KR20230175236A - 산업적으로 중요한 원료를 관리하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
재료 재활용 공정(material recycling process)을 관리하기 위한 방법 및 시스템이 제시된다. 제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해 하나 이상의 플라스틱 제품 유형과 연관하여 상기 플라스틱 재료의 이전 사용을 나타내는 플라스틱 및 고무 재료 상태 데이터가 제공된다. 플라스틱 재료 상태 데이터가 분석되고, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 분류 데이터가 생성된다. 상기 분류 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 중 적어도 하나에 대한 마킹 데이터(marking data)가 생성되고, 상기 마킹 데이터는 플라스틱 재료의 재활용 공정을 관리하기 위한 전자기 방사선 신호(electromagnetic radiation signal)를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입될 적어도 하나의 마커를 포함한다. 플라스틱 재료 상태 데이터와 분류 데이터 중 적어도 하나가 분석되고, 분류될 상기 플라스틱 재료의 현재 상태를 특성화하는 인증 데이터(certificate data)가 생성 및 저장된다.
Description
본원에 개시된 대상은 재료(material) 제조 및 원료(raw material)의 산업적 이용 분야에 관한 것이다. 본 발명은 재료 재활용, 예를 들어 플라스틱 재료 재활용(recycling) 공정을 관리하는 특히 유용하다.
플라스틱은 세계에서 가장 많이 사용되는 재료 중 하나이다. 플라스틱의 문제는 사용 방식이 아니라 이로 만들어진 수명이 다한 제품의 관리에 있다. 현재, 플라스틱 중 극히 일부만 재활용되거나 재사용(reuse)되는 반면, 대부분의 플라스틱은 매립지에서 폐기물로 되거나 더 심각한 경우에는 야생에 버려지고/거나 바다로 흘러간다. 이러한 문제가 커지면서 플라스틱 제품의 재활용과 재사용이 시급히 요구되고 있다.
플라스틱 제품의 재활용에 있어서 주요 문제는 사용 중, 나아가 재활용 공정 도중에 예를 들어 강도, 탄성, 광학적 및 열적 특성, 자외선 조사에 대한 저항성 등과 같은 특성에 영향을 미칠 수 있는 플라스틱 재료(예를 들어, 폴리머 재료(polymeric material))의 열화(degradation)이다. 따라서, 재활용 플라스틱 재료 및/또는 재활용 플라스틱 재료로 만들어진 제품은 재활용되지 않은 플라스틱 재료에 비해 품질이 낮을 수 있다. 더욱이, 플라스틱 재료의 품질은 보통 재료가 거치는 재활용 공정 때마다 저하된다. 즉, 동일한 유형의 제품이나 다른 제품으로 재활용 및 재사용된 제품에 포함된 플라스틱 재료는 예를 들어 한 번만 재활용 공정을 거친 플라스틱 재료보다 품질이 낮을 수 있다. 동일한 유형의 제품에 사용하기 위해 다수의 "허용된" 재활용 단계를 거친 플라스틱 재료는 해당 제품 유형에서는 더 이상 유용하지 않을 수 있지만, 추가로 재활용되면 다른 유형의 제품을 만드는 데 적합해질 수 있다.
개요
본 발명은 적시에 의사 결정을 수행하고 플라스틱 재료 각각에 대한 대응 분류 데이터를 생성하며 바람직하게는 해당 플라스틱 재료에 할당된 대응 인증서(certificate)를 또한 생성함으로써, 원료의 적절한 마킹(marking)과, 동일하거나 상이한 유형의 다수 제품에서 여러 라이프 사이클(life cycle)의 기간 동안 상기 마킹된 원료, 특히 플라스틱 재료를 포함하는 다양한 재료의 재활용 및 재사용을 관리하기 위한 새로운 접근 방식을 제공한다. 원료뿐만 아니라 각 플라스틱 재료의 특성(property)/상태(condition)의 실시간 검사를 기반으로 생성된 이러한 분류 데이터는 해당 플라스틱 재료의 연속적인 재활용이 제품에 추가로 사용될 수 있는지 그리고 적합한 제품 유형인지를 나타낸다.
본 발명의 기술은 생산 라인에서 진행되는 플라스틱 재료(들)을 포함한 제품의 자동 검사 및 분류를 가능하게 한다. 재료 검사 데이터에 기초하여 분류 데이터 및 연관된 할당 인증 데이터(certificate data)를 생성하는 본 발명의 관리 시스템은 검사 스테이션의 일부일 수도 있고 검사 스테이션과 데이터 통신하는 독립형 시스템(stand-alone system)일 수도 있다. 그런 다음 분류/인증 데이터는 검사 스테이션 하류의 분류 스테이션에서 적절하게 액세스되고 사용될 수 있다.
본 발명은 예를 들어 플라스틱 재료(들)에 임베딩된(embedded) 특정 마킹(들)에 기초하여 (예를 들어 특정 방사선(irradiation)에 응답한) 플라스틱 재료(들)의 전자기 방사선 시그니처(electromagnetic radiation signature)(들)를 판독하고, 검출된 시그니처로부터 각 플라스틱 재료의 특성/상태를 결정하기 위한 본 출원의 발명자에 의해 개발된 이전 기술의 이점을 취한다.
플라스틱 재료의 라이프 사이클은 해당 재료가 제조된 시점(버진(virgin) 플라스틱 재료 또는 재활용 플라스틱 재료)부터 해당 플라스틱 재료의 다음 번 재활용 때까지의 기간을 지칭한다. 플라스틱 재료의 마킹은 제조 중에 이미 행해지거나 그 이후의 임의의 단계에서 행해질 수 있다.
플라스틱 제품의 생산은, 천연 고무 또는 유사한 제품과 같은 천연 제품의 조성과 그러한 천연 제품(재활용되지 않은 제품)과 하나 이상의 재활용 플라스틱 재료의 조성을 활용할 수 있으며, 여기서 천연 플라스틱 재료는 재활용되지 않았고(예를 들어, 버진) 제품에 처음 사용되었던 플라스틱 재료일 수 있다. 특정 플라스틱 재료의 특성/상태(이로부터 추가 재활용 또는 재사용 여부가 결정됨)는 플라스틱 재료 자체의 방사선 시그니처에 대한 판독값을 기반으로 결정될 수 있거나 검사 대상 제품의 (예를 들어 사전 선택된 비율의) 천연 및 재활용 플라스틱 재료 간의 관계를 기반으로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 플라스틱 제품은 품질을 보장하면서 특정 제품 요구사항에 따라 천연 플라스틱 재료와 하나 이상의 재활용 플라스틱 재료 사이에 사전 선택된 비율을 갖는 조성의 재료로부터 생산될 수 있다. 일부 경우, 재활용 플라스틱 재료는 1회, 2회 또는 그 이상의 재활용을 거친 플라스틱 재료의 사전 선택된 농도를 포함하도록 설정될 수 있다. 특정 플라스틱 재료의 대규모 재활용 및 재사용을 가능하게 하기 위해 천연 및 재활용 플라스틱 재료의 검출 및 식별이 사용된다.
재활용 공정(즉, 재활용 플라스틱 재료/폐 플라스틱 제품에서 유래된 제품의 생산 과정) 동안 다양한 플라스틱 재료(예를 들어, 폴리머 재료)가 마킹된다. 또한, 플라스틱 재료는 그의 생산 도중 또는 버진 플라스틱이 주성분인 플라스틱 제품의 생산 도중에 버진 플라스틱으로서 마킹될 수 있다.
플라스틱 재료는 전형적으로 산업적으로 제조된 폴리머 재료이고 고무는 천연 재료이지만, 본원에 개시된 발명의 목적 상, 용어 " 플라스틱 "은 천연 및 비천연 또는 산업적으로 제조된 폴리머를 포괄한다. 따라서, 플라스틱 재료는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리이소프렌, 천연 고무(또는 라텍스(latex)) 및 기타 유형의 폴리머와 같은 폴리머일 수 있다.
플라스틱 재료는 플라스틱 재료에 임베딩된 특정 마킹(마커 요소)으로 마킹된다. 마커는 적합한 분광계(판독기)에 의해 검출될 수 있는 전자기 신호의 방출을 통해 여기(exciting)/판독(reading) 방사선에 반응할 수 있다. 일례로, 입사 전자기 방사선 매트에 대한 마커의 응답은 UV 방사선, X-선 회절(XRD) 또는 X-선 형광(XRF)을 포함한다.
따라서, 마킹된 플라스틱 재료는 여기/판독 방사선에 반응하여 생성된 시그니처를 특징으로 한다. 이하 설명에서는 플라스틱 재료 특성/상태를 결정하기 위한 플라스틱 재료 시그니처의 판독과 분류 데이터 및 인증서에 따라 플라스틱 재료를 마킹하는 것과 관련하여 XRF 기술의 사용이 예시된다. 그러나, 본 발명의 새로운 접근 방식의 원리는 이러한 특정 유형의 시그니처/마킹에 제한되지 않음을 이해해야 한다.
XRF 마커는 응답(시그니처) 신호를 검출하고 식별할 수 있는 XRF 분광계(판독기)에 의한 X-선 형광(XRF) 분석에 의해 검출 및 측정될 수 있다. 일례로, XRF 판독기는 에너지 분산형 X-선 형광(Energy Dispersive X-Ray fluorescence: EDXRF) 분광계이다. XRF 마커는 유연성이 있으며, 즉, 시그니처 신호에 부정적인 영향을 주지 않으면서 광범위한 담체, 재료, 물질 및 기재와 배합(combined) 또는 블렌딩(blended)될 수 있거나, 화합물을 형성하거나 이에 임베딩될 수 있다.
XRF 마커는 예를 들어 본 출원의 양수인에게 양도되고 본 출원에 참조로 포함된 WO21009758 및 WO21009757에 기술된 바와 같이, 무기 염, 금속 산화물, 이중 또는 삼중 금속 원자 분자, 다원자 이온 및 유기 금속 분자의 형태일 수 있다. 일례로, XRF 마커는 본 출원의 양수인에게 양도되고 본 출원에 참조로 포함된 WO 2018/069917에 기술된 바와 같이 무기 물질(예를 들어, 금속) 또는 유기(예를 들어, 폴리머) 물질과 블렌딩되거나 이에 적용될 수 있다.
이러한 유연성으로 인해, XRF 마커 또는 다수의 XRF 마커(경우에 따라 담체 또는 첨가제와 같은 추가 재료와 함께)를 포함하는 마킹 조성물은 사전 선택된 특성 세트를 갖도록 설계될 수 있다. 또한, XRF 마킹은 마커가 물체 표면 아래에 있고 표면 자체에 없는 경우, 예를 들어, 물체가 포장재, 흙 또는 먼지로 덮여 있는 경우에도 검출되고 식별될 수 있다. 또한 XRF 분석을 통해 재료 내에 존재하는 마커의 농도뿐만 아니라 재료 내 마커의 비율(상대 농도)도 측정가능하다.
본 발명은 플라스틱 재료의 재활용 및 재사용과 관련된 문제를 극복하기 위한 새로운 접근 방식을 제공한다. 특히, 본 발명은 고무와 같은 버진 폴리머 또는 재료 폴리머 및 재활용 플라스틱 재료의 마킹 및 식별도 가능케 한다. 또한, 본 발명의 기술을 통해 폴리머 재료가 재활용을 거친 횟수의 식별이 가능하다. 추가로, 버진 재료(들)와 재활용 플라스틱 재료를 모두 포함하는 제품의 경우, 제품의 조성은 버진 재료와 1회 재활용 플라스틱 재료, 2회 재활용 플라스틱 재료 등 사이의 관계(예를 들어, 비율)를 측정하여 결정될 수 있다. 이를 위해 전체 재활용 공정 중 재활용 공정의 각 라운드에서 하나 이상의 마커 세트가 재활용 재료에 도입된다. 추가로, 본 발명에 따르면, 버진 재료는 예를 들어 제조 동안, 또는 중합 공정, 배합 공정 동안, 또는 핫멜트(hot melt) 공정(예를 들어 압출) 동안, 예를 들어 버진 재료를 포함한 제품의 생산 동안 버진 재료에 도입될 수 있는 하나 이상의 마커에 의해 마킹될 수도 있다.
하나 이상의 마커는 마킹된 플라스틱 재료를 얻기 위해 플라스틱 재료 내에 임베딩되며, 예를 들어, 펠릿의 물리적 형태 또는 제품의 구성 요소로서 마킹된 플라스틱 재료의 라이프 사이클 중 임의의 단계에서뿐만 아니라 제품 생산 도중 및 후에 검출 및 식별(예를 들어, XRF 분석에 의해)될 수 있다.
따라서, 본 발명의 한 가지 광범위한 측면에 따라, 천연 고무와 같은, XRF-식별 가능한(XRF-identifiable) 폴리머 원료를 제공하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은 XRF-식별 가능한 마커의 양으로 폴리머 원료 샘플을 마킹하는 것을 포함하고, 상기 양은 원료 조성 및/또는 생산 프로파일(원료 데이터)을 나타내는 전자기 방사선 시그니처를 정의한다. 프로파일에는 제조 날짜, 제조 장소, 조성, 비천연 첨가제의 유무 등의 하나 이상이 포함될 수 있다.
본 발명에 따라 사용되는 주요 버진 재료 중 하나는 천연 고무 또는 라텍스(latex)이다.
당업계에 알려진 바와 같이, 천연 고무는 특정 유형의 나무, 주로 헤베아 브라질리엔시스(Hevea brasiliensis) 나무 또는 적절하게 명명된 고무나무에서 액체 수액인 라텍스를 추출하여 제조된다. 나무껍질을 자르고 흐르는 수액을 컵에 모아 나무에서 라텍스를 채취한다. 이 과정을 태핑(tapping)이라고 한다. 수액이 고화(solidification)되는 것을 방지하기 위해 암모니아를 첨가한다. 그런 다음 응고(coagulation)로 불리는 과정에서 고무를 추출하기 위해 혼합물에 산을 첨가한다. 이어 혼합물을 롤러에 통과시켜 과잉의 물을 제거한다. 이 작업이 완료되면 고무층을 훈제실의 선반 위에 걸거나 자연 건조시킨다. 수일 후, 가공 준비가 완료된 베일(bale)로 접혀질 것이다.
