KR20240004924A - 플라스틱 재활용 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라스틱 기재(substrate)를 탈잉크(deinking)하기 위한 계면활성제의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 계면활성제와 염기를 포함하는 탈잉크 용액을 사용하여 플라스틱 기재를 탈잉크하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 플라스틱 기재(substrate)를 탈잉크(deinking)하기 위한 계면활성제의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 또한 계면활성제와 염기를 포함하는 탈잉크 용액을 사용하여 플라스틱 기재를 탈잉크하는 방법에 관한 것이다.
많은 플라스틱 포장재가 인쇄된다. 이러한 인쇄는 아이템을 재활용하기 어렵게 하는데, 잉크로 인해 재활용 플라스틱이 착색되고 잉크의 분해 생성물이 생성된 재활용 플라스틱 재료의 품질을 손상시키기 때문이다. 이러한 분해 생성물은 가시적 또는 물리적 결함을 초래할 수 있지만 건강에도 해로울 수 있다. 이는 이러한 인쇄된 플라스틱 포장재의 재활용을 어렵게 만든다.
잉크를 제거하는 다양한 방법이 계면활성제, 용매 및 산성 또는 가성(caustic) 조건의 조합을 기반으로 존재한다. 대부분의 경우 플라스틱 재료를 경제적으로 재활용하기에는 비용이 너무 많이 든다.
US 2016/0244622 A1은 중합체 필름, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트 감열식 프린터(thermal printer) 필름으로부터 코팅을 제거하기 위한 단일상 수용액을 개시한다. 용액은 특히 무기 염기 조성물 및 계면활성제 조성물을 포함한다. 계면활성제 조성물은 테트라알킬암모늄염 및 알킬 폴리알킬렌 글리콜 에테르 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 개시된 특정 테트라알킬암모늄염은 트리메틸 헥사데실 암모늄 클로라이드를 포함한다. US 2016/0244622 A1은 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염을 포함하는 계면활성제 조성물을 개시하지 않는다.
문헌[Hatice Gecol 등, "Use of surfactants to remove water based inks from plastic films", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 189권, 1-3호, 2001년, 55-64쪽]은 인쇄 잉크가 있는 플라스틱 필름을 재사용하면 착색 중합체가 생성되며, 이는 재압출 시 원래 플라스틱보다 덜 단단하고 약하다는 점을 논의한다. 다양한 조건 하에서 상이한 계면활성제를 사용하여 수성 잉크 인쇄가 있는 상업용 폴리에틸렌 필름을 탈잉크하는 것에 대한 연구가 개시된다. SDS, NP(EO)10, DDAO, CPC 및 CTAB를 포함하여 다양한 양이온성, 음이온성, 양쪽성 및 비(non)이온 계면활성제가 논의된다. 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염은 개시되지 않았다.
문헌[Duangkamol Songsiri 등, "Use of cationic surfactant to remove solvent-based ink from rigid high density polyethylene surfaces", Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 204권, 1-3호, 2002년, 261-269쪽]은 플라스틱 기재를 탈잉크하기 위한 양이온 계면활성제를 사용하는 효과를 개시한다. n-헥사데실 트리메틸 암모늄 브로마이드 및 세틸 트리메틸 암모늄 브로마이드(CTAB)가 개시된다. 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염은 개시되지 않았다.
EP 2832459, EP 0521418 A1, EP 1419829, EP 0924678, EP 1162518 및 WO 97/07952는 플라스틱 재활용, 특히 플라스틱 기재로부터의 잉크 제거에 관한 것이다. 이 중 어느 것도 플라스틱 기재를 탈잉크하기 위한 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염의 사용을 개시하지 않는다.
제1 양태에 따르면, 플라스틱 기재로부터 잉크를 제거하기 위한 계면활성제의 용도가 제공되며, 계면활성제는 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염이다. 계면활성제는 다음 구조를 가질 수 있다:
화학식 (I)에서,
R1은 C8-C20 알킬, -CH2Ph 및 -(CH2)nOH로부터 선택되며;
R2는 C1-C6 알킬이고;
R3은 C1-C6 알킬이며;
X-는 음이온이고;
n은 2, 3, 4, 5 또는 6으로부터 선택된다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은 플라스틱 기재로부터 잉크를 제거하는 방법을 제공하며, 방법은
i) 플라스틱 기재를 염기와 계면활성제를 포함하는 수성 탈잉크 용액에 노출시켜 탈잉크된 플라스틱 기재를 제공하는 단계를 포함하고, 계면활성제는 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염이다. 계면활성제는 화학식(I)에 따른 구조를 가질 수 있으며:
화학식 (I)에서,
R1은 C8-C20 알킬, -CH2Ph 및 -(CH2)nOH로부터 선택되며;
R2는 C1-C6 알킬이고;
R3은 C1-C6 알킬이며;
X-는 음이온이고;
n은 2, 3, 4, 5 또는 6으로부터 선택된다.
