 테트라하이드로퓨란, 메틸에틸케톤 또는 에틸벤조네이트일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 용매는 구체적으로 테트라하이드로퓨란일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 비용매는 한센 상대 에너지 차이(Hansen Relative Energy Difference) 값이 1 초과이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 비용매는 2,4-디메틸헥산, 2,5-디메틸헥산, 1,4-부탄디올, 1,5-부탄디올, 에탄올아민, 프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 글리콜, 글리세롤, 4-하이드록시메틸-1,3-디옥솔란-2-온, 포름아미드, 4-메틸페놀, 메틸부탄, 펜탄, 3,3-디메틸펜탄, 2,2,5-트리메틸헥산, 2,3,3-트리메틸펜탄, 2,3,3,4-테트라메틸펜탄, 3-에틸-2,2-디메틸펜탄, 2,2-디메틸헥산, 헥산, 도데칸, n-운데칸, 1,2-헥산디올, 사이클로헥센 또는 사이클로헵탄일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 비용매는 구체적으로 펜탄일 수 있다.
상기 한센 상대 에너지 차이(Hansen Relative Energy Difference, RED)는 하기 식 1로부터 계산할 수 있다.
[식 1]
RED=Ra/R0
상기 식 1에서, R0는 한센 공간(Hansen space)에서의 상호작용 반지름(interaction radius)으로서, 이는 실험적으로 결정되는 값이다. 그리고 상기 식 1에서 Ra는 한센 공간에서의 용해도 파라미터(solubility parameter)의 거리이며 다음의 식 2로 정의된다.
[식 2]
(Ra)2=4(δD1-δD2)2+(δP1-δP2)2+(δH1-δH2)2
상기 식 2에서, δ는 한센 용해도 파라미터를 나타내며, 단위는 MPa0.5이고, δD1는 용질 분자 간의 분산력에 의한 에너지, δP1는 용질 분자 간의 쌍극자 분자간 힘에 의한 에너지, δH1는 용질 분자 간의 수소결합에 의한 에너지를 의미한다. 그리고 δD2는 용매 분자 간의 분산력에 의한 에너지, δP2는 용매 분자간의 쌍극자 분자간 힘에 의한 에너지, δH2는 용매 분자간의 수소결합에 의한 에너지를 의미한다. 상기 식 2에서 δD1, δP1, δH1를 용질의 용해도 파라미터로 하고, δD2, δP2, δH2를 용매의 용해도 파라미터로 하였지만, 이는 서로 반대가 될 수 있다.
상기 한센 용해도 파라미터란 하나의 물질이 다른 물질에 용해되어 용액을 형성할 수 있는지를 예측하는 방법으로 찰스 한센 박사에 의해 발견된 파라미터이다.
상기 식 2에 있어서, 상기 용질은 본 발명의 폐플라스틱을 의미하고, 상기 용매는 상기 용매 또는 상기 비용매를 의미한다.
본 발명의 일 실시상태는 재생 폴리염화비닐의 제조방법으로 제조된 재생 폴리염화비닐로서, 폴리염화비닐의 회수율이 90% 이상인 재생 폴리염화비닐을 제공한다.
구체적으로 상기 폴리염화비닐의 회수율은 90% 이상 100% 이하이다. 더욱 구체적으로 상기 폴리염화비닐의 회수율은 92% 이상 95% 이하이다.
본 발명의 재생 폴리염화비닐이 전술한 범위의 폴리염화비닐 회수율을 만족하는 경우, 순도가 우수함을 확인할 수 있다.
상기 재생 폴리염화비닐의 폴리염화비닐 회수율은 아래 계산식 1로부터 계산할 수 있다.
[계산식 1]
폴리염화비닐 회수율(%)=
본 발명의 일 실시상태는 재생 폴리염화비닐의 제조방법으로 제조된 재생 폴리염화비닐로서, 재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율이 85% 이상인 재생 폴리염화비닐을 제공한다.
구체적으로 상기 재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율은 85% 이상 100% 이하이다. 더욱 구체적으로 상기 재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율은 89% 이상 95% 이하이다.
본 발명의 재생 폴리염화비닐이 전술한 범위의 질량 백분율을 만족하는 경우, 순도가 우수함을 확인할 수 있다.
상기 재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율은 하기 계산식2로 계산할 수 있다.
[계산식 2]
재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율(%)=
상기 계산식 1의 폐폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율은 상기 계산식 2에서 재생 폴리염화비닐 대신 폐폴리염화비닐을 적용하여 계산할 수 있다.