본 발명에 따르면, 고무는 생산의 임의 단계에서 XRF-식별 가능한 마커를 사용하여 본원에 설명된 바와 같이 마킹될 수 있다. 고무가 적어도 하나의 다른 재료와 혼합되는 경우, 고무는 적어도 하나의 다른 재료와 혼합되기 전에 마킹된다.
마킹은 라텍스 수집 단계 중, 즉 탭핑 동안; 고화제로 수액을 고화시키기 전, 도중 또는 후에; 응고 전, 도중 또는 응고 후; 또는 고무가 건조된 후에 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 광범위한 측면에 따라, 천연 비재활용 제품 및 하나 이상의 재활용 플라스틱 재료의 조성을 포함하는 제품이 제공되며, 여기서 천연 비재활용 제품 및 재활용 플라스틱 재료 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 마커의 상기 방사선 시그니처의 판독으로부터 검출 가능한 상기 조성물의 하나 이상의 특성 및 조건을 나타내는 데이터가 임베딩된 특징적인 방사선 시그니처에 의해 여기 방사선에 반응할 수 있는 적어도 하나의 소정의 마커를 포함한다.
본 발명은 또한 다음 단계를 포함하는 물질 재활용 공정을 관리하는 방법을 제공한다:
제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료에 임베딩된 하나 이상의 제1 전자기 방사선 시그니처를 나타내는 제1 측정 데이터(measured data)를 제공하는 단계;
상기 측정 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터를 결정하는 단계로서, 상기 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터는 상기 플라스틱 재료의 이전 사용(preceding use)을 나타내는 단계;
상기 각각의 플라스틱 재료 상태에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 제1 분류 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 제1 분류 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 중 적어도 하나에 대한 마킹 데이터를 생성하는 단계로서, 여기서 마킹 데이터는 상기 하나 이상의 플라스틱 재료의 재활용 공정을 관리하기 위한 전자기 방사선 신호를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입될 적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터를 포함하는 단계.
일부 실시양태에서, 방법은 플라스틱 재료 상태 데이터와 상기 플라스틱 재료의 분류 데이터 중 적어도 하나를 활용(utilizing)하고, 분류될 상기 플라스틱 재료의 현재 상태를 특성화하는(characterizing) 인증 데이터를 생성 및 저장하는 단계를 더 포함한다.
적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터는, 각각의 플라스틱 재료 재사용 유형에 대해, 대응하는 하나 이상의 마커에 대한 매칭 데이터(matching data)와 연관하여 상기 플라스틱 재료의 라이프 사이클을 나타내는 데이터를 저장하는 데이터베이스로부터 획득될 수 있다.
적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터는 (a) 재활용되는 상기 플라스틱 재료의 다수의 연속적인(successive) 라이프 사이클 및 (b) 재활용 플라스틱 재료의 재사용을 위한 연속적인 제품 유형에 대응하는 데이터를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 플라스틱 재료 상태 데이터는 제품 중의 상기 플라스틱 재료의 함량과 소정의 천연 재료(예를 들어, 고무와 같은 버진 재료) 사이의 관계를 나타낸다. 예를 들어, 제1 측정 데이터는 또한 본원에 정의된 바와 같이 상기 소정의 천연 재료로부터 검출된 하나 이상의 전자기 방사선 시그니처를 나타내는 데이터를 포함한다.
하나 이상의 플라스틱 재료는 적어도 하나의 폴리머 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시양태에서, 제1 측정 데이터를 제공하는 단계는 측정 데이터 제공자(measured data provider)로부터 상기 제1 측정 데이터를 수신하기 위해 측정 데이터 제공자와 통신하는 단계를 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 측정 데이터를 제공하는 단계는 상기 하나 이상의 제1 전자기 방사선 시그니처를 식별하고 이를 나타내는 제1 측정 데이터를 생성하기 위해 분류될 상기 제품에 대해 하나 이상의 측정 세션을 수행하는 단계를 포함한다.
일부 실시양태에서, 방법은 제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료와 연관하여 마킹 데이터에 반응하도록 구성되고 작동 가능한 마킹 시스템에 마킹 데이터를 전달하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 마커를 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입하기 위해 하나 이상의 마킹 세션을 수행하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시양태에서, 방법은 제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료와 연관하여 상기 마킹 데이터를 활용하고, 상기 적어도 하나의 마커를 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입하기 위해 하나 이상의 마킹 세션을 수행하도록 마킹 시스템을 작동하는 단계를 더 포함한다.
적어도 하나의 마커가 단일 마스터배치(single masterbatch)로 추가 첨가제와 함께 단일 패키지로 플라스틱 재료에 도입될 수 있다.
일부 실시양태에서, 방법은 상기 마킹을 내부에 도입함으로써 분류된 후 플라스틱 재료에 존재하는 하나 이상의 오염 물질 원소(contaminant element)에 의해 유래된 하나 이상의 제2 전자기 방사선 신호를 나타내는 제2 측정 데이터를 제공하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시양태에서, 방법은 상기 마킹을 내부에 도입함으로써 분류된 후 플라스틱 재료에 존재하는 하나 이상의 오염 물질 원소에 의해 유래된 하나 이상의 제2 전자기 방사선 신호를 나타내는 제2 측정 데이터를 제공하는 단계, 및 플라스틱 재료를 특성화하는 인증 데이터를 업데이트하는 단계를 더 포함한다.
제2 측정 데이터는 측정 데이터 제공자와 통신하여 상기 측정 데이터 제공자로부터 상기 제2 측정 데이터를 수신함으로써 제공될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제2 측정 데이터는 하나 이상의 제2 전자기 방사선 시그니처를 식별하고 이를 나타내는 제2 측정 데이터를 생성하도록 분류된 후 상기 제품에 대해 하나 이상의 측정 세션을 수행함으로써 제공될 수 있다.
일부 실시양태에서, 방법은 플라스틱 재료에 임베딩된 상기 마킹 데이터에 기초하여 재활용되는 플라스틱 재료의 조성을 나타내는 검증 데이터(verification data)를 제공하는 단계; 상기 검증 데이터를 분석하고 다음 중 적어도 하나를 특성화하는 제어 데이터를 생성하는 단계를 포함한다: 상기 플라스틱 재료의 재활용 공정; 재활용 플라스틱 재료를 포함하는 제품의 생산 공정.
검증 데이터는 플라스틱 재료에 임베딩된 상기 마킹 데이터에 기초하여 재활용되는 플라스틱 재료에서 유래하는 전자기 방사선 신호를 측정함으로써 제공될 수 있다.
전자기 방사선 신호는 다음 유형 중 적어도 하나일 수 있다: UV 신호; X-선 회절(XRD) 신호; X-선 형광(XRF) 신호.
바람직하게는, 측정된 데이터의 전자기 방사선 신호는 X-선 형광(XRF) 신호를 포함하고; 적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터는 XRF 여기 방사선에 대한 XRF 응답 신호에 의해 반응하는 적어도 하나의 마커에 상응한다.
본 발명의 또 다른 광범위한 측면에 따라, 다음 단계를 포함하는 재료 재활용 공정을 관리하기 위한 방법이 제공된다:
제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해 하나 이상의 플라스틱 제품 유형과 연관하여 상기 플라스틱 재료의 이전 사용을 나타내는 플라스틱 재료 상태 데이터를 제공하는 단계;
상기 플라스틱 재료 상태 데이터를 분석하고, 각각의 플라스틱 재료 상태에 기초하여 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 분류 데이터를 생성하는 단계;
상기 분류 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 중 적어도 하나에 대한 마킹 데이터를 생성하는 단계로서, 여기서 마킹 데이터는 플라스틱 재료의 재활용 공정을 관리하기 위한 전자기 방사선 시그니처를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입될 적어도 하나의 XRF 마커를 포함하는 단계; 및
상기 플라스틱 재료 상태 데이터와 상기 플라스틱 재료의 분류 데이터 중 적어도 하나를 활용하고, 분류될 상기 플라스틱 재료의 현재 상태를 특성화(charactering)하는 인증 데이터를 생성 및 저장하는 단계.
본 발명의 또 다른 광범위한 측면에 따르면, 재료 재활용 공정을 관리하는 데 사용하기 위한 관리 시스템이 제공되며, 이 시스템은 데이터 입력 및 출력 유틸리티, 메모리 및 처리 회로를 포함하는 컴퓨터 시스템으로 구성되며, 여기서:
데이터 입력 유틸리티는 제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료에서 유래된 하나 이상의 전자기 방사선 신호를 나타내는 제1 측정 데이터를 포함하는 입력 데이터를 수신하도록 구성되고;
상기 처리 회로는 다음을 포함한다:
제1 측정 데이터에 반응하여 이를 분석하고, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해, 상기 플라스틱 재료의 이전 사용을 나타내는 각각의 플라스틱 재료 상태를 결정하도록 구성되고 작동 가능한 분석기(analyzer);
상기 각각의 플라스틱 재료 상태에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 분류 데이터를 결정하도록 구성되고 작동 가능한 분류 데이터 생성기(sorting data generator); 및
상기 분류 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 마킹 데이터를 결정하도록 구성되고 작동 가능한 마킹 데이터 생성기(marking data generator)로서, 상기 마킹 데이터는 플라스틱 재료의 재활용 공정을 관리하기 위한 전자기 방사선 신호를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입될 적어도 하나의 마커를 포함하는 마킹 데이터 생성기.
관리 시스템은 측정 데이터 제공자로부터 측정 데이터를 수신하기 위해 측정 데이터 제공자와 통신하도록 구성되고 작동 가능하고/거나; 상기 적어도 하나의 마커를 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입하기 위해 하나 이상의 마킹 세션을 수행하도록 구성되고 작동 가능한 마킹 시스템에 마킹 데이터를 전달하도록 구성되고 작동 가능할 수 있다.
일부 실시양태에서, 관리 시스템은 상기 하나 이상의 시그니처를 식별하고 이를 나타내는 제1 측정 데이터를 생성하기 위해 상기 제품에 대해 하나 이상의 측정 세션을 수행하도록 구성되고 작동 가능한 측정 유닛(measurement unit)을 포함한다.
일부 실시양태에서, 관리 시스템은 상기 하나 이상의 마커를 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입하기 위해 하나 이상의 마킹 세션을 수행하도록 구성되고 작동 가능한 마킹 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 관리 시스템(이의 처리 회로)은 플라스틱 재료 상태 데이터와 상기 플라스틱 재료의 분류 데이터 중 적어도 하나를 활용하고 분류될 상기 플라스틱 재료의 현재 상태를 특성화하는 인증 데이터를 생성하고 저장하도록 구성되고 작동 가능한 인증서 생성기 유틸리티를 더 포함한다.
일부 실시양태에서, 관리 시스템은 각각의 플라스틱 재료 재사용 유형에 대해, 대응하는 하나 이상의 마커에 대한 매칭 데이터와 연관하여 상기 플라스틱 재료의 라이프 사이클을 나타내는 데이터를 저장하는 데이터베이스와 연관된 데이터베이스 관리자 시스템과 통신하여 상기 데이터베이스 관리자 시스템으로부터 적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터를 획득하도록 구성되고 작동될 수 있다.
본원에 개시된 대상을 더 잘 이해하고 그것이 실제로 수행될 수 있는 방법을 예시하기 위해, 이제 첨부된 도면을 참조하여 단지 비제한적인 예로서만 실시양태들을 설명할 것이다.
도 1은 플라스틱 재료 재활용 공정을 관리하기 위한 본 발명의 예시적인 시스템의 블록도이고;
도 2는 본 발명에 사용하기에 적합한 데이터베이스 관리 시스템의 구성 및 작동의 예를 개략적으로 도시한 블록도이며;
도 3은 재료 재활용 공정을 관리하기 위한 본 발명의 방법을 예시하는 흐름도이고;
도 4, 5 및 6은 본 발명의 기술의 세 가지 추가 예의 흐름도를 도시한다.
도 1은 플라스틱 재료 재활용 공정을 관리하기 위한 본 발명의 예시적인 시스템의 블록도이고;
도 2는 본 발명에 사용하기에 적합한 데이터베이스 관리 시스템의 구성 및 작동의 예를 개략적으로 도시한 블록도이며;
도 3은 재료 재활용 공정을 관리하기 위한 본 발명의 방법을 예시하는 흐름도이고;
도 4, 5 및 6은 본 발명의 기술의 세 가지 추가 예의 흐름도를 도시한다.
실시양태의 상세한 설명
이하 상세한 설명에서, 본원에 개시된 대상의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 세부사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 본원에 개시된 대상이 이러한 특정 세부사항 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 경우, 본원에 개시된 대상을 모호하게 하지 않기 위해 잘 알려진 방법, 절차 및 구성 요소는 자세히 설명하지 않았다.
제시된 도면 및 설명에서, 동일한 참조 번호는 다른 실시양태 또는 구성에 공통되는 구성 요소를 나타낸다.
달리 구체적으로 언급하지 않는 한, 다음 논의에서 명백한 바와 같이, 명세서 논의 전반에 걸쳐 "제공", "분석", "생성", "업데이트", "통신", "수신" 등과 같은 활용 용어는 데이터를 조작 및/또는 다른 데이터로 변환하는 컴퓨터의 작동 및/또는 프로세스를 포함하며, 상기 데이터는 물리량, 예를 들어 전자량으로 표현되고/거나 상기 데이터는 물리적 객체를 표현한다는 것이 이해될 것이다. "컴퓨터", "프로세서", "처리 회로" 및 "컨트롤러(controller)"라는 용어는 개인용 데스크톱/노트북 컴퓨터(personal desktop/laptop computer), 서버(server), 컴퓨팅 시스템(computing system), 통신 디바이스(communication device), 스마트폰(smartphone), 태블릿 컴퓨터(tablet computer), 스마트 텔레비전(smart television), 프로세서(processor)(예를 들어, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor: DSP), 마이크로컨트롤러(microcontroller), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(field programmable gate array: FPGA), 특정 통합 애플리케이션 회로(application specific integrated circuit: ASIC) 등), 다양한 작업의 성능을 공유하는 여러 물리적 기계 그룹, 단일 물리적 기계에 공존하는 가상 서버(virtual server), 임의의 기타 전자 컴퓨팅 장치 및/또는 이들의 임의의 조합을 포함하나 이에 제한되지 않는 데이터 처리 기능을 갖춘 모든 종류의 전자 디바이스를 포괄하도록 광범위하게 해석되어야 한다.