발명자들은 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염 계면활성제가 플라스틱 기재를 효과적으로 탈잉크할 수 있다는 점을 발견하였다. 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염 계면활성제는 선행 기술의 계면활성제를 사용하는 방법보다 상당히 저렴한 방법을 제공한다. 계면활성제가 더 저렴하기 때문에, 음식물 쓰레기와 같은 추가 오염물질 또한 제거하는 용액에서 계면활성제를 사용하는 것이 경제적으로 가능해졌다. 결과적으로, 이는 여러 번의 세정, 세척 및 탈잉크 단계가 필요하지 않기 때문에 더 간단하고 효율적이며 친환경적인 탈잉크 및/또는 재활용 방법을 제공한다.
의문의 여지를 없애기 위해, 본 설명 전반에 걸쳐 계면활성제, 탈잉크 용액, 탈잉크 용액의 성분, 플라스틱 기재, 처리 조건(예를 들어, 시간, 온도, 재료의 양)에 대한 언급은 본 발명의 제1 양태에 따른 계면활성제의 용도 또는 본 발명의 제2 양태에 따른 플라스틱 기재로부터 잉크를 제거하는 방법을 지칭할 수 있다.
계면활성제
전형적으로, 제1 양태의 용도에서, 계면활성제는 탈잉크 용액, 예를 들어 수성 탈잉크 용액으로 존재하며, 탈잉크 용액은 추가로 염기를 포함한다.
탈잉크 용액은 단일 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염 계면활성제를 포함할 수 있다. 대안적으로, 탈잉크 용액은 2개 이상의 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염 계면활성제의 혼합물을 포함할 수 있다. 따라서, 탈잉크 용액은 화학식 (I)의 계면활성제를 포함할 수 있다. 대안적으로, 탈잉크 용액은 2개 이상의 화학식 (I)의 계면활성제의 혼합물을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, R1은 -CH2Ph이다. 일 구현예에서, R1은 -(CH2)nOH이다.
일 구현예에서, R1은 C8-C20 알킬일 수 있다. 일 구현예에서, R1은 C11-C18 알킬일 수 있으며, 바람직하게는 R1은 C12-C14 알킬일 수 있다. 일 구현예에서, R1은 C12 알킬이다. 일 구현예에서, R1은 C14 알킬이다.
일 구현예에서, 탈잉크 용액은 C8 내지 C20으로부터 선택되는 알킬 사슬 길이 범위를 갖는 R1을 갖는 계면활성제의 혼합물을 포함할 수 있다. 탈잉크 용액은 C11 내지 C18로부터 선택되는 알킬 사슬 길이 범위를 갖는 R1을 갖는 계면활성제의 혼합물을 포함할 수 있다. 탈잉크 용액은 C12 내지 C14로부터 선택되는 알킬 사슬 길이 범위를 갖는 R1을 갖는 계면활성제의 혼합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 탈잉크 용액은 C12 알킬인 R1을 갖는 계면활성제 및 C14 알킬인 R1을 갖는 계면활성제 둘 다를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, R2는 C1-C3 알킬일 수 있으며, 바람직하게는 R2는 C1 알킬일 수 있다. 일 구현예에서, R3은 C1-C3 알킬일 수 있으며, 바람직하게는 R3은 C1 알킬일 수 있다. 일 구현예에서, R2 및 R3은 둘 다 C1-C3 알킬이다. 일 구현예에서, R2 및 R3은 둘 다 C1 알킬이다.
일 구현예에서, X-는 할라이드(F-, Cl-, Br-, I-), 하이드록사이드(-OH), 아세테이트(-OC(O)Me) 및 설페이트(SO4 -)로부터 선택된다. 일 구현예에서, X-는 클로라이드(Cl-), 브로마이드(Br-) 및 아이오다이드(I-)로부터 선택된다. 일 구현예에서, X-는 클로라이드이다.
일 구현예에서, n은 2 또는 3이다. 일 구현예에서, n은 2이다.
일 구현예에서, R2 및 R3은 C1-C3 알킬이고; X-는 클로라이드(Cl-), 브로마이드(Br-) 및 아이오다이드(I-)로부터 선택되며; n은 2 또는 3이다. 일 구현예에서, R2 및 R3은 각각 C1 알킬, 즉 메틸이고; X-는 클로라이드(Cl-)이며; n은 2이다.
일 구현예에서, 계면활성제는 화학식 (II)에 따른 구조를 가지며:
화학식 (II)에서 R1은 C12-C14 알킬이다.
