KR20230040543A - 재생 플라스틱의 제조방법, 재생 플라스틱 및 재생 플라스틱의 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재생 플라스틱의 제조방법, 재생 플라스틱 및 재생 플라스틱의 제조장치를 제공한다.
Description
본 발명은 재생 플라스틱의 제조방법, 상기 제조방법으로 제조된 재생 플라스틱 및 재생 플라스틱의 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, 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.
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 적용하였다. 용매 추출법에서 통상 수행되는 교반 공정에 있어서, 교반이 충분히 이루어지지 않는다면 폐플라스틱으로부터 첨가물을 효과적으로 제거할 수 없다.
따라서, 폐플라스틱으로부터 첨가물을 효과적으로 제거하여 재생 플라스틱의 순도를 크게 높일 수 있는 재생 플라스틱의 제조방법에 대한 연구가 지속적으로 필요한 실정이다.
본 발명은 종래 재생 플라스틱 제조방법의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 첨가물을 효율적으로 제거하고 재생된 플라스틱의 순도를 크게 높일 수 있는 재생 플라스틱의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 폐플라스틱을 용매에 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계; 상기 제1 용액에 비용매를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계로서, 상기 비용매 첨가와 함께 또는 상기 비용매의 첨가 후에 탈색제를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계; 상기 제2 용액에 초음파를 발생시켜 플라스틱 원료를 석출시키는 단계; 및 상기 석출된 플라스틱 원료를 수득하는 여과 단계를 포함하는 재생 플라스틱의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 재생 플라스틱의 제조방법으로 제조된 재생 플라스틱으로서, 테트라하이드로퓨란 100 중량부를 기준으로 백색 플라스틱을 1 중량부로 녹인 용액의 분광색차계로 측정된 값을 기준으로, 상기 재생 플라스틱을 테트라하이드로퓨란 100 중량부를 기준으로 1 중량부로 녹인 용액의 분광색차계로 측정된 △E 값이 10 이하인 것을 만족하는 것인 재생 플라스틱을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 폐플라스틱을 용매에 용해시킨 제1 용액과, 상기 제1 용액에 비용매 및 탈색제를 첨가하여 제조한 제2 용액을 수용하는 반응조; 상기 반응조 내의 제2 용액에 초음파를 발생시키기 위하여 구비된 초음파 분산기를 포함하는 반응부; 및 상기 반응부의 상기 반응조에서 석출된 플라스틱 원료를 수득하는 여과부를 포함하는 재생 플라스틱의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 재생 폴리염화비닐의 제조방법은 에너지 효율성이 높고, 첨가물을 효과적으로 제거하여 순도 높은 재생 폴리염화비닐을 얻을 수 있다.
도 1 및 도 2은 본 발명에 따른 재생 플라스틱의 제조장치의 구성도를 도시한 것이다.
도 3는 비교예 3 및 본원 발명의 실시예에 따른 재생 플라스틱의 제조장치의 반응부를 도시한 것이다.
도 3는 비교예 3 및 본원 발명의 실시예에 따른 재생 플라스틱의 제조장치의 반응부를 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 폐플라스틱을 용매에 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계; 상기 제1 용액에 비용매를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계로서, 상기 비용매 첨가와 함께 또는 상기 비용매의 첨가 후에 탈색제를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계; 상기 제2 용액에 초음파를 발생시켜 플라스틱 원료를 석출시키는 단계; 및 상기 석출된 플라스틱 원료를 수득하는 여과 단계를 포함하는 재생 플라스틱의 제조방법을 제공한다.
재생 플라스틱의 제조방법에 통상적으로 적용되는 용매 추출 공정은 용해도가 다른 두 용매를 사용하여, 용해도 차이에 따라 물질을 선별해내는 추출법으로서, 여과 단계 및 추출 단계를 포함한다. 상기 추출 단계에서는 통상적으로 폐플라스틱을 용매에 용해시킨 용액의 교반 과정이 수행되는데, 교반이 충분히 이루어지지 않는다면, 폐플라스틱으로부터 첨가물을 효과적으로 제거할 수 없다.
또한, 폐플라스틱의 대부분이 회색 또는 흑색과 같이 유색인 경우가 많은데, 유색의 폐플라스틱을 유용한 재생 플라스틱으로 제조하기 위해서는 탈색 공정이 추가로 필요하다.