본원 교시에 따른 작동은 원하는 목적을 위해 특수 구성된 컴퓨터 시스템에 의해, 또는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 원하는 목적용으로 특수 구성된 범용 컴퓨터에 의해 수행될 수 있다. "비일시적"이라는 용어는 본원에서 일시적인 전파 신호를 제외하지만, 응용에 적합한 임의의 휘발성 또는 비휘발성 컴퓨터 메모리 기술을 포함하도록 사용된다.
본원에 사용된 바와 같이, 문구 "예를 들어", "예컨대", "예를 들면" 및 그 변형은 본원에 개시된 대상의 비제한적인 실시양태를 설명한다. 명세서에서 "하나의 경우", "일부 경우", "다른 경우" 또는 그 변형에 대한 언급은 실시양태(들)와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 본원에 개시된 대상의 적어도 하나의 실시양태에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, "하나의 경우", "일부 경우", "다른 경우" 또는 그 변형의 존재가 반드시 동일한 실시양태(들)을 지칭하는 것은 아니다.
달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 명확성을 위해 별도의 실시양태의 맥락에서 설명되는 본원에 개시된 대상의 특정 특징이 단일 실시양태에서 조합되어 제공될 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 반대로, 간략화를 위해 단일 실시양태의 맥락에서 설명되는 본원에 개시된 대상의 다양한 특징은 또한 개별적으로 또는 임의의 적합한 하위 조합으로 제공될 수도 있다.
도 1은 본원에 개시된 대상에 따라 구성되고 작동 가능한 시스템(100)을 블록도를 통해 예시한다. 도 1에서 각 모듈/유틸리티는 본원에 정의되고 설명된 기능을 수행하는 소프트웨어, 하드웨어 및/또는 펌웨어(firmware)의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 도 1의 모듈/유틸리티는 본원에 자세히 설명된 바와 같이, 한 위치에 집중되거나 복수 위치에 분산될 수 있다. 본원에 개시된 대상의 다른 실시양태에서, 시스템은 도 1에 도시된 것보다 더 적고, 더 많고/거나, 상이한 모듈을 포함할 수 있다.
명세서에서 방법에 대한 임의 참조는 방법을 실행할 수 있는 시스템에 준용되어 적용되어야 하며, 컴퓨터에 의해 일단 실행되면 방법 실행으로 이어지는 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에도 준용되어 적용되어야 한다.
명세서에서 시스템에 대한 임의 참조는 시스템에 의해 실행될 수 있는 방법에 준용되어 적용되어야 하며 시스템에 의해 실행될 수 있는 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에도 준용되어 적용되어야 한다.
명세서에서 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 대한 임의 참조는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령을 실행할 수 있는 시스템에 준용되어 적용되어야 하며 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 명령어를 읽는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 방법에도 준용되어 적용되어야 한다.
본원에 개시된 대상의 기술에 따르면, 플라스틱 재료는 그의 재활용 공정 중(예를 들어, 사용된 하나 이상의 플라스틱 제품으로부터 유래된 재활용 폴리머 재료를 생산하는 중)에 마킹될 수 있다. 추가적으로, 플라스틱 재료 조성물은 플라스틱 제품의 생산 중에 도입된 고무 또는 라텍스와 같은 하나 이상의 천연(예를 들어, 버진) 재료(예를 들어, 폴리머)를 포함할 수 있으며, 여기서 천연 재료는 재활용되지 않은 미사용 성분이다.
제품의 플라스틱 재료 조성물은 예를 들어 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드 6 Volgamid® 27 또는 특정 유형의 제품에 사용하기에 적합할 수 있는 임의의 다른 유형의 하나 이상의 폴리머 재료를 예로 들 수 있으나 이에 제한되지 않는 하나 이상의 폴리머를 포함할 수 있다. 천연 고무, 라텍스 및 관련 재료가 또한 특히 버진 재료로 사용될 수 있다.
본원에 개시된 대상에 따르면, 정의된 바와 같은 사용되거나 버진인 플라스틱 재료(들)는 플라스틱 재료에 임베딩되거나 그 표면 상에 제시될 수 있는 하나 이상의 마커 요소에 의해 마킹된다. 이러한 마커 요소는 적절한 판독기(예를 들어, 분광계 등)에 의한 응답 신호의 검출을 가능하게 하는 여기 방사선에 대한 전자기 방사선 응답으로 반응하는 유형의 것이다. 예를 들어, 그러한 마킹 기술은 자외선(UV) 응답 신호 또는 X-선 응답 신호, 예를 들어 X-선 회절(XRD) 응답 신호 또는 X-선 형광(XRF) 응답 신호를 판독하는 것에 기초할 수 있다.
보다 구체적으로, 본원에 개시된 대상은 XRF 마커로 요소를 마킹하고 마킹된 플라스틱의 XRF 시그니처를 판독하는 데 특히 유용하므로, 본원에 개시된 대상은 이 특정 예와 관련하여 아래에 예시되지만, 본원에 개시된 원리는 XRF 기술뿐만 아니라 임의의 다른 특정 마킹 및 판독 기술에 제한되지 않음을 이해해야 한다.
본원에서 사용된 용어 마킹 요소, XRF 마킹 또는 마커는 XRF 분석에 의해 식별될 수 있는 요소, 즉 요소를 특성화하는 스펙트럼 특징(즉, 특정 파장(들)에서의 피크)을 갖는 X-선 응답 신호(2차 방사선 또는 여기 방사선)의 방출에 의해 여기 X-선 또는 감마선 방사선(1차 방사선)에 반응하는 요소를 지칭한다는 점에 유의해야 한다. 이하 설명에서 이러한 X-선 응답 신호는 XRF 시그니처(signature)로 칭해진다. 그럼에도 불구하고, 본원에 개시된 대상에서 XRF 마커에 대해 언급되었더라도, 이는 결코 제한적인 것이 아니며 본원의 교시는 임의의 다른 마커에 준용하여 적용될 수 있다는 점도 유의해야 한다. 일반적으로, 상기 마커는 예를 들어 자외선(UV) 응답 신호, X-선 응답 신호, 예를 들어 X-선 회절(XRD) 응답 신호 또는 X-선 형광(XRF) 응답 신호 등과 같은 입사 전자기 방사선에 반응하여 신호를 방출할 수 있다. 당업계에 공지된 바와 같이, XRF 마커는 예를 들어 그 X-선 응답 신호(본원에서는 "XRF 시그니처"라고도 함)를 검출하고 측정할 수 있는 XRF 판독기(예를 들어, 분광계 등)를 사용하여 X-선 형광(XRF) 분석에 의해 검출하고 측정할 수 있다. 일례로, XRF 판독기는 에너지 분산형 X-선 형광(EDXRF) 분광계일 수 있다.
본원에 개시된 대상에 따라, 선택적으로 하나 이상의 제품에서 여러 라이프 사이클의 기간 동안 하나 이상의 플라스틱 재료의 재활용 공정 및 재사용을 관리하기 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 관리 공정은 제품에 포함된 각 플라스틱 재료에 대해 상기 플라스틱 재료가 추가 사용(즉, 추가 재활용 단계)을 진행할 수 있는지 여부, 그리고 그렇다면 그러한 재활용 플라스틱 재료가 어떤 유형의 제품에 사용될 수 있는지를 결정하는 단계를 포함한다. 따라서, 재활용 플라스틱 재료의 추가 사용을 위한 제품은 동일한 유형의 제품일 수도 있고 상이한 유형의 제품일 수도 있다.
라이프 사이클은 특정 플라스틱 재료의 제조로부터 첫번째 재활용까지의 기간일 수 있다. 제조 공정 동안 뿐만 아니라 각 재활용 공정 동안 플라스틱 재료는 플라스틱 재료의 고유한 시그니처를 형성하여 적절하게 검출될 수 있는 하나 이상의 마커로 마킹된다. 일부 경우에는, 이러한 각 단계(생산 및 재활용)에서 특정 버진 폴리머 재료(들)가 제품의 플라스틱 재료 조성에 도입될 수 있으며 또한 하나 이상의 마커에 의해 마킹될 수도 있다. 이는 예를 들어 중합 공정, 배합 공정, 핫 멜트 처리(예를 들어, 압출), 버진 폴리머 재료를 함유하는 제품의 생산 공정 등에 의해 구현될 수 있다.
따라서, 하나 이상의 마커를 플라스틱 재료 내에 임베딩하여 마킹된 플라스틱 재료를 얻음으로써 플라스틱 재료 상태 및/또는 조건에 대응하는 검출 가능하고 식별 가능한 XRF 시그니처가 발생할 수 있으며, 여기서 마커는 마킹된 플라스틱 재료의 라이프 사이클 동안 어느 단계에서도 검출되고 식별될 수 있다. 따라서, 플라스틱 재료는 제품의 생산 도중 및/또는 후에 제품의 구성 요소 또는 펠릿의 물리적 형태일 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일부 경우에는 오염 물질 원소 및/또는 불순물이 (예를 들어, 사용 중 확산으로 인해 또는 플라스틱 재료의 생산 또는 재활용 공정 중 오염으로 인해) 플라스틱 재료의 내부 및/또는 표면 상에 존재할 수 있다. 이러한 오염 물질 요소 및/또는 불순물은 재활용 공정을 위해 또는 그 동안 플라스틱 재료 또는 플라스틱 재료의 배치를 특성화하는 데 도움을 주기 위해 측정될 수 있는 여기 방사선에 대한 특징적인 응답(예를 들어, XRF 시그니처)을 가질 수 있다. 오염 물질 원소 및/또는 불순물의 XRF 시그니처는 재활용 플라스틱 재료 대 천연(예를 들어, 버진) 플라스틱 재료의 존재 및/또는 비율을 식별하고/거나 천연 플라스틱 재료와 재활용 플라스틱 재료 사이의 비율을 측정하기 위해 그 자체로 또는 플라스틱 재료에 임베딩된 하나 이상의 마커와 조합하여 사용될 수 있다.
또한, 하나 이상의 XRF 마커의 식별 및 측정을 통해 하나 이상의 XRF 마커와 연관된 플라스틱 재료가 재활용을 거친 횟수를 결정하는 것이 가능하다. 제품이 천연 플라스틱 재료와 재활용 플라스틱 재료를 주성분으로 포함하는 일부 경우에는, 플라스틱 재료에 임베딩된 XRF 마커를 통해 제품의 조성을 결정하는 것이 가능하다(예를 들어, 버진 재료, 한 번 재활용 플라스틱 재료, 두 번 재활용 플라스틱 재료 등의 하나 이상 사이의 비율이 결정될 수 있다).
이를 염두에 두고, 본원에 개시된 대상에 따라 플라스틱 재료 재활용 공정을 관리하기 위한 시스템(100)을 도시한 도 1을 참조한다.
관리 시스템(100)은 측정 데이터 제공자 시스템(200) 및 데이터베이스 관리자 시스템(300), 및 가능하게는 또한 XRF 마킹 시스템(400)과 연관되고, 유선 또는 무선 통신 수단에 의한 통신 네트워크를 통해 이들 시스템과 데이터 통신하도록 구성된다. 통신 네트워크는 예를 들어 셀룰러 네트워크(cellular network), 개인 통신망(Personal Area Network: PAN), 근거리 통신망(Local Area Network: LAN), 무선 근거리 통신망(Wireless Local Area Network: WLAN), 도시 지역 통신망(Metropolitan Area Network: MAN), 광역 네트워크(Wide Area Network: WAN), 가상 사설 통신망(Virtual Private Network: VPN), 인트라넷(intranet), 엑스트라넷(extranet) 또는 인터넷(Internet)과 같은 임의의 알려진 적절한 유형일 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
관리 시스템(100)은 전형적으로 특히 데이터 입력 유틸리티(110), 메모리(120), 데이터 출력 유틸리티(130), 및 데이터 프로세서 및 분석기 유틸리티(일반적으로, 데이터 처리 회로)(140)와 같은 기능 유틸리티(소프트웨어/하드웨어)를 포함하는 컴퓨터 시스템으로 구성된다.
관리 시스템(100)은 데이터베이스 관리자 시스템(300)과 데이터를 교환하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 관리 시스템은 선택적으로 (요청 시) 데이터베이스 관리자 시스템(300)으로부터 하나 이상의 플라스틱 재료에 관한 사전 저장된 데이터(예를 들어, 각 플라스틱 재료의 이전 재활용 상태를 설명하는 인증서)를 수신할 수 있고 선택적으로 본원에 추가로 설명된 바와 같이, 데이터베이스를 업데이트하기 위해 상기 플라스틱 재료의 새로운 (연속적인) 인증 데이터를 데이터베이스 관리자 시스템(300)에 전송할 수 있다.
측정 데이터 제공자는 측정 장치에 의해 생성되고 검사 중인 하나 이상의 플라스틱 재료의 측정된 전자기 방사선 시그니처(들)를 나타내는 측정 데이터가 저장되는 외부 저장 장치로 구성될 수 있거나; 측정 장치의 메모리 유틸리티일 수도 있다. 일부 실시양태에서, 관리 시스템(100)은 경우에 따라 측정 장치와 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 플라스틱 재료를 포함하는 제품은 검사 스테이션을 거쳐 검사 스테이션 하류의 분류 스테이션을 향해 생산 라인에서 진행되는 동안 검사되고; 관리 시스템(100)은 검사 스테이션에서의 측정 장치의 일부이거나 이와 데이터 통신할 수 있으며, 관리 시스템에 의해 생성된 데이터는 분류 스테이션의 컨트롤러에 의해 액세스될 수 있다. 일부 다른 실시양태에서, 관리 시스템(100)은 데이터베이스 관리자 시스템(300)의 일부일 수 있고 측정 장치로부터 나오는 측정 데이터에 반응하여 측정 데이터를 처리 및 분석하여 대응하는 분류 데이터를 생성할 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 데이터 처리 회로(140)의 소프트웨어 유틸리티/모듈은 측정 장치(200)의 프로세서와 데이터베이스 관리자 시스템(300) 사이에 분포될 수 있다. 일반적으로, 외부 관리자 시스템(300)(예를 들어, 서버 시스템에서)에 의해 저장 및 관리되고/거나 관리 시스템(100)의 처리 회로에 의해 저장 및 관리되는 데이터베이스는 특히, 각각의 플라스틱 재료 재사용 유형에 대해, 상기 플라스틱 재료의 라이프 사이클을 나타내는 데이터를 대응하는 하나 이상의 XRF 마커에 대한 매칭 데이터와 연관하여 포함하는 사전 저장된 (그리고 적절하게 업데이트된) 데이터를 포함한다.