계면활성제(또는 계면활성제의 혼합물)는 탈잉크 용액에 0.025 중량% 내지 2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 계면활성제(또는 계면활성제의 혼합물)는 탈잉크 용액에 0.05 중량% 내지 1.5 중량%, 선택적으로 0.05 중량% 내지 1 중량%, 0.05 중량% 내지 0.6 중량%, 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 또는 0.1 중량% 내지 0.3 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 계면활성제(또는 계면활성제의 혼합물)는 탈잉크 용액에 0.3 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
염기는 무기 염기일 수 있다. 염기는 알칼리 토금속 양이온 및 하이드록사이드 및 카보네이트로부터 선택되는 음이온을 포함할 수 있다. 염기는 LiOH, NaOH, KOH, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3 및 KHCO3으로부터 선택될 수 있다. 염기는 LiOH, NaOH 및 KOH로부터 선택될 수 있다. 염기는 NaOH 또는 KOH일 수 있다. 염기는 NaOH 및 KOH 둘 다 일 수 있다. 염기는 NaOH일 수 있다. 염기는 KOH일 수 있다.
염기는 탈잉크 용액에 0.5 중량% 내지 10 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 염기는 탈잉크 용액에 1 중량% 내지 10 중량%, 선택적으로 2 중량% 내지 6 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
탈잉크 용액은 하나 이상의 추가 첨가제를 함유할 수 있다. 첨가제는 공용매, 음이온성 세제 부스터(detergent booster), 소포제 및 이의 조합으로부터 선택될 수 있다.
음이온성 세제 부스터는 당업자에게 공지된 임의의 음이온성 세제일 수 있다. 음이온성 세제 부스터는 플라스틱 기재로부터 하나 이상의 비(non)잉크 물질을 제거할 수 있는 임의의 음이온성 세제일 수 있다.
음이온성 세제 부스터는 소듐 라우릴 설페이트(SLS), 소듐 라우릴 에테르 설페이트(SLES), 암모늄 라우릴 설페이트(ALS) 및 이의 조합으로부터 선택될 수 있다. 음이온성 세제 부스터는 소듐 라우릴 설페이트(SLS) 또는 소듐 라우릴 에테르 설페이트(SLES)일 수 있다. 음이온성 세제 부스터의 존재는 코팅 또는 래커(lacquer)를 갖는 플라스틱 기재를 탈잉크하는 데 특히 유리할 수 있다. 예를 들어, 플라스틱 기재가 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC) 또는 아크릴 층을 갖는 경우가 존재한다. 계면활성제에 의한 플라스틱 기재의 탈잉크의 개선을 용이하게 함에 더하여, 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC) 또는 아크릴 층과 같은 코팅의 제거는 플라스틱이 후속적으로 재활용되는 경우 더 순수한 중합체 생성물을 생성한다.
음이온성 세제 부스터는 0.1 내지 2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 음이온성 세제 부스터는 0.25 내지 1 중량%의 양으로 존재할 수 있다.
소포제는 당업자에게 공지된 임의의 소포제일 수 있다. 소포제는 트리뷰틸 포스페이트, 프로필렌 옥사이드와 에틸렌 옥사이드의 공중합체(예를 들어, Genapol® PF 40), 알킬시소노안아미드(alkylsisonoanamide)(Prevol 3472 N) 및 폴리디메틸실리콘 기반 소포제로부터 선택될 수 있다. 소포제는 탈잉크 용액에 탈잉크 용액의 발포를 방지하기에 충분한 양으로 존재할 수 있다. 따라서, 소포제는 0.01 내지 1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 바람직하게는, 소포제는 0.01 내지 0.05 중량%의 양으로 존재한다.
플라스틱 기재
플라스틱 기재는 잉크 인쇄 표면을 갖는 임의의 플라스틱 기재일 수 있다.
플라스틱 기재는 포장재일 수 있다. 플라스틱 기재는 소비자 후(post-consumer) 포장재, 즉 소비자가 사용하고 폐기한 포장재일 수 있다.
플라스틱 필름 조각은 에너지 회수 설비(energy recovery facility, ERF) 또는 재료 재활용 설비(MRF)로부터 수득될 수 있다. 플라스틱 필름 조각은 ERF 및/또는 MRF 및/또는 다른 소비자 후 필름으로부터 수득되는 플라스틱 필름을 포함할 수 있다.
플라스틱 기재는 산업 후(post-industrial) 필름을 포함하는 산업 후 플라스틱일 수 있다. 산업 후 플라스틱은 플라스틱 생산 후 회수되는 플라스틱, 즉 플라스틱 기재가 소비자에게 사용되지 않는다(식품 노출 포함).
플라스틱 기재는 이축 배향 PP(BOPP) 재료, 필름, 경질 열성형(thermoformed) 재료 또는 경질 사출 성형(injection moulded) 재료일 수 있다.
플라스틱 기재는 병, 병 라벨, 병 캡(cap), 필름 뚜껑, 덮개(sheath), 봉지(bag)(빵 봉지 및 운반 봉지 포함), 포장지, 사쉐(sachet) 또는 임의의 다른 플라스틱 식품 또는 음료 포장 아이템일 수 있다.