상기 재생 폴리염화비닐에 포함된 폴리염화비닐 수지 또는 폐폴리염화비닐에 포함된 폴리염화비닐 수지의 질량은 열중량분석법(TGA)로부터 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 용해부; 상기 용해부로부터 이송된 상기 용액을 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터를 이용하여 여과시키고, 폴리염화비닐 외의 성분과 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리하는 여과부; 및 상기 여과부에서 분리된 폴리염화비닐을 포함하는 용액으로부터 폴리염화비닐을 수득하는 석출부를 포함하는 재생 폴리염화비닐의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터는 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터 및 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터를 포함한다.
상기 재생 폴리염화비닐의 제조장치에 대한 설명은 전술한 재생 폴리염화비닐의 제조방법에 대한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 재생 폴리염화비닐의 제조장치는 상기 여과부에서 수득한 플라스틱 원료를 탈수하는 탈수부; 상기 플라스틱 원료를 건조하는 건조부; 및 상기 플라스틱 원료를 압출하는 압출부를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 재생 폴리염화비닐의 제조장치를 도시한 것이다. 용해부(10)는 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 용액을 제조하며, 상기 용해부(10)는 상기 폐폴리염화비닐 및 상기 용매를 공급받아 저장하는 용해조(1) 및 회전에 의해 상기 용매와 상기 폐폴리염화비닐을 혼합하는 교반기(2)를 포함할 수 있다. 상기 교반기(2)는 길이가 긴 막대에 적어도 하나 이상의 프로펠러가 막대의 길이 방향을 따라 위치될 수 있다. 그리고, 교반기(2)는 프로펠러를 회전시키기 위해 막대에 동력을 제공할 수 있는 모터를 포함할 수 있다. 따라서, 교반기(2)는 모터와 막대가 연결되어 구비될 수 있다. 상기 교반기(2)는 프로펠러를 폐폴리염화비닐이 혼합된 용매에 침지되도록 설치한 후 막대를 회전시켜 용매와 폐폴리염화비닐을 교반할 수 있다. 여과부(20)는 상기 용해부(10)로부터 이송된 상기 용액을 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터(21, 22)를 이용하여 여과시키고, 폴리염화비닐 외의 성분과 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리시킨다. 석출부(30)는 상기 여과부(20)에서 분리된 폴리염화비닐을 포함하는 용액으로부터 폴리염화비닐을 수득한다.
도 2는 본 발명에 따른 재생 폴리염화비닐의 제조장치 중 용해부(10) 및 여과부(20)를 도시한 것이다. 상기 용해부(10)에서 이송받은 상기 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 제조한 용액을 여과부(20)에서 제1 필터(21) 및 제2 필터(22)를 이용하여 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리시킨다. 예컨대, 상기 제1 필터(21)에 의해 폴리염화비닐 외의 수지, 예컨대 폴리에틸렌테레프탈레이트를 걸러내며, 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 여과시키고, 상기 제2 필터(22)에 의해 폴리염화비닐 외의 수지 외의 화합물, 예컨대 탄산칼슘을 여과시키고, 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 걸러낸다.
이하, 실시예를 통하여, 본 발명을 더욱 상세하게 예시한다. 본 발명이 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니며, 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
실시예 및 비교예.
실시예 1
폐폴리염화비닐을 용매 테트라하이드로퓨란(THF)에 100℃의 온도에서 용해시켜 용액을 제조하였다.
상기 용액은 상기 용매 100 중량부를 기준으로 상기 폐폴리염화비닐 10 중량부를 포함시켰다.
상기 용액을 직경이 400㎛인 필터를 이용하여 상온(20℃), 상압(1atm)에서 1차 여과시켰으며, 1차 여과되지 못한 용액에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)가 포함되었다.
이후 1차 여과된 용액을 직경이 149㎛인 필터를 이용하여 상온, 상압에서 2차 여과시켰으며, 2차 여과되지 못한 용액을 분리하여 회수하였다. 직경이 149㎛인 필터를 통해 2차 여과된 용액에는 탄산칼슘이 포함되었다.
상기 2차 여과되지 못한 용액에 펜탄을 적하하였다. 상기 비용매는 상기 2차 여과되지 못한 용액 100 중량부를 기준으로 50 중량부를 적용하였다.
펜탄을 적하한 후 교반기를 기용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서 200 rpm의 속도에 의한 교반을 함께 진행하여, 폴리염화비닐 원료를 석출시켰다.
이후 용액을 여과하여 석출된 폴리염화비닐 원료를 직경이 149㎛인 필터를 이용하여 걸러내고 세척하였으며, 100℃ 오븐에서 24시간 건조하여 재생 폴리염화비닐을 수득하였다.