측정 장치 자체는 예를 들어 본원에 참조로 포함된 상기 언급된 특허 출원에 설명된 바와 같은 알려진 임의의 적합한 유형의 것일 수 있다. 측정 장치의 구성 및 작동이 본 발명의 일부를 구성하는 것이 아니므로 플라스틱 재료 또는 플라스틱 재료 조성물을 포함하는 제품/샘플을 여기시키고, 플라스틱 재료 또는 플라스틱 재료 조성물에서 유래된 전자기 방사선 시그니처를 검출하고, 상기 플라스틱 재료 또는 플라스틱 재료 조성물에 대응하는 전자기 방사선 시그니처를 나타내는 측정 데이터를 생성하는 것을 포함해 하나 이상의 측정 세션을 수행할 수 있는 것을 제외하고는 자세히 기술하지 않아도 된다.
따라서, 관리 시스템(100)은 그의 데이터 입력 유틸리티(110)를 통해 측정 데이터 제공자(200)로부터 입력 측정 데이터(MD)를 수신한다. 아래에 설명되는 바와 같이, 측정 데이터(MD)는 제품을 형성하거나, 제품 중의 하나 이상의 관심 플라스틱 재료에 임베딩되거나 상기 재료가 가지는 하나 이상의 전자기 방사선 시그니처(본원에서는 XRF 시그니처라고 함)를 나타내는 적어도 제1 측정 데이터를 포함한다.
이러한 제품은 버진 플라스틱 재료, 한 번 재활용 플라스틱 재료, 두 번 재활용 플라스틱 재료 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제품은 특히 그 생산 공정 이후의 제품, 재활용 전의 사용된 제품, 재활용 공정을 거친 제품 또는 원 폴리머 재료(예를 들어, 버진 및/또는 재활용 폴리머 재료)일 수 있다는 점에 유의해야 한다. 일부 경우, 플라스틱 재료는 하나 이상의 제품의 주요 구성 요소일 수 있다. 예를 들어, 제품은 내부에 폴리머 재료가 주요 구성 요소로서 포함될 수 있는 플라스틱 필름 및/또는 플라스틱 포장일 수 있다. 폴리머 재료는 예를 들어 제한 없이 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 LDPE(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리스티렌(PS), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 폴리락트산(PLA), 폴리염화비닐(PVC) 등일 수 있다.
관리 시스템(100)에서 수신 및/또는 생성되는 데이터는 메모리(120)에 저장될 수 있다.
데이터 처리 회로(140)는 관련 관리 시스템(100) 자원을 제어하고 관리 시스템(100) 자원과 관련된 작업을 가능하게 하기 위해 데이터를 독립적으로 또는 협력적으로 처리하도록 구성된 하나 이상의 처리 장치(예를 들어 제한 없이 중앙 처리 유닛), 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러(예를 들어 제한 없이 마이크로컨트롤러 유닛(MCU)) 또는 다중 및/또는 병렬 및/또는 분산된 처리 유닛을 포함하는 임의의 다른 컴퓨팅 장치 또는 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 데이터 처리 회로(140)는 측정 데이터(적어도 제1 측정 데이터)에 반응하여 이를 분석하고 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터(PMCD)를 결정하도록 구성되고 작동 가능한 분석기(142); 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 분류 데이터(SD)(아래에서 설명되는 바와 같은 적어도 제1 분류 데이터)를 결정하도록 구성되고 작동 가능한 분류 데이터 생성기(144); 인증 데이터 생성기(148); 및 경우에 따라 또한 마킹 데이터 생성기(146)를 포함한다. 인증 데이터 생성기(148)는 분석기(142)로부터 직접 수신된 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터(PMCD) 및/또는 분류 데이터 생성기(144)로부터 수신된 분류 데이터 SD에 기초하여, 검사되는 플라스틱 재료 각각에 인증 데이터(전자 인증서)를 할당하도록 구성되고 작동할 수 있다.
마킹 데이터 생성기(146)는 분류 데이터(또는 인증 데이터)를 분석하고, 플라스틱 재료/제품에 적용될 하나 이상의 마킹을 나타내는 마킹 시스템(400)에 대한 작동 데이터를 선택적으로 생성하여 플라스틱 재료의 현재 상태(추가 재활용/재사용과 관련하여)에 대응하는 업데이트된 전자기 방사선 시그니처를 형성하도록 구성 및 작동할 수 있다. 이러한 업데이트된 시그니처에 대한 후속 판독은 플라스틱 재료의 추가 사용 여부를 결정하기 위해 분류 스테이션에서 사용될 수 있다.
분석기(142)에 의해 결정된 플라스틱 재료 상태 데이터(PMCD)는 플라스틱 재료의 이전 사용을 나타내는 데이터를 포함한다. 그러한 데이터는 플라스틱 재료가 재활용을 거친 횟수를 나타내는 데이터를 포함하며, 바람직하게는 시스템(100)에 의한 현재 검사 이전에 상기 플라스틱 재료가 사용된 제품의 유형(들)을 포함한다.
측정 데이터(MD)는 제품에 임베딩되거나 제품을 형성하는 하나 이상의 플라스틱 재료에 대한 하나 이상의 XRF 시그니처를 포함한다. 플라스틱 재료 상태 데이터(PMCD)를 결정하기 위해, 각각의 특정 플라스틱 재료에 대해, 데이터 처리 회로(140) (분석기(142))가 사전 저장된 데이터(예를 들어, j번째 플라스틱 재료의 i번째 XRF 시그니처를 나타내는 데이터, 또는 가능한 경우 특정 제품 유형(PT)과 연관되어 상기 플라스틱 재료의 제조 또는 재활용 공정인 이전 i번째 재활용 공정의 이전 검사 단계에서 생성되어 저장된 인증 데이터)를 활용한다. 이를 위해, 분석기(142)는 해당 인증서 관련 데이터를 검색하기 위해 데이터베이스 관리자 시스템(300)과 통신할 수 있다.
측정 데이터 및/또는 인증 데이터는 예를 들어 클라우드 컴퓨팅 기술을 사용하여 검사 중인 하나 이상의 각 플라스틱 재료와 연관하여 적절하게 저장될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 본 발명의 기술을 사용하여 생산된 재활용 플라스틱 재료(들) 및/또는 재활용 플라스틱 재료를 포함하는 제품은 XRF 시그니처(들)를 검출하고 검증 분석 및 재활용 공정 자체 및/또는 제품 생산 과정을 제어할 목적으로 제어 데이터 생성을 수행하기 위해 추가로 측정될 수 있다. 예를 들어, 다양한 폴리머 재료 또는 제품 제조업체, 폴리머 재료 또는 제품 공급업체, 제품 소매업체 및 제품 최종 사용자 등 재활용과 관련된 다양한 당사자를 위한 '그린(green)' 크레딧 시스템을 관리하기 위해 클라우드 컴퓨터 기술을 사용할 수 있다. 일례로 클라우드 시스템은 분산형 블록체인 시스템일 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명과 함께 사용하기에 적합한 데이터베이스 관리자 시스템(300)의 기능적 특성을 블록도를 통해 예시하는 도 2를 참조한다.
데이터베이스 관리자 시스템(300)은 특히, 다양한 플라스틱 재료 및 그 인증 데이터뿐만 아니라 다양한 제품 유형 등과 연관하여 XRF 시그니처 관련 데이터 피스(data piece)를 포함한 데이터를 저장하도록 구성된 데이터 저장소(310)(예를 들어, 데이터베이스, 저장 시스템, 읽기 전용 메모리 - ROM, 랜덤 액세스 메모리 - RAM, 또는 임의의 다른 유형의 메모리 등을 포함하는 메모리)를 포함한다. 데이터 저장소(310)는 저장된 데이터의 검색 및 업데이트가 가능하도록 구성된다. 일부 경우에는 데이터 저장소(310)가 관리 시스템(100) 내 및/또는 다른 곳의 여러 위치에 걸쳐 분산될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 일부 경우 특정 플라스틱 재료 및/또는 제품에 관한 관련 정보가 특정 플라스틱 재료 및/또는 제품의 XRF 신호 측정을 수행/수신하기 전이나 후에 데이터 저장소(310)에 로딩될 수 있다는 점에 유의해야 한다.
따라서, 이러한 특정하고 비제한적인 예에 나타낸 바와 같이, 데이터 저장소(310)는 예를 들어 플라스틱 재료에 임베딩된 다양한 마킹에 기초해 다양한 플라스틱 재료 및/또는 제품으로부터 판독될 수 있는 전자기 방사선 시그니처 XRF 1 , XRF 2 ...XRF s 를 나타내는 데이터를 포함하는 복수의 S 데이터 피스를 포함한다. 데이터 저장소(310)에는 복수의 N개 플라스틱 재료 중의 각 플라스틱 재료에 대해 복수의 G 제품 유형 PT 1 ...PT g 로부터 하나 이상의 플라스틱 기반 제품 유형과 연관하여 허용되는 K 재활용/재사용 사이클 수를 나타내는 플라스틱 재료 관련 데이터 피스 PM (1) 1 ...PM (k) 1 , PM (1) 2 ...PM (k) 2 , ...., PM (1) n ...PM (k) n 이 추가로 제공된다.
또한, 데이터 저장소(310)는 현재 상태에 따라 플라스틱 재료의 추가 재활용/재사용에 대응/이를 나타내는 플라스틱 재료 및/또는 제품을 재활용 공정에서 마킹하는 데 사용될 수 있는 특정 마킹 XRFM 1 , XRFM 2 ...XRFM m 을 나타내는 데이터를 포함하는 복수의 M개의 데이터 피스를 포함할 수 있다. 대안적으로 (또는 추가적으로) 이러한 마킹 관련 데이터는 관리 시스템(100)의 내부 메모리에 저장될 수 있으며 적절한 데이터 피스는 데이터베이스 관리자 시스템(300)으로부터 수신된 데이터에 기초해 데이터 처리 회로(분류 데이터 생성기)에 의해 결정/선택된다.
따라서, 분석기(142)는 측정 데이터(MD) 및 가능하게는 특정 플라스틱 재료 및/또는 제품 유형에 관한 일부 선험적으로 알려진 데이터에 기초하여 플라스틱 재료 상태 데이터(PMCD)를 결정한다. 이를 위해, 관리 시스템(100)(분석기)은 수신된 측정 데이터 (및 가능하게는 측정 데이터의 일부 예비 분석)에 기초하여 데이터베이스 관리자(300)에 대한 요청 데이터를 생성할 수 있다. 이러한 요청 데이터는 i번째 이전 사용(들)(예를 들어, i번째 재활용 단계(들))에 대응하는 알려진 p번째 제품 유형 PTp에서 특정 j번째 플라스틱 재료 PM(j)에 대한 측정된 시그니처 XRFi(예를 들어 이전에 플라스틱 재료에 임베딩된 XRF 표시와 연관됨), 즉 XRF i - PM j - PT p 를 나타낼 수 있다
이러한 요청 데이터에 기초하여, 데이터베이스 관리자(300)는 각각의 플라스틱 재료의 인증 데이터 C(j) i를 결정하고 이 데이터를 분석기(142)에 전달할 수 있으며, 이 후 플라스틱 재료 상태 데이터(PMCD)를 분류 데이터 생성기(144)에 생성한다. 후자는 메모리에 사전 저장된 데이터를 사용하고/하거나 데이터베이스 관리자 시스템(300)과 통신함으로써 이 데이터를 분석할 수 있으며, 추가로 허용된 재활용/재사용 공정의 해당 수 t(t≥0) 및 가능하면(t≠0인 경우) 상기 플라스틱 재료에 대한 적어도 하나의 대응 제품 유형 PT1(현재 제품 유형 PTp와 동일하거나 동일하지 않음)을 선택하고 분류 데이터 PM (j) t - PT 1 을 생성한다. 이 데이터는 인증 데이터 생성기(148)에 의해 업데이트된 인증 데이터 CD (j) t 를 생성하고 이를 시스템 메모리(120)에 저장하며 또한 가능하면 데이터베이스 관리자 시스템(300)에 대응하는 인증서 업데이트 통지를 생성하기 위해 사용될 수 있다.
분석기(142)는 측정 데이터(MD)를 분석하여 플라스틱 재료 상태 데이터(PMCD), 즉 특정 p번째 제품 유형 PTp(플라스틱 재료의 현재 인증 데이터 C(j) i에 대응함)에 포함된 특정 j번째 플라스틱 재료 PM(j) i에 대해 이미 수행된 재활용 공정 횟수 i를 나타내는 데이터를 결정하고 이 데이터를 분류 데이터 생성기(144)로 전달하도록 미리 프로그래밍되어 있을 수 있음에 유의해야 한다. 분류 데이터 생성기(144)는 전술한 바와 같이 데이터베이스 관리자 시스템(300)과 통신하여 분류 데이터 PM (j) t - PT l 을 결정할 수 있고; 이 데이터는 업데이트된 인증 데이터 CD (j) t 를 생성하고 이를 시스템 메모리(120)에 저장하며, 또한 가능하다면 데이터베이스 관리자 시스템(300)에 대응하는 인증서 업데이트 통지를 생성하기 위해 인증 데이터 생성기(148)에 의해 활용될 수도 있다.
이어 마킹 데이터 생성기(146)는 분류 데이터를 활용하고 데이터 관리 시스템(300)과 통신하여 (또는 경우에 따라 관리 시스템(100)의 메모리(120)에 사전 저장된 관련 데이터를 활용할 수도 있음) 분류 데이터에 따라 플라스틱 재료를 마킹하기 위해 복수의 M 마킹 데이터 피스들로부터 적절한 h번째 마킹 데이터 피스 XRFM h 를 결정/선택한다.
일부 경우에는, S 시그니처 중 적어도 하나가 하나 이상의 플라스틱 재료와 연관될 수 있다. 예를 들어, XRF2는 한 번의 재활용 사이클을 거친 제1 플라스틱 재료 유형 PM 1 (1) 에 임베딩된(검출/판독된) 마킹 및/또는 세 번의 재활용 사이클 수를 거친 제2 플라스틱 재료 유형 PM (2) 3 에 임베딩된(검출/판독된) 마킹에 대응할 수 있다. 즉, 플라스틱 재료 유형이 주어지면 내부에 임베딩된 XRF 마킹(들)의 XRF 시그니처를 측정하여 이 플라스틱 재료 유형이 거친 재활용 사이클 수를 확인할 수 있다.