플라스틱 기재는 음식물 쓰레기와 같은 폐기물로 오염될 수 있다.
플라스틱 기재는 폴리올레핀일 수 있다. 폴리올레핀 플라스틱 기재는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 또는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)일 수 있다.
플라스틱 기재는 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름 또는 저밀도 폴리에틸렌 필름일 수 있다.
플라스틱 기재는 또한 다층 필름일 수 있다.
기재는 코팅 또는 래커를 포함할 수 있다. 플라스틱 기재는 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC) 또는 아크릴 층 코팅을 포함할 수 있다.
필름은 20 미크론 내지 500 미크론의 두께를 가질 수 있다. 필름은 20 미크론 내지 150 미크론의 두께를 가질 수 있다.
플라스틱 기재에 존재하는 잉크(들)는 플라스틱 기재에 인쇄하는 데 사용되는 임의의 유형의 잉크일 수 있다. 잉크(들)는 플렉소그래픽 잉크(flexographic ink), UV 안정화 잉크(stabilised ink) 및 식품 등급 플라스틱 식별을 위한 디지 마킹(digi-marking)과 같은 특수 인쇄 잉크를 포함한다. 잉크는 아크릴계 잉크, 펜타에리트리톨계 잉크, 수지산 잉크, 로진산 잉크 또는 이의 조합일 수 있다. 잉크(들)는 아크릴계 잉크, 펜타에리트리톨계 잉크 또는 이의 조합일 수 있다. 잉크는 아크릴계 잉크일 수 있다.
잉크 제거/탈잉크
전형적으로, 제1 양태에 따른 계면활성제의 용도 또는 제2 양태에 따른 플라스틱 기재로부터 잉크를 제거하는 방법은 계면활성제의 경제적인 사용을 유지하면서 기재로부터 잉크 제거를 최대화하기에 충분한 기간 동안 계면활성제 또는 탈잉크 용액이 플라스틱 기판과 접촉해야할 필요가 있다.
계면활성제 또는 탈잉크 용액은 30분 이하 또는 20분 이하의 기간 동안 플라스틱 기재와 접촉될 수 있다. 바람직하게는, 계면활성제 또는 탈잉크 용액은 10분 이하의 기간 동안 플라스틱 기재와 접촉될 수 있다.
전형적으로, 제1 양태에 따른 계면활성제의 용도 또는 제2 양태에 따른 플라스틱 기재로부터 잉크를 제거하는 방법은 수성 탈잉크 용액의 온도가 플라스틱 기재에 존재하는 잉크의 견고성(robustness)에 비례해야 할 필요가 있다. 예를 들어, 더 견고한 잉크는 플라스틱 기재로부터 제거되기 위해 더 높은 온도가 필요할 수 있다.
수성 탈잉크 용액은 35℃ 내지 90℃의 온도, 선택적으로 50℃ 내지 90℃의 온도, 추가로 선택적으로 75℃ 내지 90℃의 온도일 수 있다.
탈잉크 용액은 또한 유리하게는 플라스틱 기재로부터 음식물 쓰레기 또는 다른 오염물질을 제거하여 플라스틱 기재를 추가로 또는 별도로 세척해야 할 필요가 없을 수 있다.
플라스틱 기재는 탈잉크 용액을 플라스틱 기재에 분무함으로써 탈잉크 용액에 노출될 수 있다. 플라스틱 기재는 일정 부피의 탈잉크 용액에 플라스틱 기재를 침지시킴으로써 탈잉크 용액에 노출될 수 있다. 플라스틱 기재를 탈잉크 용액에 노출시키는 단계는 탈잉크 용액과 플라스틱 기재의 혼합물을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
노출 단계는 탈잉크 용액과 플라스틱 기재의 혼합물을 기계적으로 교반하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
탈잉크 용액과 플라스틱 기재의 혼합물을 기계적으로 교반하는 단계는 플라스틱 기재의 탈잉크를 증가시킬 수 있다. 즉, 플라스틱 기재로부터 제거되는 잉크의 양을 증가시킬 수 있다. 기계적 교반은 전형적으로 탈잉크 용액과 플라스틱 기재의 혼합물 내의 복수의 플라스틱 기재 사이 또는 플라스틱 기재와 혼합물에 또한 존재하는 연마성 물품(abrasive article) 사이의 물리적 접촉을 용이하게 하기에 충분한 속도 및 양으로 발생할 것이다. 연마성 물품은 고무 또는 플라스틱 물품일 수 있다.
플라스틱 기재를 탈잉크 용액에 노출시키는 단계는 30분 이하 또는 20분 이하의 기간 동안 발생할 수 있다. 바람직하게는, 플라스틱 기재를 탈잉크 용액에 노출시키는 단계는 10분 이하의 기간 동안 발생할 수 있다.