그러나, 본 발명에 따른 재생 플라스틱의 제조방법은 폐플라스틱이 용해된 용액에 탈색제를 첨가하고, 초음파를 발생시키면서, 교반기에 의해 교반함으로써 폐플라스틱으로부터 첨가물을 효율적으로 제거할 수 있다.
구체적으로 폐플라스틱이 용해된 용액을 초음파를 발생시키고, 교반기에 의해 교반하는 것은, 통상적인 교반기에 의해 교반하는 것보다 용액 내 입자 분산도를 높이며, 용매에 폐플라스틱이 쉽게 용해될 수 있도록 넓은 비표면적을 제공할 수 있고, 상기 탈색제는 폐플라스틱 내부의 기공 형성을 도울 수 있다. 또한, 본 발명의 재생 플라스틱 제조방법에 탈색제를 적용하고 초음파를 조사함으로써, 폐플라스틱과 탈색제와의 접촉을 늘려 폐플라스틱의 염료의 탈색 효율을 높일 수 있다. 상기 탈색제를 첨가한 용액에 탄산염을 더 첨가하여 적용하는 경우에는 초음파를 통해 라디칼을 생성하여 탈색 과정을 가속화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 재생 플라스틱의 제조 방법이 상기 탈색제를 적용하는 것은 회색 또는 흑색의 폐플라스틱으로부터 염료를 분해 및 제거하여 투명한 재생 플라스틱으로 제조할 수 있는 것에 더불어, 상기 탈색제가 폐플라스틱 내부로 침투하여 기공을 형성함으로써 폐플라스틱이 용매에 용이하게 녹을 수 있도록 넓은 비표면적을 제공할 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, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리우레탄(PU), 폴리아미드(PA), 폴리에스터(PES), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 플라스틱은 폴리비닐클로라이드(PVC)인 것이 바람직하다.
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. 본 발명에서는 회색 또는 흑색을 포함한 유색 플라스틱이라면 제한 없이 채용될 수 있다.
본 발명에 있어서, "플라스틱 원료"란 상기 플라스틱의 주 원료가 되는 수지(resin)을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 고형물이란 특정 형상을 나타내거나 특정 결합을 가지는 물질을 의미한 것이 아니며, 여과 단계에서 걸러진 통상적인 고체 물질을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 첨가물이란, 플라스틱 제조에 적용되는 각종 첨가제를 의미하며, 예컨대 염료, 가소제 또는 안정제 등을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서 상기 재생 플라스틱의 제조방법은, 폐플라스틱을 용매에 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 제1 용액을 제조할 때의 온도는 0℃ 내지 150℃이다.
상기 용매 100 중량부를 기준으로, 상기 재생 플라스틱은 0.01 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 용액 100 중량부를 기준으로 상기 비용매는 50 중량부 내지 500 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 용액에 비용매를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계에서 상기 제1 용액에 비용매 첨가와 함께 탈색제를 첨가하거나, 비용매를 첨가한 후에 탈색제를 첨가할 수 있다. 즉, 폐플라스틱을 용매에 용해시켜 제조한 제1 용액에 비용매 및 탈색제를 첨가할 수 있고, 폐플라스틱을 용매에 용해시켜 제조한 제1 용액에 비용매를 첨가한 후, 탈색제를 첨가할 수 있다. 바람직하게, 상기 제1 용액에 비용매를 첨가한 후에 탈색제를 첨가할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 탈색제는 과산화수소이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 탈색제는 상기 제1 용액 100 중량부를 기준으로 0.01 중량부 내지 50 중량부로 첨가할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 용액에 탄산염을 더 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탄산염을 더 첨가함으로써 탈색제의 탈색 효과를 더 향상시킬 수 있다.
상기 탄산염은 탄산칼슘, 탄산수소나트륨 또는 탄산나트륨일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 탄산염은 상기 제2 용액 100 중량부를 기준으로 0.01 중량부 내지 10 중량부로 첨가할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 재생 플라스틱의 제조방법은 상기 제2 용액에 초음파를 발생시켜 플라스틱 원료를 석출시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 초음파를 발생시키는 것은 초음파 분산기는 침탐형 초음파 분산기(Probe type sonicator) 또는 욕조형 초음파 분산기(Bath type sonicator)를 이용하여 수행할 수 있다.