일부 경우에 특정 시그니처는 단 하나의 플라스틱 재료 유형과 연관될 수 있다. 따라서, 이 경우 플라스틱 재료 유형과 이 플라스틱 재료 유형이 거친 재활용 사이클 수는 모두 내부에 임베딩된 XRF 마킹의 XRF 시그니처 측정을 기반으로 결정될 수 있다.
일부 다른 경우에는, 복수 XRF 시그니처가 주어진 플라스틱 재료 유형과 연관될 수 있다. 제품 유형이 하나 이상의 마킹 및/또는 하나 이상의 플라스틱 재료 유형 및/또는 이들의 조합과 연관될 수 있는 경우도 있음을 이해해야 한다.
또한, 플라스틱 재료의 재활용 상태를 나타내는 인증 데이터에는 주어진 제품 및/또는 플라스틱 재료 유형에 관한 정보가 포함될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이러한 정보에는 예를 들어 다음 중 하나 이상이 포함될 수 있지만 이에 제한되지 않는다: 내부에 임베딩된 XRF 마커, 제품의 플라스틱 재료 조성, 제품을 형성하는 플라스틱 재료 간의 비율(예를 들어, 본원에 추가로 설명됨), 오염 물질 원소 및/또는 불순물의 존재 및/또는 농도(예를 들어, 본원에 추가로 설명됨), 이와 관련된 재활용 사이클 수, 가능한 추가 재활용 사이클 수, 다음 재활용 사이클 동안 도입될 XRF 마커, 재활용 및 재사용할 플라스틱 재료(들) 및/또는 제품의 품질 또는 등급을 식별하는 표기, 제조업체, 생산 날짜, 배치 번호, 제품 유통업체, 재활용 후 생산될 수 있는 연속 제품 유형(즉, 재활용 플라스틱 재료를 재사용하기 위한 연속 제품 유형), 향후 제품 목적지(예를 들어, 소매업체) 및/또는 이들의 조합 및/또는 이와 관련된 임의의 기타 정보.
다시 도 1을 참조하면, 분석기(142)는 각각의 주어진 플라스틱 재료에 대해 측정된 각각의 XRF 시그니처(측정 데이터 제공자(200)에 의해 제공됨)에 대해 데이터 저장소(310)에 의해 생성된 인증 데이터 CD(j)를 검색할 수 있다. 분석기(142)는 측정된 XRF 시그니처 및 그에 대한 각각의 인증 데이터의 분석에 기초하여, 각각의 주어진 플라스틱 재료에 대해, 주어진 플라스틱 재료가 재활용을 거친 횟수를 나타내는 각각의 플라스틱 재료 상태 및 관련된 제품 유형(들)을 결정한다. 또한, 분석에 기초하여 플라스틱 재료(예를 들어, 폴리머 재료)가 하기에 추가로 설명되는 바와 같이 버진 플라스틱 재료인지 아니면 하나 이상의 재활용 사이클을 거친 재활용 플라스틱 재료인지를 결정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따라 플라스틱 재료 재활용을 관리하기 위한 본 발명의 방법의 흐름도(500)가 일목요연하게 예시되어 있다. 제품 중의 플라스틱 재료 또는 플라스틱 재료 조성의 하나 이상의 전자기 방사선 시그니처를 나타내는 측정 데이터가 제공된다(블록 (510)). 이를 위해, 데이터 처리 회로(140)는 측정 데이터 제공자(200)(외부 저장 시스템 또는 측정 장치)와 통신하여 이로부터 하나 이상의 측정 세션에서 획득된 측정 데이터를 수신하도록 전술한 바와 같이 작동할 수 있다. XRF 시그니처는 예를 들어 플라스틱 재료의 중합 공정 도중 및/또는 플라스틱 재료가 내부에 포함된 제품의 제조 공정 중에 수행되는 핫멜트 처리(예를 들어 압출)에서 플라스틱 제품을 형성하는 플라스틱 재료에 도입될 각각의 XRF 마커와 연관될 수 있다.
플라스틱 재료는 예를 들어 상이한 제품 및/또는 제조업체와 같이 다양한 출처에서 유래될 수 있다. 일부 제품에는 플라스틱 재료 상태가 서로 다른 플라스틱 재료의 조성이 포함될 수 있다. 예를 들어, 조성물은 적어도 한 번의 재활용 사이클을 거치고 이에 따라 하나 이상의 XRF 마커로 마킹되는 재활용 플라스틱 재료 및 버진 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 측정 데이터는 조성물에 임베딩된 XRF 마커에 대응하는 XRF 시그니처를 포함할 수 있다.
일부 경우에, 방법은 플라스틱 재료에 존재하는 하나 이상의 오염 물질로부터 도착한 XRF 신호를 나타내는 제2 측정 데이터의 제공을 활용할 수 있다. 플라스틱 제품을 형성하는 플라스틱 재료(들)(예를 들어, 폴리머 재료)에는 오염 물질 원소 및/또는 불순물이 존재할 수 있다. 전형적으로, 폴리머 재료는 경량이며 XRF 강도 피크(예를 들어, 스펙트럼의 배경 수준보다 높은 강도를 갖는 XRF 피크)에 대한 주요 기여는 폴리머 재료에 존재할 수 있는 오염 물질 및/또는 불순물로 인한 것일 수 있다. 이러한 오염 물질 원소(예를 들어, Zn, Ca, Ti, Fe, Ca, Fe) 및/또는 불순물은 XRF 분석으로 검출할 수 있다.
일부 경우에, 오염 물질 원소 및/또는 불순물은 플라스틱 제품을 형성하는 플라스틱 재료의 생산 공정, 예를 들어 플라스틱 재료의 오염된 중합 공정에서 유래할 수 있고/거나, 플라스틱 제품(일부 경우 주로 폴리머 재료로 만들어질 수 있음)의 생산 공정, 예를 들어 제품의 제조 공정 중에 수행되는 핫멜트 처리(예를 들어 압출)에서 유래할 수 있다.
다른 경우에 오염 물질 원소는 제품 사용으로 인해 발생할 수 있다. 예를 들어, 제품은 다른 제품 및/또는 오염 물질 원소가 플라스틱 필름 또는 플라스틱 포장재로 확산될 수 있는 재료와 물리적으로 밀접하게 접촉하여 사용될 수 있는 플라스틱 필름 또는 플라스틱 포장재(예를 들어, 플라스틱 재료로서 LDPE가 내부에 포함된 플라스틱 필름)일 수 있다.
측정 데이터는 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해 상기 플라스틱 재료의 이전 사용을 나타내는 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터(PMCD)를 결정하기 위해 전술한 바와 같이 분석된다(플라스틱 재료가 재활용을 거친 횟수 및 관련 제품 유형(들)) - 블록 (520).
일반적으로, 플라스틱 재료 상태 데이터는 다음 중 하나 이상을 나타낼 수 있다: 주어진 플라스틱 재료가 재활용을 거친 횟수, 플라스틱 재료(예를 들어, 폴리머 재료)가 버진 재료인지 또는 재활용 플라스틱 재료인지 여부를 나타내는 데이터, 플라스틱 재료와 제품에 포함된 소정의 천연 재료(예를 들어, 버진 재료) 간의 비율. 전술한 바와 같이, 일부 경우에 측정 데이터를 분석하여 플라스틱 제품이나 제품을 형성하는 플라스틱 재료에 함유된 오염 물질 원소(예를 들어, 외래 물질 원소) 및/또는 불순물을 식별하여 그 농도를 평가할 수 있다. 다른 경우, 적용 가능한 경우(예를 들어 각각 다른 플라스틱 재료 상태를 갖는 플라스틱 재료의 조성물로 만들어진 제품), 측정 데이터를 분석하여 제품을 형성하는 플라스틱 재료의 조성에서 버진 재료와 재활용 플라스틱 재료의 상대적 비율을 결정하고, 선택적으로 그 조성으로 구성된 전체 재활용 플라스틱 재료의 상대적 비율에 대한 각 재활용 플라스틱 재료의 상대적 비율을 결정할 수 있다.
플라스틱 재료 상태 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 각 플라스틱 재료에 대한 분류 데이터(제1 분류 데이터)가 상술한 바와 같이 생성된다(블록 (530)). 예를 들어, 플라스틱 제품이 동일한 유형의 플라스틱 재료로 제조된 경우, 분류 데이터는 각 제품을 한 번 재활용 플라스틱 재료를 포함하는 1회 제품, 두 번 재활용 플라스틱 재료를 포함하는 2회 제품 등으로 분류/구분할 수 있다. 다른 경우, 플라스틱 제품이 예를 들어 버진 폴리머 재료와 하나 이상의 k회 재활용 폴리머 재료를 포함하는 것과 같이 두 가지 이상의 서로 다른 유형의 플라스틱 재료로 제조된 경우, 분류 데이터는 소정의 기준에 따라 플라스틱 제품을 분류/구별할 수 있다. 예를 들어, 기준은 제품의 주어진 플라스틱 재료 조성일 수 있다(예를 들어, 소정의 비율의 버진 폴리머 재료와 k회 재활용 폴리머 재료). 예를 들어, 일부 경우, 기준은 플라스틱 재료 조성으로 구성된 버진 폴리머 재료의 소정의 백분율 범위(예를 들어 10 내지 20%, 20 내지 30% 등)일 수 있다.
일부 경우에, 분류 데이터는 플라스틱 제품 및/또는 제품을 형성하는 플라스틱 재료(들)와 연관된 인증 데이터에 기초하여 생성될 수 있다. 즉, 분류 데이터는 다음 중 하나 이상을 기반으로 생성될 수 있다: 플라스틱 제품 및/또는 제품을 형성하는 플라스틱 재료(들)에 임베딩된 XRF 마커, 제품의 플라스틱 재료 조성, 제품을 형성하는 플라스틱 재료 간의 비율, 오염 물질 원소 및/또는 불순물의 존재 및/또는 농도, 이와 연관된 재활용 사이클 수, 가능한 추가 재활용 사이클 수, 다음 재활용 사이클 동안 도입될 XRF 마커, 제조업체, 생산 날짜, 배치 번호, 제품 유통업체, 재활용 후 생산될 수 있는 연속 제품 유형(즉, 재활용 플라스틱 재료의 재사용을 위한 연속 제품 유형), 향후 제품 목적지(예를 들어, 소매업체) 및/또는 이들의 조합 및/또는 이와 관련된 임의의 기타 정보. 일부 경우에, 분류 데이터 생성기(144)에 의해 생성된 분류 데이터는, 재활용 및 재사용될 플라스틱 재료의 다수의 연속적인 라이프 사이클, 및 재활용 플라스틱 재료의 재사용을 위한 연속적인 제품 유형에 대응하는 적어도 하나의 XRF 마커를 포함할 수 있다.
PMCD 및/또는 SD에 기초하여, 전술한 바와 같이 각 관심 플라스틱 재료에 대한 인증 데이터가 생성된다(블록 (540)).
또한, 분류 데이터는 관심 있는 각 플라스틱 재료에 대한 마킹 데이터(블록 (550)), 즉 재활용/재사용 공정을 추가로 관리하기 위해 플라스틱 재료에 도입될 마킹을 나타내는 데이터를 생성하는 데 사용된다. 마킹 데이터는 1차 분류 데이터에 기초하여 생성될 수 있으며, 다음 재활용 공정 동안 플라스틱 제품 및/또는 제품을 형성하는 플라스틱 재료(들)에 도입될 하나 이상의 마커를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 적어도 하나의 XRF 마커는 각각의 플라스틱 재료 재사용 유형(예를 들어, 재활용 및 재사용되는 플라스틱 재료)에 대해, 대응하는 하나 이상의 XRF 마커에 대한 매칭 데이터와 연관하여 상기 플라스틱 재료의 연속적인 라이프 사이클(예를 들어, 가능한 추가 재활용 사이클 수)을 나타내는 데이터를 저장하는 소정의 데이터베이스로부터 적어도 하나의 XRF 마커를 선택할 수 있다.
일부 경우, 마킹 데이터는 플라스틱 제품 및/또는 제품을 형성하는 플라스틱 재료(들)에 존재할 수 있는 오염 물질 원소 및/또는 불순물 중 하나 이상으로부터 도착한 XRF 신호(들)를 나타내는 2차 측정 데이터(2차 분류 데이터에 기반할 수 있음)에 기초하여 생성될 수도 있다. 이 경우, 마킹 데이터는 다음 재활용 공정 중에 플라스틱 제품 및/또는 제품을 형성하는 플라스틱 재료(들)에 도입될 하나 이상의 마커를 포함할 수 있으며, 이러한 마커는 오염 물질 원소 및/또는 불순물의 XRF 신호를 방해하지 않도록 선택된다. 예를 들어, 플라스틱 제품 및/또는 제품을 형성하는 플라스틱 재료(들)를 XRF 판독기로 검사할 때, 오염 물질 원소는 특정 에너지(예를 들어 주파수)에서 상대적으로 높은 강도의 응답 신호를 방출할 수 있다. 따라서, 이 경우 마킹 데이터는 다음 재활용 공정 중에 플라스틱 재료에 도입될 하나 이상의 XRF 마커를 포함할 수 있으며, 이러한 마커는 (예를 들어, XRF 검사 시) 방출되는 신호가 오염 물질 원소의 고강도 신호와 다른 주파수를 갖도록 선택될 수 있다.
일부 경우에, 제2 측정 데이터는 플라스틱 제품 및/또는 플라스틱 제품을 형성하는 하나 이상의 플라스틱 재료에 대해 하나 이상의 XRF 측정 세션을 수행하여 결정되며, XRF 신호를 식별하고 이를 나타내는 제2 측정 데이터를 생성하기 위해 분류 데이터에 의해 분류된다.
인증 데이터(업데이트된 인증서)는 제조업체, 생산 날짜, 배치 번호, 제품 유통업체, 재활용 후 생산될 수 있는 연속 제품 유형(즉, 재활용 플라스틱 재료의 재사용을 위한 연속 제품 유형), 향후 제품 목적지(예를 들어 소매업체) 및/또는 이들의 조합 및/또는 이와 관련된 임의의 기타 정보와 같이 이전 인증 데이터 또는 적어도 그 일부를 나타내는 데이터를 포함할 수 있음에 유의해야 한다.