수성 탈잉크 용액의 온도는 플라스틱 기재에 존재하는 잉크의 견고성과 비례한다. 예를 들어, 더 견고한 잉크는 플라스틱 기재로부터 제거되기 위해 더 높은 온도를 필요로 할 수 있다.
수성 탈잉크 용액은 35℃ 내지 90℃의 온도, 선택적으로 50℃ 내지 90℃의 온도, 추가로 선택적으로 75℃ 내지 90℃의 온도일 수 있다.
플라스틱 기재 대 탈잉크 용액의 비율은 탈잉크 용액 1톤당 플라스틱 기재 15 내지 750 kg일 수 있다. 플라스틱 기재 대 탈잉크 용액의 비율은 탈잉크 용액 1톤당 플라스틱 기재 200 내지 300 kg일 수 있다. 탈잉크 용액 1톤당 플라스틱 기재 200 내지 300 kg의 비율은 플라스틱 기재가 경질 열성형 재료이거나 경질 사출 성형 재료일 때 사용될 수 있다. 플라스틱 기재 대 탈잉크 용액의 비율은 탈잉크 용액 1톤당 플라스틱 기재 30 내지 60 kg일 수 있다. 탈잉크 용액 1톤당 플라스틱 기재 30 내지 60 kg의 비율은 플라스틱 기재가 필름이거나 이축 배향 PP(BOPP) 재료일 때 사용될 수 있다.
플라스틱 기재 대 탈잉크 용액의 비율은 질량 기준으로 2:1 내지 1:2일 수 있다.
방법은 음식물 쓰레기와 같은 오염물질을 제거하기 위해 초기 세척 단계를 포함할 수 있다. 의문의 여지를 없애기 위해, 이러한 초기 세척 단계는 노출 단계에 선행할 수 있다.
탈잉크 용액은 또한 유리하게는 플라스틱 기재로부터 음식물 쓰레기 또는 다른 오염물질을 제거할 수 있어, 플라스틱 기재를 추가로 또는 별도로 세척해야 할 필요가 없을 수 있다.
잉크 제거 후
방법은 탈잉크된 플라스틱 기재를 회수하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
방법은 회수된 탈잉크된 플라스틱 기재를 헹구어(rinsing) 음식물 쓰레기 및/또는 탈잉크 용액의 흔적을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 본원에 정의된 물 및/또는 공용매가 회수된 탈잉크된 플라스틱 기재를 헹구는 데 사용될 수 있다.
회수된 탈잉크된 플라스틱 기재는 플라스틱 기재의 베이스 물질(base material)(예를 들어, 중합체, 색상) 및/또는 탈잉크의 수준에 따라 상이한 제품 부류로 분류될 수 있다.
플라스틱 기재로부터 제거되는 잉크는 탈잉크 용액을 오염시킬 수 있으며, 플라스틱 기재의 탈잉크을 위한 계면활성제/탈잉크 용액의 지속적인 또는 추가적인 사용을 방해할 수 있다. 잉크는 계면활성제/탈잉크 용액을 재생하기 하기 위해 탈잉크 단계 후 탈잉크 용액으로부터 제거될 수 있다.
방법은 탈잉크 용액을 재생하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 탈잉크 용액을 재생하는 단계는 탈잉크 용액의 원심분리 및/또는 여과를 포함할 수 있다. 탈잉크 용액은 캔들 필터(candle filter), 활성탄, 규조토 또는 이의 조합을 통해 여과될 수 있다.
탈잉크 용액을 재생하는 단계는 플라스틱 기재를 탈잉크 용액에 노출시키는 단계와 동시에 또는 순차적으로 발생할 수 있다. 탈잉크 용액을 재생하는 단계가 동시에 발생하는 경우, 탈잉크 용액의 일부는 일정 부피의 탈잉크 용액으로부터 연속적으로 또는 주기적으로 제거되고, 본원에 설명된 원심분리 및/또는 여과 방법에 노출될 수 있다. 재생 탈잉크 용액, 즉 실질적으로 잉크가 없는 탈잉크 용액은 노출 단계에서 사용되는 일정 부피의 탈잉크 용액으로 되돌릴 수 있다.
탈잉크된 플라스틱 기재는 추가로 처리되어 재활용 플라스틱 제품을 형성할 수 있다. 탈잉크된 플라스틱 기재는 압출되어 재활용 플라스틱 제품을 형성할 수 있다. 재활용 플라스틱 제품은 플라스틱 펠릿(pellet)일 수 있다. 플라스틱 펠릿은 식품, 음료 또는 고순도의 플라스틱을 필요로 하는 임의의 다른 적용을 위한 포장재를 형성하는데 사용하기에 적합할 수 있다.
재활용 플라스틱 제품은 탈취될 수 있다.