상기 침탐형 초음파 분산기(Probe type sonicator) 또는 욕조형 초음파 분산기(Bath type sonicator)는 당 기술분야에서 적용되는 것이 적절히 채용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 초음파를 발생시키는 것은 1 시간 내지 24 시간 동안, 0℃ 내지 50℃의 온도에서 10KHz 내지 40KHz의 주파수로 초음파를 발생시키는 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 플라스틱 원료를 석출시키는 단계는 교반기에 의한 교반이 더 수행된다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 의해 교반하는 것은 1 시간 내지 24 시간 동안 0℃ 내지 50℃의 온도에서 50 rpm 내지 400 rpm의 속도로 교반하는 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서 상기 재생 플라스틱의 제조방법은, 상기 폐플라스틱을 용매에 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계 이후에 제조된 제1 용액으로부터 석출된 고형물 및 비용해 고형물 중 적어도 하나를 제거하는 여과 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 여과 단계는 상기 제조된 제1 용액으로부터 석출된 고형물 및 비용해 고형물을 모두 제거할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 재생 플라스틱의 제조방법에 포함되는 여과 단계에서 적용되는 필터는 당 기술분야에서 적용되는 것이 적절히 채용될 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 상기 필터는 10 mesh 내지 500 mesh 크기, 바람직하게는 50 mesh 내지 150 mesh의 필터가 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 석출된 플라스틱 원료를 수득하는 여과 단계 이후에, 상기 플라스틱 원료의 탈수 단계; 상기 플라스틱 원료의 건조 단계; 및 상기 플라스틱 원료의 압출 단계를 더 포함한다.
상기 플라스틱 원료의 탈수 단계의 조건은 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 적용되는 조건이 적절히 채용될 수 있다.
상기 플라스틱 원료의 건조 단계의 조건은 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에서 적용되는 조건이 적절히 채용될 수 있다.
상기 플라스틱 원료의 압출 단계는 압출기를 이용하여 펠렛으로 제조하는 것을 의미한다. 상기 압출기를 이용하여 펠렛으로 제조할 때 적용되는 조건은 특별히 제한되지 않으며, 당 기술분야에서 적용되는 조건이 적절히 채용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 용매는 한센 상대 에너지 차이(Hansen Relative Energy Difference) 값이 1 미만이다.
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 상기 재생 플라스틱의 제조방법으로 제조된 재생 플라스틱으로서, 테트라하이드로퓨란 100 중량부를 기준으로 백색 플라스틱을 1 중량부로 녹인 용액의 분광색차계로 측정된 값을 기준으로, 상기 재생 플라스틱을 테트라하이드로퓨란 100 중량부를 기준으로 1 중량부로 녹인 용액의 분광색차계로 측정된 △E 값이 10 이하인 것을 만족하는 것인 재생 플라스틱을 제공한다.
상기 △E 값은 하기 식 3에 의해 계산될 수 있다.
[식 3]
상기 식 3에서 L는 명도, a는 붉은색과 녹색의 정도, b는 노란색과 파란색의 정도를 나타내는 좌표이다.
구체적으로 상기 식 3에서, △L는 L1-L2이고, △a는 a1-a2이고, △b는 b1-b2이며, L1, a1 및 b1는 백색 플라스틱을 테트라하이드로퓨란 100 중량부를 기준으로 1 중량부로 녹인 용액으로부터 측정한 값이며, L2, a2 및 b2는 테트라하이드로퓨란 100 중량부를 기준으로 상기 재생 플라스틱을 1 중량부로 녹인 용액으로부터 측정된 값이다.
상기 백색 플라스틱이란, 상용화된 파이프(pipe)용 백색 플라스틱을 의미하며, 더욱 구체적으로, 상기 L1는 83.3이고, a1는 0.8이며, b1는 4.3인 값을 가지는 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, △E 값은 0 이상일 수 있다. 구체적으로, △E 값은 0 이상 9 이하 또는 0 이상 8.5 이하이다.
본 발명에 따른 재생 플라스틱이 상기 △E 값을 만족하는 경우, 본 발명의 재생 플라스틱의 제조방법에 따라 폐플라스틱에 포함된 염료가 효과적으로 제거된 재생 플라스틱을 제조할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 재생 플라스틱의 수득률은 70%이다.
상기 수득률은 (재생 플라스틱 수득량/폐플라스틱 투입량)X100으로부터 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 폐플라스틱을 용매에 용해시킨 제1 용액과, 상기 제1 용액에 비용매 및 탈색제를 첨가하여 제조한 제2 용액을 수용하는 반응조; 상기 반응조 내의 제2 용액에 초음파를 발생시키기 위하여 구비된 초음파 분산기를 포함하는 반응부; 및 상기 반응부의 상기 반응조에서 석출된 플라스틱 원료를 수득하는 여과부를 포함하는 재생 플라스틱의 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 반응부는 상기 제2 용액을 교반하기 위한 교반기를 더 포함한다.