전형적으로, 플라스틱 재료(예를 들어, 폴리머 재료) 및/또는 플라스틱 제품의 재활용 공정에서, 플라스틱 재료는 재활용 플라스틱 재료로 만들어진 새로운 제품을 생산하기 위해 핫멜트 처리(예를 들어 압출)를 거친다. 일례로, 플라스틱 재료는 압출기에 공급되어 필라멘트로 압출된 다음 재활용 제품으로서 비드 또는 펠릿으로 초핑된다(chop). 하나 이상의 마커가 표준 피더(feeder) 또는 호퍼(hopper)를 통해 펠릿, 분말 또는 액체 형태로 압출 공정에 공급될 수 있다.
플라스틱 재료의 재활용 공정 중에, 재활용 공정으로 인해 저하될 수 있는 플라스틱 재료의 다양한 특성을 개선하고 재활용 전에 제품 중의 플라스틱 재료의 우선 사용을 위해 첨가제가 전형적으로 마스터배치 형태로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 첨가제는 강도 및 탄성과 같은 원하는 기계적 특성, 투명도와 같은 광학적 특성, 색상, 광택, 열적 특성 및 산소, 열 및/또는 빛에 의한 분해에 대한 안정화를 포함한 기타 특성 등을 개선하기 위해 첨가될 수 있다. 첨가제는 보통 압출 또는 기타 핫멜트 가공 방법 중에 마스터배치의 형태로 첨가된다. 본원에 개시된 대상에 따라, 하나 이상의 마커는 플라스틱 재료의 재활용 공정 중에 단일 마스터배치의 추가 첨가제와 함께 단일 패키지로 플라스틱 재료에 도입될 수 있다. 플라스틱 재료에 하나 이상의 마커를 임베딩하는 이러한 형태는 추가 장비(예를 들어, 추가 피더) 또는 표준 압출 설비에 대한 조정 없이 수행될 수 있으므로 유리하다.
이제 본 발명의 구체적이지만 제한되지 않는 일부 예에 따른 방법의 흐름도를 도시한 도 4, 5 및 6을 참조한다.
도 4의 예에서는, 제품의 제조 도중 또는 제조 후, 플라스틱 제품에서 버진 폴리머 재료와 재활용 폴리머 재료의 상대적인 비율을 추정하는 것, 즉 얻어진 제품으로부터 상대적인 비율을 추정하는 것에 기초하여 플라스틱 재료 상태 데이터가 결정되는 방법 다이어그램(600)이 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 재활용 및 재사용되는 폴리머 재료를 포함하는 하나 이상의 제품이 제공된다(단계 (610)). 일반적으로, 폴리머 재료는 하나 이상의 제품의 주요 구성 요소이다. 예를 들어, 제품은 플라스틱 필름 또는 플라스틱 포장이며 주성분으로 다음 유형 중 하나 이상일 수 있는 폴리머 재료를 포함한다: 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 LDPE(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 열가소성 폴리우레탄(TPU), 폴리스티렌(PS), 내충격성 폴리스티렌(HIPS), 폴리락트산(PLA) 또는 폴리염화비닐(PVC). 특히 플라스틱 필름이나 플라스틱 포장재는 주로 LDPE나 LLDPE로 구성된다.
플라스틱 재료는 고무나 라텍스와 같은 천연 폴리머 재료일 수 있으며, 이는 단독으로 또는 산업용 또는 합성 플라스틱 폴리머와 조합하여 사용될 수 있다.
하나 이상의 제품으로부터 도착하는 XRF 신호의 제1 XRF 스펙트럼을 측정 및 분석하여(단계 (620)), 폴리머 재료가 버진 폴리머 재료인지 또는 이미 하나 이상의 재활용 공정을 거친 재활용 폴리머 재료인지를 나타내는 하나 이상의 XRF 마커의 XRF 시그니처를 검출한다. 재활용된 폴리머 재료가 재활용을 거쳤음을 나타내는 하나 이상의 마커가 재활용 공정 중에 도입된다(아래 설명 참조). 이들 마커는 또한 폴리머 재료가 재활용된 횟수도 나타낸다.
폴리머 재료는 또한 중합 중에 - 즉 마킹된 버진 폴리머 재료로 이어짐 -, 배합 또는 핫멜트 처리(예를 들어, 압출) 중에, 예를 들어 폴리머 재료를 포함하는 제품의 생산 중에 폴리머 재료에 도입된 하나 이상의 XRF 마커를 포함할 수 있다. 하나 이상의 마커는 폴리머 재료가 아직 재활용되지 않은 버진 폴리머 재료임을 나타낼 수 있다. 또한, 하나 이상의 XRF 마커는 예를 들어 제품의 유형(예를 들어, 주로 하나 이상의 폴리머 재료를 포함하는 그 조성)뿐만 아니라 폴리머 재료의 제조업체 또는 제품의 제조업체, 제품의 생산 날짜, 제품의 배치 번호, 제품의 유통업체, 제품의 목적지(예를 들어 소매업체) 및 제품의 추가 기타 정보(카테고리)를 나타내기 위해 사용될 수 있다.
개별 제품에 포함된 폴리머 재료가 재활용을 거친 횟수에 따라 제품을 분류할 수 있는 분류 데이터가 생성된다(단계 (630). 즉, 제품은 한 번 재활용된 폴리머 재료를 포함하는 1회 제품, 두 번 재활용된 물질을 포함하는 2회 제품 등으로 구분될 수 있다. 또한, 2종 이상의 폴리머 재료를 포함하는 제품, 예를 들어, 버진 재료와 하나 이상의 N회 재활용된 폴리머 재료를 포함하는 제품은, 버진 재료와 N회 재활용된 폴리머 재료의 상대적 비율(즉, 폴리머 재료의 조성)에 의해 결정되는 소정의 기준에 따라 그리고 상기 소정의 기준에 따라 제품이 1회 제품인지, 2회 제품인지 등을 결정함으로써 분류될 수 있다.
전술한 바와 같이 수행된 데이터 분석 결과에 따라 제품을 제조업체, 목적지 또는 의도된 사용자(예를 들어, 소매업체 또는 유통업체) 및 제품에 관한 추가 기타 정보(카테고리)에 따라 분류하는 것도 가능하다.
분류 날짜에 기초하여, 측정된 XRF 스펙트럼에 따라 재활용 폴리머 재료에 도입될 하나 이상의 마커가 선택된다(단계 (640)). 재활용 공정 동안 재활용된 폴리머 재료에 도입될 하나 이상의 마커는 재료가 재활용 공정을 거쳤다는 표시뿐만 아니라 폴리머 재료가 재활용을 거친 횟수를 제공하도록 구성된다. 추가로, 선택된 마커는 재활용된 폴리머 재료의 조성에 관한 표시(즉, 버진 재료와 재활용된 폴리머 재료 사이의 비율뿐만 아니라 상이한 N회 재활용된 폴리머 재료 사이의 비율을 표시함)를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 마커는 재활용된 폴리머 재료의 품질 또는 등급, 재활용 시설, 재활용된 폴리머 재료의 목적지, 생산 날짜, 배치 번호 등을 식별하는 표시를 제공할 수 있다.
마킹 데이터(하나 이상의 마커)는 바람직하게는 폴리머 재료에 존재하는 오염 물질 및/또는 불순물이 마커의 검출 및 식별을 방해하지 않도록 선택되는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 재활용 폴리머 재료를 XRF 판독기로 검사 시에 오염 물질은 특정 에너지(주파수)에서 상대적으로 높은 강도의 응답 신호를 방출할 수 있는데 반해, 재활용 폴리머 재료에 도입될 마커는 (XRF 검사 시) 방출되는 신호가 오염 물질의 고강도 신호와 다른 주파수를 갖도록 선택될 수 있다.
그 다음, 재활용 공정 동안 하나 이상의 마커가 재활용된 폴리머 재료에 도입되며(단계 (650)), 여기서 재활용될 폴리머 재료(보통 세척 및 파쇄 후)는 핫멜트 처리를 거쳐 재활용된 폴리머 재료를 포함하는 새로운 제품을 생성한다. 일례로, 폴리머 재료는 압출기에 공급되어 필라멘트로 압출된 다음 재활용 제품으로서 비드 또는 펠릿으로 초핑된다. 하나 이상의 마커가 펠릿, 분말 또는 액체 형태로 표준 피더 또는 호퍼를 통해 압출 공정에 공급될 수 있다.
전술한 바와 같이, 재활용된 폴리머 재료의 생산에서는, 재활용 공정으로 인해 저하할 수 있는 플라스틱 재료의 다양한 특성을 개선하고 재활용 전에 제품에 플라스틱 재료의 사전 사용을 위해 첨가제가 일반적으로 보통 마스터배치 형태로 재활용된 폴리머 재료에 첨가된다. 예를 들어, 첨가제는 강도 및 탄성과 같은 원하는 기계적 특성, 투명도와 같은 광학적 특성, 색상, 광택, 열적 특성 및 산소, 열 및/또는 빛에 의한 분해에 대한 안정화를 포함한 기타 특성 등을 개선하기 위해 첨가될 수 있다. 첨가제는 보통 압출 또는 기타 핫멜트 처리 방법 도중에 마스터배치의 형태로 첨가된다. 하나 이상의 마커가 단일 마스터배치의 추가 첨가제와 함께 단일 패키지로 재활용 폴라스틱 재료에 도입될 수 있다. 재활용 폴라스틱 재료에 하나 이상의 마커를 임베딩하는 이러한 형태는 추가 장비(예를 들어, 추가 피더) 또는 표준 압출 설비에 대한 조정 없이 수행될 수 있으므로 유리하다.
도 5는 본 발명의 일부 다른 실시양태에 따라 폴리머 재료의 재활용을 관리하기 위한 흐름도(700)를 예시한다. 유사하게, 재활용 및 재사용될 폴리머 재료를 포함하는 하나 이상의 제품이 제공된다(단계 (710)). 일반적으로, 폴리머 재료는 하나 이상의 제품의 주요 구성 요소이다. 하나 이상의 플라스틱 제품 중의 폴리머 재료로부터 도착하는 XRF 신호의 제1 XRF 스펙트럼을 측정 및 분석하여(단계 (720)) 하나 이상의 XRF 마커의 XRF 시그니처를 검출한다. 하나 이상의 XRF 마커는 재활용 중에 폴리머 재료에 도입될 수 있으며 폴리머 재료가 재활용된 횟수에 대한 표시를 제공한다. 또한, 일부 XRF 마커는 버진 폴리머 재료를 생산하는 동안 도입될 수 있으며 폴리머 재료 또는 제품의 제조업체, 제품 생산 날짜, 제품의 배치 번호, 유통업체, 제품의 목적지(예를 들어, 소매업체) 및 기타 추가 정보(카테고리)에 대한 표시를 제공할 수 있다.
폴리머 재료는 여러 출처와 제품/제조업체에서 유래될 수 있다. 일부 제품은 버진 폴리머 재료와 이미 재활용을 거쳐 하나 이상의 XRF 마커로 마킹된 재활용 폴리머 재료의 블렌드를 포함하는 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 이들 하나 이상의 XRF 마커는 제1 XRF 측정에 의해 검출될 수 있다. 또한, XRF 스펙트럼을 분석함으로써, 버진 폴리머 재료와 재활용된 폴리머 재료의 상대적인 비율뿐만 아니라 N회 재활용된 폴리머 재료 각각의 상대적인 부분(N회 재활용은 N회 재활용된 폴리머 재료임)을 얻을 수 있다.
분류 데이터의 생성으로 측정된 XRF 스펙트럼에 따라 재활용될 제품을 분류할 수 있다(단계 (730)). 제품은 제품에 포함된 폴리머 재료가 재활용을 거친 횟수에 따라 분류될 수 있다. 또한, 블렌딩된 폴리머 재료(버진 폴리머 재료 및 하나 이상의 N 값에 대해 하나 이상의 N회 재활용된 폴리머 재료를 포함함)는 버진 재료 및 N회 재활용된 재료의 상대적인 비율에 의해 결정되는 소정의 기준에 따라 분류될 수 있다. 예를 들어, 분류는 소정의 비율 사이(예를 들어, 10 내지 20%, 20 내지 30% 등)의 버진 폴리머 재료를 포함하는 제품을 배치(batch)(유사한 방식으로 추가 처리됨)로 그룹화할 수 있다. 또한, 제품은 폴리머 재료에 임베딩된 XRF 마커로부터 추정할 수 있는 추가 기준에 따라, 예를 들어 제품 제조업체, 목적지 또는 제품의 의도된 사용자(예를 들어, 소매업체 또는 유통업체) 및 기타 추가 정보(카테고리)에 따라 분류될 수 있다.
이어, 분류된 폴리머 재료의 제2 XRF 스펙트럼을 측정하고 분석하여 분류된 폴리머 재료의 각 배치에 존재할 수 있는 오염 물질과 관련된 제2 XRF 시그니처를 얻을 수 있다(단계 (740)). 분류된 폴리머 재료는 측정 전에 분쇄(grinding) 또는 파쇄(shredding)를 거칠 수 있으며, 이는 분류된 폴리머 재료의 배치에 대한 오염 물질의 평균 농도에 해당하는 스펙트럼을 얻기 위해 수행된다. 이는 예를 들어 검사된 분류된 폴리머 재료와 XRF 판독기의 상대적인 이동 중에(예를 들어, 검사된 재료가 컨베이어에서 이동하는 동안) 일정 기간에 걸쳐 제2 XRF 신호를 수집함으로써 달성될 수 있다. 측정된 제2 XRF 스펙트럼의 분석을 통해 스펙트럼에서 분류된 폴리머 재료의 오염 물질과 연관된 하나 이상의 원소 피크에 해당하는 특징적인 XRF 시그니처를 식별할 수 있다.
폴리머 재료에 임베딩된 하나 이상의 마커와 연관된 측정된 제1 XRF 스펙트럼 및 선택적으로 XRF 분류된 폴리머 재료에 존재할 수 있는 하나 이상의 오염 물질과 관련된 제2 XRF 스펙트럼에 따라 분류된 폴리머 재료에 도입될 하나 이상의 선택된 마커를 나타내는 마킹 데이터가 생성된다(단계 (750)).