본 발명의 구현예가 첨부 도면을 참조하여 이하에서 추가로 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 기재를 탈잉크한 결과를 나타낸다. A: 탈잉크 전 플라스틱 기재; B 및 G: 실시예 4에 설명된 바와 같이 수득된 탈잉크된 플라스틱 기재, C: 실시예 5에 설명된 바와 같이 수득된 탈잉크된 플라스틱 기재, D: 실시예 6에 설명된 바와 같이 수득된 탈잉크된 플라스틱 기재, E: 실시예 7에 설명된 바와 같이 수득된 탈잉크된 플라스틱 기재.
도 2는 본 발명에 따라 그리고 실시예 1에 설명된 바와 같이 탈잉크되기 전후 인 몰드 라벨(In-Mould Label)이 공급된 플라스틱 기재를 나타낸다. 플라스틱 기재는 식품 등급 적용에 재사용하기에 적합하도록 탈잉크되었다.
도 3은 본 발명에 따라 탈잉크되기 전후 인쇄된 열성형 플라스틱 기재를 나타낸다. 의문의 여지를 없애기 위해, 도 3에서 '세척'은 본 발명에 따른 탈잉크를 지칭한다.
도 4는 본 발명에 따라 그리고 실시예 3에 설명된 바와 같이 LDPE 플라스틱 필름을 탈잉크한 결과를 나타낸다.
도 5는 소비자 후 폴리에틸렌(PE) 캡을 탈잉크한 결과를 나타낸다. 캡은 본 발명에 따라 탈잉크되었다.
도 6은 소비자 후 폴리프로필렌(PP) 캡을 탈잉크한 결과를 나타낸다. 캡은 본 발명에 따라 탈잉크되었다.
도 7은 탈잉크되고 분류된 플라스틱 기재를 펠릿으로 압출한 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 범위를 벗어나는 계면활성제를 사용한 탈잉크 실험의 결과(8a) 및 본 발명에 따른 계면활성제를 사용한 탈잉크 실험의 상응하는 결과(8b)를 나타낸다. 이러한 실험은 비교예 8에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 플라스틱 기재를 탈잉크한 결과를 나타낸다. A: 탈잉크 전 플라스틱 기재; B 및 G: 실시예 4에 설명된 바와 같이 수득된 탈잉크된 플라스틱 기재, C: 실시예 5에 설명된 바와 같이 수득된 탈잉크된 플라스틱 기재, D: 실시예 6에 설명된 바와 같이 수득된 탈잉크된 플라스틱 기재, E: 실시예 7에 설명된 바와 같이 수득된 탈잉크된 플라스틱 기재.
도 2는 본 발명에 따라 그리고 실시예 1에 설명된 바와 같이 탈잉크되기 전후 인 몰드 라벨(In-Mould Label)이 공급된 플라스틱 기재를 나타낸다. 플라스틱 기재는 식품 등급 적용에 재사용하기에 적합하도록 탈잉크되었다.
도 3은 본 발명에 따라 탈잉크되기 전후 인쇄된 열성형 플라스틱 기재를 나타낸다. 의문의 여지를 없애기 위해, 도 3에서 '세척'은 본 발명에 따른 탈잉크를 지칭한다.
도 4는 본 발명에 따라 그리고 실시예 3에 설명된 바와 같이 LDPE 플라스틱 필름을 탈잉크한 결과를 나타낸다.
도 5는 소비자 후 폴리에틸렌(PE) 캡을 탈잉크한 결과를 나타낸다. 캡은 본 발명에 따라 탈잉크되었다.
도 6은 소비자 후 폴리프로필렌(PP) 캡을 탈잉크한 결과를 나타낸다. 캡은 본 발명에 따라 탈잉크되었다.
도 7은 탈잉크되고 분류된 플라스틱 기재를 펠릿으로 압출한 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 범위를 벗어나는 계면활성제를 사용한 탈잉크 실험의 결과(8a) 및 본 발명에 따른 계면활성제를 사용한 탈잉크 실험의 상응하는 결과(8b)를 나타낸다. 이러한 실험은 비교예 8에서 설명된다.
용어 '탈잉크 용액' 및 '수성 탈잉크 용액'은 본 설명 전반에 걸쳐 상호 교환적으로 사용된다.
용어 '탈잉크', '잉크의 제거' 및 '잉크 제거'는 플라스틱 기재로부터의 잉크의 영구적인 분리를 지칭하기 위해 본 설명 전반에 걸쳐 상호 교환적으로 사용된다.
본 발명에 따른 탈잉크된 플라스틱 기재는 본원에 정의된 임의의 플라스틱 기재이며, 여기서 플라스틱 기재에 존재하는 잉크의 양은 탈잉크 용액에 노출되기 전 플라스틱 기재의 잉크의 양 보다 적다.