비교예 1
폐폴리염화비닐을 용매 테트라하이드로퓨란(THF)에 100℃의 온도에서 용해시켜 용액을 제조하였다.
상기 용액은 상기 용매 100 중량부를 기준으로 상기 폐폴리염화비닐 10 중량부를 포함시켰다.
상기 용액을 직경이 400㎛인 필터를 이용하여 상온, 상압에서 여과시켰으며, 여과되지 못한 용액을 회수하였다.
상기 회수한 용액에 펜탄을 적하하였다. 상기 비용매는 상기 여과되지 못한 용액 100 중량부를 기준으로 50 중량부를 적용하였다.
펜탄을 적하한 후 교반기를 기용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서 200 rpm의 속도에 의한 교반을 함께 진행하여, 폴리염화비닐 원료를 석출시켰다.
이후 용액을 여과하여 석출된 폴리염화비닐 원료를 직경이 149㎛인 필터를 이용하여 걸러내고 세척하였으며, 100℃ 오븐에서 24시간 건조하여 재생 폴리염화비닐을 수득하였다.
비교예 2
폐폴리염화비닐을 용매 테트라하이드로퓨란(THF)에 100℃의 온도에서 용해시켜 용액을 제조하였다.
상기 용액은 상기 용매 100 중량부를 기준으로 상기 폐폴리염화비닐 10 중량부를 포함시켰다.
상기 용액을 직경이 149㎛인 필터를 이용하여 상온, 상압에서 여과시켰으며, 여과되지 못한 용액을 회수하였다.
상기 회수한 용액에 펜탄을 적하하였다. 상기 비용매는 상기 여과되지 못한 용액 100 중량부를 기준으로 50 중량부를 적용하였다.
펜탄을 적하한 후 교반기를 기용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서 200 rpm의 속도에 의한 교반을 함께 진행하여, 폴리염화비닐 원료를 석출시켰다.
이후 용액을 여과하여 석출된 폴리염화비닐 원료를 직경이 149㎛인 필터를 이용하여 걸러내고 세척하였으며, 100℃ 오븐에서 24시간 건조하여 재생 폴리염화비닐을 수득하였다.
비교예 3
폐폴리염화비닐을 용매 테트라하이드로퓨란(THF)에 100℃의 온도에서 용해시켜 용액을 제조하였다.
상기 용액은 상기 용매 100 중량부를 기준으로 상기 폐폴리염화비닐 10 중량부를 포함시켰다.
상기 용액에 펜탄을 적하하였다. 상기 비용매는 상기 용액 100 중량부를 기준으로 50 중량부를 적용하였다.
펜탄을 적하한 후 교반기를 기용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서 200 rpm의 속도에 의한 교반을 함께 진행하여, 폴리염화비닐 원료를 석출시켰다.
이후 용액을 여과하여 석출된 폴리염화비닐 원료를 직경이 149㎛인 필터를 이용하여 걸러내고 세척하였으며, 100℃ 오븐에서 24시간 건조하여 재생 폴리염화비닐을 수득하였다.
실험예.
상기 실시예 및 비교예에 따른 재생 폴리염화비닐의 제조방법을 적용하여 얻은 재생 폴리염화비닐을 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해하여 겔투과크로마토그래피(GPC) 및 핵자기공명(NMR) 분석을 통해 재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지가 수득된 것을 확인하였다.
열중량분석법(TGA)으로 폴리염화비닐의 특징적인 피크를 분석하여 재생 폴리염화비닐에 포함된 폴리염화비닐 수지의 질량을 분석하였다. 상기 열중량분석법에는 TA instrument사의 열중량분석기를 사용하였으며, 질소 가스 유량 40 ml/min, 승온 속도 10℃/min, 분해시작 온도 25℃ 및 최종 온도는 800℃로 하였다.
이를 기초로 재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율을 계산하였고, 이를 하기 표 1에 기재하였다.
재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율(%)=
또한, 열중량분석법(TGA)으로 폐폴리염화비닐에 포함된 폴리염화비닐 수지의 질량을 분석하였고, 아래의 계산식으로 폴리염화비닐의 회수율을 계산하여, 이를 하기 표 1에 기재하였다.
폴리염화비닐 회수율(%)=
| 재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율(%) | 폴리염화비닐 회수율(%) | |
| 실시예 1 | 89 | 92 |
| 비교예 1 | 62 | 87 |
| 비교예 2 | 57 | 84 |
| 비교예 3 | 49 | 83 |
상기 표 1에 의하면, 본 발명에 따른 실시예는 비교예보다 재생 폴리염화비닐 내 폴리염화비닐 수지의 질량 백분율이 높으며, 폴리염화비닐의 회수율도 높음을 확인할 수 있다.