이어 마킹 데이터를 사용하여 재순환 공정 동안 분류된 폴리머 재료에 선택된 하나 이상의 마커를 도입할 수 있다(단계 (760)). 재활용 공정에서 분류된 폴리머 재료는 핫멜트 처리를 거쳐 재활용 폴리머 재료를 생성한다. 일례로, 분류된 폴리머 재료는 압출기에 공급되어 필라멘트로 압출된 후 비드 또는 펠릿 형태의 제품으로 초핑된다. 하나 이상의 마커는 펠릿, 분말 또는 액체 형태로 표준 피더 또는 호퍼를 통해 압출 공정에 공급될 수 있다.
하나 이상의 마커는 일반적으로 위에서 설명한 공정과 유사한 방식으로 다양한 플라스틱 첨가제와 함께 단일 마스터배치로서 재활용된 폴리머 재료에 첨가된다. 재활용된 폴리머 재료를 함유하는 제품의 생산에서, 상술한 바와 같이 분류된 다양한 배치는 버진 재료와 함께 압출기에서 블렌딩되어 소정의 비율로 버진 재료와 N회 재활용된 폴리머 재료를 함유하는 재활용 제품을 생성할 수 있다. 대안적으로, 버진 재료는 재활용 공정 자체가 아닌 이후 단계 동안, 예를 들어 실온에서의 혼합에서 또는 예를 들어 제품 생산 공정 중에 재활용된 폴리머 재료와 블렌딩될 수 있다. 보다 구체적인 예에서, 제품은 생산용 버진 폴리머 재료와 재활용된 폴리머 재료가 핫멜트 처리에서 블렌딩되는 플라스틱 필름(예를 들어 주로 LDPE 또는 LLDPE를 포함하는 플라스틱 필름)일 수 있다.
그런 다음, 재활용된 폴리머 재료가 버진 폴리머 재료와 N회 재활용된 폴리머 재료의 비율 측면에서 적합한 조성을 가지고 있는지 확인하기 위해 XRF 분석에 의한 검증 공정(즉, XRF 분석기로 폴리머 재료를 검사하고 획득된 제3 XRF 스펙트럼을 분석하기 위해)이 수행된다(단계 (770)). 비율 추정 시, 재활용 및 생산의 다양한 단계에서 폴리머 재료에 임베딩된 마커; 및 재활용 폴리머 재료의 생산에 사용되는 폴리머 재료의 배치(들)을 특성화하는 오염 물질 모두를 고려할 수 있다. 일례로, 재활용 공정 동안 폴리머 재료에 임베딩된 해당 마커를 측정하여 재활용 공정 횟수(또는 재활용된 폴리머 재료의 적어도 일부가 거친 재활용 공정의 최고 횟수)를 결정하고 재활용 폴리머 재료에 존재하는 오염 물질 측정에 따라 N회 재활용된 폴리머 재료와 버진 재료의 비율을 추정할 수 있다.
재활용된 폴리머 재료의 조성 검증은 공정 및 재활용 재료의 품질을 보장하는 재활용 공정의 품질 보증에 활용될 수 있다. 또한, 재활용 폴리머 재료를 포함하는 제품의 생산 공정에 대한 품질 보증을 위해 검증이 사용될 수 있다. 또, 폴리머 재료를 포함하는 제품이 재활용 시설에서 또 다른 라이프 사이클이 끝나면, 다음 재활용 공정에서 폴리머 재료에 대한 검증이 수행될 수 있다. 검증 공정은 특정 플라스틱 재료의 재활용 공정 및/또는 그러한 플라스틱 재료를 포함하는 제품(들)의 생산 공정을 특성화하는 제어 데이터를 제공한다.
또한, 마커는 폴리머 재료 내에 임베딩되어 있으며 제품의 구성 요소로도 판독(측정)될 수 있으므로, 검증은 폴리머 재료가 재활용 폴리머 재료로 만들어졌는지 또는 선택된 양의 재활용 폴리머 재료를 포함하는지를 사용자가 확인하는 데 활용될 수 있다. 검증은 재활용 제품을 구매한 사용자, 재활용 당사자 또는 이전 사용자가 크레딧 포인트를 받거나 선택된 수량의 제품을 재활용하는 플라스틱 재활용 크레딧 제도에 활용될 수 있다.
측정된 XRF 스펙트럼 또는 XRF 스펙트라(상술된 플라스틱 재료 검사 단계에서 측정된 것뿐만 아니라 검증 공정에서 측정된 것/것들) 및/또는 XRF 스펙트럼 또는 XRF 스펙트라에 의해 인코딩된 정보(예를 들어, 버진 재료 대 재활용 재료의 양)가 업로드되어(예를 들어 XRF 판독기 또는 기타 장치에 의해) 클라우드 시스템에 저장될 수 있다는 점을 주목해야 한다. 클라우드 시스템은 재활용에 관여한 다양한 당사자, 예를 들어, 다양한 폴리머 재료 또는 제품의 제조업체, 폴리머 재료 또는 제품의 공급업체, 제품 소매업체 및 제품 최종 사용자를 위한 '그린' 크레딧 시스템을 관리하기 위해 사용될 수 있다. 일례로 클라우드 시스템은 분산형 블록체인 시스템일 수 있다. 예를 들어, 블록체인 시스템은 모두 본 출원의 양수인에게 양도되었으며 본원에 참조로 포함되는 WO 2018/207180, WO 2019/175878 및 WO 2021/070182에 기술되었다.
본 발명의 일부 다른 실시양태에서, 분류된 폴리머 재료에 존재하는 오염 물질 원소의 XRF 시그니처를 제공하도록 구성된 제2 XRF 스펙트럼은 하나 이상의 XRF 마커가 재활용 폴리머 재료에 도입되는 재활용 공정 후에 수행된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 방법의 흐름도(800)를 예시한다. 여기서는 이전 예와 유사하게, 재활용 및 재사용할 폴리머 재료를 포함하는 하나 이상의 제품이 제공된다(단계 (810)); 하나 이상의 제품 중의 폴리머 재료로부터 도착하는 XRF 신호의 제1 XRF 스펙트럼이 측정 및 분석되고(단계 (820)); 전술한 바와 같이, 측정된 XRF 스펙트럼에 따라 분류 데이터가 생성된다(단계 (830)). 그 다음, 폴리머 재료에 임베딩된 하나 이상의 마커와 연관된 측정된 제1 XRF 스펙트럼에 따라 분류된 폴리머 재료에 도입될 하나 이상의 선택된 마커를 나타내는 마킹 데이터가 생성된다(단계 (840)).
일반적으로 상술된 예와 유사한 재활용 공정(단계 (850)) 동안 분류된 폴리머 재료에 하나 이상의 마커가 도입될 수 있다. 그 다음, 재활용된 폴리머 재료(즉, 재활용 공정을 거친 후 분류된 폴리머 재료)로부터 도착하는 신호의 제2 XRF 스펙트럼이 측정 및 분석된다(단계 (860)). 이 제2 XRF 스펙트럼은 재활용 공정에 도입된 하나 이상의 XRF 마커를 나타내는 신호(강도 피크)와 이전에 (이전 재활용 공정에서, 그리고 아마도 버진 폴리머 재료로서) 분류된 폴리머 재료에 임베딩된 XRF 마커를 포함할 수 있다. 추가적으로, XRF 스펙트럼은 재활용 재료에 존재하는 오염 물질로부터의 신호를 포함할 수 있다. 이들 오염 물질은 분류된 다양한 제품에 존재할 수 있다. 핫멜트 처리를 포함하는 재활용 공정 후, 이들 오염 물질은 재활용된 폴리머 재료에 균일하게 분포된다. 따라서, 이들 오염 물질은 가능하게는 재활용된 폴리머 재료의 XRF 신호로서 하나 이상의 마커와 함께 사용될 수 있다. 이 시그니처는 재활용 폴리머 재료가 사용될 임의의 플라스틱 제품에서 재활용 폴리머 재료와 버진 폴리머 재료 사이의 비율을 측정하는 데 활용될 수 있다. 재활용 폴리머 재료가 (제품 중) 버진 폴리머 재료와 블렌딩되면 XRF 시그니처의 강도가 감소하여 버진 대 재활용 비율의 평가가 가능해질 수 있다. 하나 이상의 XRF 마커는 제품 내 재활용 폴리머 재료가 재활용된 횟수를 결정하는 데 사용될 수 있다.
다음은 마킹된 재료(들)의 특징적인 시그니처(들)를 형성하는 재활용 가능한 플라스틱 재료 및/또는 천연 재료 또는 그러한 마킹된 재료(들)를 포함하는 제품의 마킹에 사용하기에 적합한 마커, 마킹 기술; 및 검출/판독 기술의 몇 가지 구체적이지만 제한적이지 않은 예이다.
실시예 1: 마커
일반적으로, XRF 시그니처는 당업계에 공지된 임의의 수단에 의해 XRF-식별 가능한 분자 또는 원자일 수 있는 임의의 양의 XRF 마커를 폴리머에 첨가함으로써 형성된다. 분자는 XRF-식별 가능한 주기율표의 원자를 포함하는 임의의 분자일 수 있다. 원자는 염, 복합체, 유기 화합물 또는 무기 화합물로 존재할 수 있다. 예를 들어, 마커가 금속 또는 금속 함유 물질, 예를 들어 유기금속 물질 또는 금속 염인 경우, 금속 원자는 알루미늄(예를 들어 황산알루미늄으로 제공됨), 티타늄(예를 들어 황산티타늄으로 제공됨), 코발트(예를 들어 질산코발트 6수화물, 글루콘산코발트 수화물, 글리신산코발트로 제공됨), 니켈(질산니켈 수화물, 글리신산니켈로 제공됨), 이트륨(예를 들어 질산이트륨 6수화물로 제공됨), 카드뮴(예를 들어 질산카드뮴 4수화물로 제공됨), 주석(예를 들어, 염화주석으로 제공됨), 스칸듐, 니오븀, 은, 텅스텐, 아연, 지르코늄, 망간, 구리, 납, 몰리브덴, 바나듐, 비스무스, 안티몬, 탄탈륨 및 세슘(예를 들어, 탄산세슘으로 제공됨) 중에서 선택될 수 있다. 다른 금속도 유용하다.
다른 금속 기반 마커는 수불용성 형태로 제공될 수 있다. 여기에는 산화알루미늄, 아세트산스칸듐, 산화티타늄, 코발트 아세틸 아세토네이트, 탄산코발트, 코발트 디브로모, 니켈 아세틸 아세토네이트, 아크릴산니켈, 산화이트륨, 산화니오븀, 탄산은, 염화은, 주석 에틸 헥사노에이트, 산화텅스텐 등이 포함된다.
할라이드 기반 마커는 트리요오드 페놀(TIP), 트리브로모페놀(TBP), 트리클로로페놀(TCP), 2,2-비스(브로모메틸)프로판-1,3-디올, 2,4,6-트리브로모 아닐린, 펜타브로모벤질 아크릴레이트, 4,5,6,7-테트라브로모이소벤조푸란-1,3-디온, 브롬화암모늄 등을 포함한다.
마커는 수용성이거나 수불용성일 수 있다.
마커는 제조 또는 사용의 임의의 단계에서 폴리머에 첨가된다. 마커는 폴리머가 형성되면 첨가될 수 있거나, 천연 고무와 같은 자연 발생 물질의 경우에는 추가 가공 전 또는 가공 중에 상기 자연 발생 물질이 첨가되면 첨가될 수 있다. 마커는 폴리머 수지 또는 원료에 직접 혼합하여 첨가되거나 가공 중에 폴리머 내에 임베딩될 수 있다. 마커는 그대로 첨가될 수도 있고 킬레이트 형태로 첨가될 수도 있다.
실시예 2: 마킹된 고무 샘플 1의 제조
천연 고무를 수집하여 수용성 및 수불용성 마커로 처리하였다. 두 경우 모두, 마킹할 고무의 양을 기준으로 추가 중합 및 처리 전에 일정량의 마커를 고무(라텍스)에 첨가하였다(즉, 미리 정해진 농도로). 마커는 식별 가능한 XRF 시그니처를 제공하기 위해 그 조성, 양 및 분포를 기준으로 선택하였다.
수용성 마커를 수용액으로 교반/혼합 고무 샘플에 적가하여 첨가하였다. 수불용성 마커의 경우, 양은 그대로 첨가되거나, 예를 들어 유기 매질 중에서 고무에 첨가하여 교반/혼합될 수 있다. 마커가 균일하게 분포될 때까지 샘플을 교반하였다.
실시예 3: 마킹된 고무 샘플 2의 제조
실시예 2에 기술된 첨가와 유사한 방식으로, 밀링 롤(milling roll)에 의해 마커를 고무 샘플에 첨가하였다.
실시예 4: 폴리머 또는 고무 샘플로부터 XRF 신호의 판독
플라스틱 샘플 및 고무 샘플을 포함한 상기와 같이 마킹된 샘플을 본원에 설명된 방법에 따라 XRF로 판독하여 이전 마킹에서 유래된 XRF 시그니처를 식별하였다.
모든 샘플 판독에서 샘플을 나타내는 시그니처가 식별되었다.
Claims (46)
- 재료 재활용 공정(material recycling process)을 관리하기 위한 방법으로서,
제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료에 임베딩된(embedded) 하나 이상의 제1 전자기 방사선 시그니처(first electromagnetic radiation signature)를 나타내는 제1 측정 데이터(measured data)를 제공하는 단계;
상기 측정 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터를 결정하는 단계로서, 상기 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터는 상기 플라스틱 재료의 이전 사용(preceding use)을 나타내는 단계;
상기 각각의 플라스틱 재료 상태에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 제1 분류 데이터를 생성하는 단계; 및
상기 제1 분류 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 중 적어도 하나에 대한 마킹 데이터(marking data)를 생성하는 단계로서, 여기서 마킹 데이터는 상기 하나 이상의 플라스틱 재료의 재활용 공정을 관리하기 위한 전자기 방사선 신호를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입될 적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터를 포함하는 단계를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 플라스틱 재료 상태 데이터 및 상기 플라스틱 재료의 분류 데이터 중 적어도 하나를 활용(utilizing)하고, 분류될 상기 플라스틱 재료의 현재 상태를 특성화하는 인증 데이터(certificate data)를 생성 및 저장하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마커를 나타내는 상기 데이터는, 각각의 플라스틱 재료 재사용 유형에 대해, 대응하는 하나 이상의 마커에 대한 매칭 데이터(matching data)와 연관하여 상기 플라스틱 재료의 라이프 사이클(life cycle)을 나타내는 데이터를 저장하는 데이터베이스로부터 획득되는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마커를 나타내는 상기 데이터는 (a) 재활용되는 상기 플라스틱 재료의 다수의 연속적인 라이프 사이클(successive life cycle) 및 (b) 재활용 플라스틱 재료의 재사용을 위한 연속적인 제품 유형에 대응하는 데이터를 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해, 각각의 플라스틱 재료 상태는 상기 플라스틱 재료와 제품에 포함된 소정의(predetermined) 천연 재료 사이의 관계를 나타내는 방법.