탈잉크된 플라스틱 기재에 남아 있는 잉크의 양은 탈잉크 용액에 노출되기 전 플라스틱 기재에 존재하는 잉크의 양의 70% 미만, 60% 미만, 50% 미만, 40% 미만, 30% 미만, 20% 미만 또는 10% 미만일 수 있다. 잉크는 플라스틱 기재로부터 완전히 제거될 수 있다. 즉, 플라스틱 기재는 완전히 탈잉크될 수 있다.
탈잉크된 플라스틱에 남아 있는 잉크의 양은 탈잉크 발생 전후 플라스틱 기재의 건조 중량을 비교함으로써 결정될 수 있다. 탈잉크된 플라스틱에 남아 있는 잉크의 양은 (아세톤 또는 IPA와 같은) 휘발성 용매를 사용하여 플라스틱 기재의 표면을 스트립(strip)함으로써 결정될 수 있다. 스트리핑 후, 용매 및 세정된 기재를 모두 건조시키고, 제거된 잉크의 중량은 플라스틱 기재의 평균 중량 손실 및 회수된 잉크의 중량에 의해 결정된다.
의문의 여지를 없애기 위해, 그리고 (탈잉크된 또는 완전히 탈잉크된 플라스틱 기재의 경우와 같이) 달리 명시적으로 개시되지 않는 한, 플라스틱 기재는 이의 표면 중 적어도 하나에 임의의 0이 아닌 양의 잉크를 포함하는 기재이다.
용어 '플라스틱 기재를 수성 탈잉크 용액에 노출시키는' 또는 이의 변형은 탈잉크 용액이 플라스틱 기재와 접촉하게 됨을 의미한다.
용어 '견고한 잉크', '더 견고한 잉크' 또는 '덜 견고한 잉크'는 플라스틱 기재의 표면에 대한 잉크의 상대적인 접착 강도를 지칭한다. '더 견고한 잉크'는 '덜 견고한 잉크'보다 플라스틱 기재에 대한 접착력이 더 높다.
본원에 사용된 바와 같이 용어 '알킬'은 선형 또는 분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다. 예를 들어, 용어 'C1-6 알킬'은 1, 2, 3, 4, 5 또는 6개의 탄소 원자를 함유하는 선형 또는 분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다.
전형적으로, 용어 '알킬'은 8 내지 20개 탄소 원자를 포함하는 선형 탄화수소 사슬을 지칭한다. 전형적으로, 알킬 사슬은 특정 상황에서, 알킬 기가 페닐 기 또는 하이드록시 기로 치환될 수 있는 경우를 제외하면 비치환된다.
본원에 사용된 바와 같이 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염은 3개의 알킬 사슬 및 1개의 하이드록시알킬 사슬을 갖는 4차 암모늄 양이온 및 음이온을 포함하는 염을 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같이 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염은 또한 3개의 알킬 사슬 및 1개의 하이드록시알킬 사슬을 갖는 4차 암모늄 양이온 및 음이온을 포함하는 염을 지칭할 수 있으며, 여기서 3개의 알킬 사슬 중 임의의 하나는 페닐 기 또는 하이드록시 기로 치환될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이 폴리올레핀은 알켄 단량체 단위로부터 형성된 임의의 중합체, 즉 하나 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 임의의 선형 또는 환형 탄화수소를 지칭한다. 전형적으로 상기 알켄 단량체는 자유 라디칼 중합 방법에 의해 중합되어 폴리올레핀을 형성한다.
본원에 사용된 바와 같이 다층 필름은 PE, PP, 나일론, PVDC, PET 및 알루미늄으로부터 각각 독립적으로 선택되는 하나 이상의 재료 층을 포함하는 적층 구조이다.
본 명세서의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐, 단어 "포함하다" 및 "함유하다" 및 이의 변형은 "포함하지만 이로 제한되지 않는"을 의미하며, 이는 다른 모이어티, 첨가제, 구성요소, 정수 또는 단계를 배제하려는 의도가 아니다(그리고 배제하지 않는다). 본 명세서의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단수형은 복수형을 포함한다. 특히, 부정관사가 사용되는 경우, 본 명세서는 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단수형 뿐만 아니라 복수형을 고려하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 특정 양태, 구현예 또는 실시예와 함께 설명된 특징, 정수, 특성, 화합물, 화학적 모이어티 또는 기는 이와 모순되지 않는 한 본원에 설명된 임의의 다른 양태, 구현예 또는 실시예에 적용 가능한 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서(임의의 첨부된 청구범위, 요약 및 도면 포함)에 개시된 모든 특징 및/또는 이와 같이 개시된 임의의 방법 또는 공정의 모든 단계는 임의의 조합으로 조합될 수 있으며, 이는 이러한 특징 및/또는 단계 중 적어도 일부가 상호 배타적인 경우를 제외한다. 본 발명은 임의의 전술한 구현예의 세부사항에 제한되지 않는다. 본 발명은 본 명세서(임의의 첨부된 청구범위, 요약 및 도면 포함)에서 개시된 특징 중 임의의 신규한 특징 또는 임의의 신규한 조합 또는 이와 같이 개시된 임의의 방법 또는 공정의 단계 중 임의의 신규한 단계 또는 임의의 신규한 조합으로 확장된다.