이로써, 본 발명에 따른 재생 폴리염화비닐의 제조 방법에 의해 재생 폴리염화비닐을 제조하는 경우, 순도가 높은 재생 폴리염화비닐을 얻을 수 있음을 확인하였다.
1: 용해조
2: 교반기
21: 제1 필터
22: 제2 필터
10: 용해부
20: 여과부
30: 석출부
2: 교반기
21: 제1 필터
22: 제2 필터
10: 용해부
20: 여과부
30: 석출부
Claims (12)
- 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계;
상기 용액을 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터를 이용하여 여과시키는 단계;
폴리염화비닐 외의 성분과 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리하는 단계; 및
상기 폴리염화비닐을 포함하는 용액으로부터 폴리염화비닐을 수득하는 단계를 포함하는 재생 폴리염화비닐의 제조방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터는 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터 및 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터를 포함하는 것인 재생 폴리염화비닐의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 폴리염화비닐 외의 성분은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌옥사이드(PPO), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA) 및 폴리우레탄(PU)으로 이루어진 군에서 적어도 하나를 포함하는 것인 재생 폴리염화비닐의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 폴리염화비닐 외의 성분은 탄산칼슘, 산화납, 알루미늄 하이드록사이드, 티타늄옥사이드, 징크옥사이드, 지르코늄옥사이드, 실리카 필러, 글래스 파이버 및 카본 파이버 중 적어도 하나를 포함하는 것인 재생 폴리염화비닐의 제조방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 필터는 폴리염화비닐 외의 수지 외의 화합물을 여과시키고, 상기 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 필터는 폴리염화비닐 외의 수지를 걸러내는 것인 재생 폴리염화비닐의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 폴리염화비닐을 수득하는 단계는
상기 폴리염화비닐을 포함하는 용액에 비용매를 첨가하는 단계; 및 비용매를 첨가한 용액으로부터 석출된 폴리염화비닐을 수득하는 여과 단계를 포함하는 것인 재생 폴리염화비닐의 제조방법. - 청구항 6에 있어서, 상기 여과 단계 이후에 수득한 폴리염화비닐을 탈수하는 단계; 상기 수득한 폴리염화비닐을 건조하는 단계; 및 상기 수득한 폴리염화비닐을 압출하는 단계를 더 포함하는 재생 폴리염화비닐의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 용매는 한센 상대 에너지 차이(Hansen Relative Energy Difference) 값이 1 미만인 것인 재생 폴리염화비닐의 제조방법.
- 청구항 6에 있어서, 상기 비용매는 상기 비용매는 한센 상대 에너지 차이(Hansen Relative Energy Difference) 값이 1 초과인 것인 재생 폴리염화비닐의 제조방법.
- 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 따른 재생 폴리염화비닐의 제조방법으로 제조된 재생 폴리염화비닐로서, 폴리염화비닐의 회수율이 90 % 이상인 재생 폴리염화비닐.
- 폐폴리염화비닐을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 용해부;
상기 용해부로부터 이송된 상기 용액을 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터를 이용하여 여과시키고,폴리염화비닐 외의 성분과 폴리염화비닐을 포함하는 용액을 분리하는 여과부; 및
상기 여과부에서 분리된 폴리염화비닐을 포함하는 용액으로부터 폴리염화비닐을 수득하는 석출부를 포함하는 재생 폴리염화비닐의 제조장치. - 청구항 11에 있어서, 상기 서로 다른 직경의 망목 구조를 포함하는 2 이상의 필터는 직경이 350㎛ 이상 450㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제1 필터 및 직경이 100㎛ 이상 200㎛ 이하인 망목 구조를 포함하는 제2 필터를 포함하는 것인 재생 폴리염화비닐의 제조장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210123809A KR20230040542A (ko) | 2021-09-16 | 2021-09-16 | 재생 폴리염화비닐의 제조방법, 재생 폴리염화비닐 및 재생 폴리염화비닐 제조장치 |
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| KR20230040542A true KR20230040542A (ko) | 2023-03-23 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020042681A (ko) | 1999-09-24 | 2002-06-05 | 더블유. 니첼스 | 비닐 중합체를 주성분으로 한 물품의 재순환 방법 |
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2021
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| KR20020042681A (ko) | 1999-09-24 | 2002-06-05 | 더블유. 니첼스 | 비닐 중합체를 주성분으로 한 물품의 재순환 방법 |
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