상기 재생 플라스틱의 제조장치에 대한 설명은 전술한 재생 플라스틱의 제조방법에 대한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 재생 플라스틱의 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 발명의 일 실시상태에 따른 재생 플라스틱의 제조장치의 구성도를 도시한 것이다. 상기 재생 플라스틱의 제조장치는 반응부(40)를 포함하며, 상기 반응부(40)는 폐플라스틱을 용매에 용해시킨 제1 용액과, 상기 제1 용액에 비용매 및 탈색제를 첨가하여 제조한 제2 용액을 수용하는 반응조(3); 상기 반응조(3) 내의 제2 용액에 초음파를 발생시키기 위하여 구비된 초음파 분산기(2)를 포함하고, 필요에 따라, 상기 제2 용액을 교반하기 위한 교반기(1)를 더 포함한다. 또한, 상기 재생 플라스틱의 제조장치는 상기 반응부(40)의 상기 반응조(3)에서 석출된 플라스틱 원료를 수득하는 여과부(30)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시상태에 따른 재생 플라스틱의 제조장치의 구성도를 도시한 것이다. 상기 재생 플라스틱의 제조장치의 상기 반응부(40)는 용해부(10) 및 석출부(20)를 포함하고, 상기 용해부(10)는 폐플라스틱을 용매에 용해시켜 제1 용액을 제조하고, 상기 석출부(20)는 상기 용해부(10)로부터 이송받은 제1 용액에 비용매를 및 탈색제를 첨가하여 제2 용액을 제조하고, 상기 제2 용액에 초음파 분산기(2)로 초음파를 발생시키고, 필요에 따라 상기 제2 용액을 교반기(1)에 의해 교반하여 플라스틱 원료를 석출시킨다. 이후 석출부(20)에서 석출된 플라스틱 원료는 여과부(30)로부터 수득할 수 있다. 도 1 및 도 2에 구체적으로 도시하지 않았으나, 상기 여과부(30)에는 필터가 적용되며, 상기 필터는 전술한 설명이 적용된다.
도 3은 비교예 3 및 실시예에 따른 재생 플라스틱 제조장치의 반응부를 도시한 것이다. 구체적으로 도 3의 (A)는 비교예 3에 따른 재생 플라스틱 제조장치의 반응부를 도시한 것이며, 도 3의 (B)는 본 발명의 실시예에 따른 재생 플라스틱 제조장치의 반응부를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 재생 플라스틱 제조장치의 반응부는 비교예와 다르게 비용매 및 탈색제를 첨가한 제2 용액을 적용하고, 초음파 분산기를 이용하여 상기 제2 용액에 초음파를 발생시킴으로써, 폐플라스틱이 쉽게 용해될 수 있도록 넓은 비표면적을 제공하고, 상기 탈색제는 폐플라스틱 내부의 기공 형성을 도와 폐플라스틱으로부터 염료의 제거 및 탈색을 효율적으로 수행할 수 있다.
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.
폐플라스틱인 폐폴리염화비닐을 용매에 100℃의 온도에서 용해시켜 제1 용액을 제조하였다.
상기 제1 용액은 상기 용매 100 중량부를 기준으로 상기 폐폴리염화비닐 10 중량부를 포함시켰다.
상기 용매는 테트라하이드로퓨란(THF)이다.
상기 제1 용액에 비용매인 펜탄을 적하하였다. 상기 비용매는 상기 제1 용액 100 중량부를 기준으로 50 중량부를 적용하였다.
상기 비용매를 첨가한 용액에 탈색제인 과산화수소를 첨가하여 제2 용액을 제조하였다. 또한, 상기 제2 용액에 탄산염인 탄산칼슘을 더 첨가하였다.
상기 탈색제는 상기 제1 용액 100 중량부를 기준으로 1 중량부로 첨가하였으며, 상기 탄산염은 상기 제2 용액 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부로 첨가하였다.
상기 제2 용액에 침탐형 초음파 분산기(Probe type sonicator)를 이용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서, 20kHz 주파수로 초음파를 발생시키고, 교반기를 기용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서 200 rpm의 속도에 의한 교반을 함께 진행하여, 염료 등의 첨가물이 분리된 플라스틱 원료를 석출시켰다.