- 제5항에 있어서, 상기 소정의 천연 재료는 버진(virgin) 플라스틱 재료인 방법.
- 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제1 측정 데이터는 상기 소정의 천연 재료의 하나 이상의 전자기 방사선 시그니처를 나타내는 데이터를 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료는 적어도 하나의 폴리머 재료(polymeric material)를 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 측정 데이터를 제공하는 상기 단계는 다음 중 적어도 하나를 포함하는 방법: 측정 데이터 제공자(measured data provider)와 통신하여 상기 측정 데이터 제공자로부터 상기 제1 측정 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 하나 이상의 제1 전자기 방사선 시그니처를 식별하고 이를 나타내는 제1 측정 데이터를 생성하기 위해 분류될 상기 제품에 대해 하나 이상의 측정 세션을 수행하는 단계.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료와 연관하여 상기 마킹 데이터에 반응하도록 구성되고 작동 가능한 마킹 시스템에 상기 마킹 데이터를 전달하는 단계, 및 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 상기 적어도 하나의 마커를 도입하기 위한 하나 이상의 마킹 세션을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마킹 데이터를 제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료와 연관하여 활용하고, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 상기 적어도 하나의 마커를 도입하기 위해 하나 이상의 마킹 세션을 수행하도록 마킹 시스템을 작동하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제10항 또는 제11항에 있어서, 적어도 하나의 마커가 단일 마스터배치(single masterbatch)로 추가 첨가제와 함께 단일 패키지로 플라스틱 재료에 도입되는 방법.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마킹을 내부에 도입함으로써 분류된 후 플라스틱 재료에 존재하는 하나 이상의 오염 물질 원소(contaminant element)에 의해 유래된 하나 이상의 제2 전자기 방사선 신호를 나타내는 제2 측정 데이터를 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마킹을 내부에 도입함으로써 분류된 후 플라스틱 재료에 존재하는 하나 이상의 오염 물질 원소에 의해 유래된 하나 이상의 제2 전자기 방사선 신호를 나타내는 제2 측정 데이터를 제공하는 단계, 및 상기 플라스틱 재료를 특성화하는 인증 데이터를 업데이트하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제13항 또는 제14항에 있어서, 제2 측정 데이터를 제공하는 상기 단계는 다음 중 적어도 하나를 포함하는 방법: 측정 데이터 제공자와 통신하여 상기 측정 데이터 제공자로부터 상기 제2 측정 데이터를 수신하는 단계; 및 하나 이상의 제2 전자기 방사선 시그니처를 식별하고 이를 나타내는 제2 측정 데이터를 생성하기 위해 분류된 후 상기 제품에 대해 하나 이상의 측정 세션을 수행하는 단계.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 재료에 임베딩된 상기 마킹 데이터에 기초하여, 재활용되는 플라스틱 재료의 조성을 나타내는 검증 데이터(verification data)를 제공하는 단계; 상기 검증 데이터를 분석하고, 다음 중 적어도 하나를 특성화하는 제어 데이터를 생성하는 단계를 더 포함하는 방법: 상기 플라스틱 재료의 재활용 공정; 재활용 플라스틱 재료를 포함하는 제품의 생산 공정.
- 제16항에 있어서, 검증 데이터를 제공하는 상기 단계는 플라스틱 재료에 임베딩된 상기 마킹 데이터에 기초하여 재활용되는 플라스틱 재료에서 유래하는 전자기 방사선 신호를 측정하는 단계를 포함하는 방법.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 데이터의 전자기 방사선 신호는 다음 유형 중 적어도 하나의 것인 방법: UV 신호; X-선 회절(XRD) 신호; X-선 형광(XRF) 신호.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 데이터의 전자기 방사선 신호는 X-선 형광(XRF) 신호를 포함하고; 적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터는 XRF 여기 방사선(exciting radiation)에 대해 XRF 응답 신호에 의해 반응하는 적어도 하나의 마커에 대응하는 방법.
- 재료 재활용 공정을 관리하기 위한 방법으로서,
제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해, 하나 이상의 플라스틱 제품 유형과 연관하여 상기 플라스틱 재료의 이전 사용을 나타내는 플라스틱 재료 상태 데이터를 제공하는 단계;
상기 플라스틱 재료 상태 데이터를 분석하고, 각각의 플라스틱 재료 상태에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 분류 데이터를 생성하는 단계;
상기 분류 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 중 적어도 하나에 대한 마킹 데이터를 생성하는 단계로서, 여기서 마킹 데이터는 플라스틱 재료의 재활용 공정을 관리하기 위한 전자기 방사선 시그니처를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입될 적어도 하나의 XRF 마커를 포함하는 단계; 및
상기 플라스틱 재료 상태 데이터와 상기 플라스틱 재료의 분류 데이터 중 적어도 하나를 활용하고, 분류될 상기 플라스틱 재료의 현재 상태를 특성화하는 인증 데이터를 생성 및 저장하는 단계를 포함하는, 재료 재활용 공정을 관리하기 위한 방법. - 제20항에 있어서, 제품 중의 상기 하나 이상의 플라스틱 재료에 임베딩된 하나 이상의 X-선 형광(XRF) 시그니처를 나타내는 측정 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 측정 데이터를 분석하여 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터를 결정하는 단계를 더 포함하는, 재활용 재료를 관리하기 위한 방법.
- 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마커는 여기 XRF 방사선에 대해 XRF 신호에 의해 반응하는 XRF 마커이고, 각각의 플라스틱 재료 재사용 유형에 대해, 대응하는 하나 이상의 XRF 마커에 대한 매칭 데이터와 연관하여 상기 플라스틱 재료의 라이프 사이클을 나타내는 데이터를 저장하는 데이터베이스로부터 획득되는, 재활용 재료를 관리하기 위한 방법.
- 제20항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분류 데이터는 (a) 재활용되는 상기 플라스틱 재료의 다수의 연속적인 라이프 사이클 및 (b) 재활용 플라스틱 재료의 재사용을 위한 연속적인 제품 유형에 대응하는 적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터를 포함하는, 재활용 재료를 관리하기 위한 방법.
- 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 시스템으로서,
데이터 입력 및 출력 유틸리티, 메모리 및 처리 회로를 포함하는 컴퓨터 시스템으로 구성되고, 상기 처리 회로는 측정 데이터에 반응하여 다음을 수행하는 시스템:
측정된 데이터를 분석하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해, 상기 플라스틱 재료의 이전 사용을 나타내는 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터를 결정함;
상기 각각의 플라스틱 재료 상태 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 분류 데이터를 생성함; 및
상기 분류 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 마킹 데이터를 생성하는 것으로서, 여기서 마킹 데이터는 플라스틱 재료의 재활용 공정을 관리하기 위한 전자기 방사 신호를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입될 적어도 하나의 마커를 포함함. - 재료 재활용 공정을 관리하는 데 사용하기 위한 관리 시스템으로서, 데이터 입력 및 출력 유틸리티, 메모리 및 처리 회로를 포함하는 컴퓨터 시스템으로 구성되고, 여기서:
데이터 입력 유틸리티는 제품 중의 하나 이상의 플라스틱 재료에 임베딩된 하나 이상의 전자기 방사선 신호를 나타내는 제1 측정 데이터를 포함하는 입력 데이터를 수신하도록 구성되고;
상기 처리 회로는 다음을 포함하는, 재료 재활용 공정을 관리하는 데 사용하기 위한 관리 시스템:
제1 측정 데이터에 반응하여 이를 분석하고, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해, 상기 플라스틱 재료의 이전 사용을 나타내는 각각의 플라스틱 재료 상태를 결정하도록 구성되고 작동 가능한 분석기(analyzer);
상기 각각의 플라스틱 재료 상태에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 분류 데이터를 결정하도록 구성되고 작동 가능한 분류 데이터 생성기(sorting data generator); 및
상기 분류 데이터에 기초하여, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대한 마킹 데이터를 결정하도록 구성되고 작동 가능한 마킹 데이터 생성기(marking data generator)로서, 상기 마킹 데이터는 플라스틱 재료의 재활용 공정을 관리하기 위한 전자기 방사선 신호를 제공하기 위해 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입될 적어도 하나의 마커를 포함하는 마킹 데이터 생성기. - 제25항에 있어서, 측정 데이터 제공자와 통신하여 상기 측정 데이터 제공자로부터 상기 제1 측정 데이터를 수신하도록 구성되고 작동 가능한 관리 시스템.
- 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마커를 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입하기 위해 하나 이상의 마킹 세션을 수행하도록 구성되고 작동 가능한 마킹 시스템에 상기 마킹 데이터를 전달하도록 구성되고 작동 가능한 관리 시스템.
- 제25항에 있어서, 상기 하나 이상의 시그니처를 식별하고 이를 나타내는 제1 측정 데이터를 생성하기 위해 상기 제품에 대해 하나 이상의 측정 세션을 수행하도록 구성되고 작동 가능한 측정 유닛(measurement unit)을 더 포함하는 관리 시스템.
- 제25항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 마커를 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 도입하기 위해 하나 이상의 마킹 세션을 수행하도록 구성되고 작동 가능한 마킹 유닛을 더 포함하는 관리 시스템.
- 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 회로는 상기 플라스틱 재료 상태 데이터 및 상기 플라스틱 재료의 분류 데이터 중 적어도 하나를 활용하고, 분류될 상기 플라스틱 재료의 현재 상태를 특성화하는 인증 데이터를 생성하고 저장하도록 구성되고 작동 가능한 인증서 생성기 유틸리티(certificate generator utility)를 더 포함하는 관리 시스템.
- 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 플라스틱 재료 재사용 유형에 대해, 대응하는 하나 이상의 마커에 대한 매칭 데이터와 연관하여 상기 플라스틱 재료의 라이프 사이클을 나타내는 데이터를 저장하는 데이터베이스와 연관된 데이터베이스 관리자 시스템과 통신하여 상기 데이터베이스 관리자 시스템으로부터 적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터를 획득하도록 구성되고 작동 가능한 관리 시스템.
- 제25항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 마커를 나타내는 데이터는 (a) 재활용되는 상기 플라스틱 재료의 다수의 연속적인 라이프 사이클 및 (b) 재활용 플라스틱 재료의 재사용을 위한 연속적인 제품 유형에 대응하는 데이터를 포함하는 관리 시스템.
- 제25항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 플라스틱 재료 각각에 대해, 각각의 플라스틱 재료 상태는 상기 플라스틱 재료와 제품에 포함된 소정의 천연 플라스틱 재료 사이의 관계를 나타내는 관리 시스템.
- 제33항에 있어서, 상기 제1 측정 데이터는 상기 소정의 천연 플라스틱 재료의 하나 이상의 전자기 방사선 시그니처를 나타내는 데이터를 포함하는 관리 시스템.
- 제25항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마킹을 내부에 도입함으로써 분류된 후 플라스틱 재료에 존재하는 하나 이상의 오염 물질 원소에 의해 유래된 하나 이상의 제2 전자기 방사선 신호를 나타내는 제2 측정 데이터를 수신하고 분석하도록 추가로 구성되고 작동 가능한 관리 시스템.
- 제26항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마킹을 내부에 도입함으로써 분류된 후 플라스틱 재료에 존재하는 하나 이상의 오염 물질 원소에 의해 유래된 하나 이상의 제2 전자기 방사선 신호를 나타내는 제2 측정 데이터를 제공하고, 상기 플라스틱 재료를 특성화하는 인증 데이터를 업데이트하는 것을 더 포함하는 관리 시스템.
- 제25항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 재료에 임베딩된 상기 마킹 데이터에 기초하여, 재활용되는 플라스틱 재료의 조성을 나타내는 검증 데이터를 수신하여 분석하고; 다음 중 적어도 하나를 특성화하는 제어 데이터를 생성하도록 추가로 구성되고 작동 가능한 관리 시스템: 상기 플라스틱 재료의 재활용 공정; 상기 재활용 플라스틱 재료를 포함하는 제품의 생산 공정.
- 천연 비재활용 제품과 하나 이상의 재활용 플라스틱 재료의 조성을 포함하는 제품으로서, 상기 천연 비재활용 제품과 재활용 플라스틱 재료 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 마커의 상기 방사선 시그니처의 판독으로부터 검출 가능한 상기 조성의 하나 이상의 특성 및 상태를 나타내는 데이터를 임베딩한, 특징적인 방사선 시그니처에 의해 여기 방사선에 반응할 수 있는 적어도 하나의 소정의 마커를 포함하는 제품.
- 제38항에 있어서, 비재활용 제품은 천연 고무인 제품.
- 제38항 또는 제39항에 있어서, 적어도 하나의 마커는 XRF-식별 가능한 마커(XRF-identifiable marker)를 포함하는 제품.
- 제38항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 재활용 플라스틱 재료는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리이소프렌으로부터 선택되는 제품.
- XRF-식별 가능한 폴리머 원료를 제공하기 위한 방법으로서, XRF-식별 가능한 마커의 양으로 폴리머 원료의 샘플을 마킹하는 단계를 포함하고, 상기 양은 상기 샘플의 생산 프로파일 및 원료 조성 중 적어도 하나를 나타내는 전자기 방사선 시그니처를 정의하는 방법.
- 제42항에 있어서, 폴리머 원료는 천연 재료인 방법.
- 제43항에 있어서, 천연 재료는 고무인 방법.
- 제42항에 있어서, 원료는 적어도 하나의 재활용 가능한 재료를 포함하는 방법.
- 제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서, 샘플의 마킹은 샘플 생산의 다음 단계 중 적어도 하나의 단계 동안 도입되는 하나 이상의 마킹을 포함하는 방법: 라텍스(latex) 수집; 고화(solidification) 전, 도중 또는 후; 응고(coagulation) 전, 도중 또는 후; 및 샘플의 고무 제품 건조 후.
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