이후 제2 용액을 여과하여 석출된 플라스틱 원료를 100 mesh 크기의 필터를 이용하여 걸러내고 세척하였으며, 100℃ 오븐에서 24시간 건조하여 재생 폴리염화비닐을 수득하였다.
상기 수득한 재생 폴리염화비닐의 수득률은 70%이었다. 상기 수득률은 (재생 폴리염화비닐 수득량/폐폴리염화비닐 투입량}X100으로부터 계산하였다.
비교예.
비교예 1
상기 실시예에서 “상기 제2 용액에 침탐형 초음파 분산기(Probe type sonicator)를 이용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서, 20kHz 주파수로 초음파를 발생시키고, 교반기를 기용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서 200 rpm의 속도에 의한 교반을 함께 진행하는 것"을 제외한 것 외에는 상기 실시예와 동일한 방법으로 재생 폴리염화비닐을 수득하였다.
상기 수득한 재생 폴리염화비닐의 수득률은 74%이었다. 상기 수득률 계산 방법은 실시예에 기재된 것과 같다.
비교예 2
실시예에서 “상기 비용매를 첨가한 용액에 탈색제인 과산화수소를 첨가하여 제2 용액을 제조하고, 상기 제2 용액에 탄산염인 탄산칼슘을 더 첨가하는 것"을 제외한 것 외에는 상기 실시예와 동일한 방법으로 폴리염화비닐 수지를 수득하였다.
상기 수득한 재생 폴리염화비닐의 수득률은 76%이었다. 상기 수득률 계산 방법은 실시예에 기재된 것과 같다.
비교예 3
실시예에서 “상기 비용매를 첨가한 용액에 탈색제인 과산화수소를 첨가하여 제2 용액을 제조하고, 상기 제2 용액에 탄산염인 탄산칼슘을 더 첨가하는 것"과 “상기 제2 용액에 침탐형 초음파 분산기(Probe type sonicator)를 이용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서, 20kHz 주파수로 초음파를 발생시키고, 교반기를 기용하여 10시간 동안, 20℃의 온도에서 200 rpm의 속도에 의한 교반을 함께 진행하는 것"을 제외한 것 외에는 상기 실시예와 동일한 방법으로 폴리염화비닐 수지를 수득하였다.
상기 수득한 재생 폴리염화비닐의 수득률은 82%이었다. 상기 수득률 계산 방법은 실시예에 기재된 것과 같다.
실험예.
상기 실시예 및 비교예에 따른 재생 플라스틱의 제조방법을 적용하여 수득한 재생 폴리염화비닐을 테트로하이드로퓨란 100 중량부 기준으로 1 중량부로 용해시켜 용액을 제조한 후, 상기 용액을 자동도공기를 이용해 폴리디메틸실록산(PDMS) 기판 상에 코팅하였다.
코팅한 것을 100℃ 오븐에서 24시간 건조하여 50μm 두께의 필름을 제조하였다.
상기 제조한 필름으로부터 코니카미놀타 사의 분광색차계를 사용하여, L2, a2, b2 값을 측정하였다.
상용화된 파이프(pipe)용 백색 폴리염화비닐(LG화학 社의 straight PVC LS100H)을 테트로하이드로퓨란 100 중량부을 기준으로 1 중량부로 녹인 용액의 분광색차계로 측정된 L1, a1 및 b1 값을 기준으로, △E 값을 하기 식 1에 의해 계산하여, 이를 아래 표 1에 기재하였다.
[식 1]
상기 식 1에서, △L는 L1-L2이고, △a는 a1-a2이고, △b는 b1-b2이다.
상용화된 파이프(pipe)용 백색 폴리염화비닐의 상기 L1는 83.3이고, a1는 0.8이며, b1는 4.3이었다.
| △E | |
| 실시예 | 8.4 |
| 비교예 1 | 26.3 |
| 비교예 2 | 40.9 |
| 비교예 3 | 44.6 |
상기 표 1에 의하면, 본 발명의 실시예에 따른 △E 값이 10 이하인 것을 만족함으로써, 본 발명의 재생 플라스틱의 제조방법에 따라 폐플라스틱에 포함된 염료가 효과적으로 제거되었음을 확인할 수 있었다.
특히, 비교예 3의 재생 플라스틱의 제조방법에서 탈색제를 사용하지 않은 것에 비해 본원 발명에 따른 실시예는 재생 플라스틱 제조시 탈색제를 첨가하여, 폐플라스틱 내에 기공을 형성하여 용매에 폐플라스틱이 쉽게 용해될 수 있도록 넓은 비표면적을 생성할 수 있고, 초음파를 발생시킴으로써, 폐플라스틱과 탈색제와의 접촉을 늘려 폐플라스틱의 염료의 탈색 효율 및 염료 등의 첨가물의 제거 효율을 높일 수 있음을 확인할 수 있었다.
1: 교반기
2: 초음파 분산기
3: 반응조
10: 용해부
20: 석출부
30: 여과부
40: 반응부
(A) 비교예 3의 재생 플라스틱 제조장치
(B) 실시예의 재생 플라스틱 제조장치
2: 초음파 분산기
3: 반응조
10: 용해부
20: 석출부
30: 여과부
40: 반응부
(A) 비교예 3의 재생 플라스틱 제조장치
(B) 실시예의 재생 플라스틱 제조장치
Claims (14)
- 폐플라스틱을 용매에 용해시켜 제1 용액을 제조하는 단계;
상기 제1 용액에 비용매를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계로서, 상기 비용매 첨가와 함께 또는 상기 비용매의 첨가 후에 탈색제를 첨가하여 제2 용액을 제조하는 단계;
상기 제2 용액에 초음파를 발생시켜 플라스틱 원료를 석출시키는 단계; 및
상기 석출된 플라스틱 원료를 수득하는 여과 단계를 포함하는 재생 플라스틱의 제조방법. - 청구항 1에 있어서, 상기 플라스틱 원료를 석출시키는 단계는 교반기에 의한 교반이 더 수행되는 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 탈색제는 과산화수소인 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제2 용액에 탄산염을 더 첨가하는 단계를 더 포함하는 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 탈색제는 상기 제2 용액 100 중량부를 기준으로 0.5 중량부 내지 50 중량부로 첨가하는 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 초음파를 발생시키는 것은 침탐형 초음파 분산기(Probe type sonicator) 또는 욕조형 초음파 분산기(Bath type sonicator)를 이용하는 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 초음파를 발생시키는 것은 1시간 내지 24 시간 동안, 0℃ 내지 50℃의 온도에서 10kz 내지 40kHz의 주파수로 초음파를 발생시키는 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 교반기에 의해 교반하는 것은 1시간 내지 24 시간 동안 0℃ 내지 50℃의 온도에서 50 rpm 내지 400 rpm의 속도로 교반하는 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 여과 단계 이후에, 상기 플라스틱 원료의 탈수 단계; 상기 플라스틱 원료의 건조 단계; 및 상기 플라스틱 원료의 압출 단계를 더 포함하는 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 용매는 한센 상대 에너지 차이(Hansen Relative Energy Difference) 값이 1 미만인 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 비용매는 한센 상대 에너지 차이(Hansen Relative Energy Difference) 값이 1 초과인 것인 재생 플라스틱의 제조방법.
- 청구항 1 내지 11 중 어느 한 항에 따른 재생 플라스틱의 제조방법으로 제조된 재생 플라스틱으로서,
테트라하이드로퓨란 100 중량부를 기준으로 백색 플라스틱을 1 중량부로 녹인 용액의 분광색차계로 측정된 값을 기준으로,
상기 재생 플라스틱을 테트라하이드로퓨란 100 중량부를 기준으로 1 중량부로 녹인 용액의 분광색차계로 측정된 △E 값이 10 이하인 재생 플라스틱. - 폐플라스틱을 용매에 용해시킨 제1 용액과, 상기 제1 용액에 비용매 및 탈색제를 첨가하여 제조한 제2 용액을 수용하는 반응조;
상기 반응조 내의 제2 용액에 초음파를 발생시키기 위하여 구비된 초음파 분산기를 포함하는 반응부; 및
상기 반응부의 상기 반응조에서 석출된 플라스틱 원료를 수득하는 여과부를 포함하는 재생 플라스틱의 제조장치. - 청구항 13에 있어서, 상기 반응부는 상기 제2 용액을 교반하기 위한 교반기를 더 포함하는 것인 재생 플라스틱의 제조장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210123812A KR20230040543A (ko) | 2021-09-16 | 2021-09-16 | 재생 플라스틱의 제조방법, 재생 플라스틱 및 재생 플라스틱의 제조장치 |
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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
- 2021-09-16 KR KR1020210123812A patent/KR20230040543A/ko unknown
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