독자의 관심은 본 출원과 관련하여 본 명세서와 동시에 또는 이전에 제출되고 본 명세서와 함께 공개적으로 열람할 수 있는 모든 논문 및 문서로 향하고, 모든 이러한 논문과 문서의 내용은 참조에 의해 본원에 포함된다.
본 발명에 따른 계면활성제의 용도 및 본 발명에 따른 플라스틱 기재를 탈잉크하는 방법은 플라스틱 기재의 재활용에 있어서 실질적인 이점을 제공한다. 예를 들어, 본 발명은 식품 등급 플라스틱이 식품 등급 플라스틱 기재로 재사용하기 위해 버진(virgin) 플라스틱(35 중량%)에 첨가될 수 있을 정도로 탈잉크 후 충분한 품질을 갖도록 플라스틱 기재의 개선된 탈잉크를 제공한다.
실시예
실시예 1
PP '인 몰드 라벨'(IML)이 있는 약 100 kg의 PP 스크랩 경질 리그라인드(regrind)는 버터 용기 제조로부터 공급되었다.
PP 스크랩 플레이크(scrap flake)를 다음의 작동 조건에 따라 실험실 교반기에서 처리하였다:
세척 후, 샘플을 냉수로 헹구었다. 라벨 제거 평가를 용이하게 하기 위해, 세척 전후 일부 플레이크를 선택하고 시각적으로 평가하였다. 실험의 결과는 도 2에서 확인할 수 있다.
PP IML은 PP 플레이크의 표면으로부터 제거되지 않았다. 그러나, PP IML의 글과 잉크는 세척 공정에 의해 완전히 제거되었다.
독일 식품 및 사료법(German Food and Feed Code, LFGB) 및 유럽 프레임워크 규정(European Framework Regulation, EC) 1935/2004에 따라 탈잉크된 플라스틱 기재는 식품 등급 플라스틱으로 재사용하기에 충분한 표준이었다.
실시예 2
실시예 1의 공정을 PP IML이 있는 50 kg의 PP 스크랩 경질 리그라인드를 사용하여 스테인리스강 시멘트 믹서에서 반복하였다. 혼합 시간을 10분으로 유지하였다. 모든 다른 조건은 실시예 1를 기준으로 조정되었다.
실시예 1과 마찬가지로, 공정은 모든 인쇄의 완전한 제거를 초래하였다.
독일 식품 및 사료법(German Food and Feed Code, LFGB) 및 유럽 프레임워크 규정(European Framework Regulation, EC) 1935/2004에 따라 탈잉크된 플라스틱 기재는 식품 등급 플라스틱으로 재사용하기에 충분한 표준이었다.
실시예 3
LDPE 필름을 세척하여 이러한 플라스틱 기재로부터의 잉크의 제거를 평가하였다. LDPE 필름은 산업 후 필름, 즉 필름의 생산 후 수득된 플라스틱 필름이었다. 즉, 탈잉크되기 전 필름의 소비자 후 사용(식품 노출 포함)이 발생되지 않았다.
LDPE 필름은 수지산 및 로진산, 펜타에리트리톨을 갖는 푸마르화 에스테르로 인쇄되었다. 필름은 0.5 g/m2 라인 컬러, 1 g/m2 스팟 및 1.5 g/m2 백색 잉크의 로딩(loading)으로 인쇄되었다. LDPE 필름은 두께가 55 미크론이었다.
인쇄된 LDPE 필름을 다음 조건 하에서 세척하였다:
제거하고, 헹구고, 건조시킨 샘플을 잔여 잉크에 대하여 시각적으로 분석하였다. LDPE 필름은 완전히 탈잉크된 것으로 나타났다. 즉, 잉크가 남지 않았다. 이러한 실험의 결과는 도 4에서 확인할 수 있다.
실시예 4
200 g의 플라스틱 기재(50 g의 20 μm 두께 PP 필름, 50 g의 50 μm 두께 PP 필름, 100 g의 열성형 PP)를 다음의 작동 조건에 따라 실험실 교반기에서 처리하였다:
세척 후, 샘플을 냉수로 헹구었다. 라벨 제거 평가를 용이하게 하기 위해, 세척 전후 일부 플레이크를 선택하고 시각적으로 평가하였다. 탈잉크 방법의 결과를 도 1b에 나타내었다.
독일 식품 및 사료법(German Food and Feed Code, LFGB) 및 유럽 프레임워크 규정(European Framework Regulation, EC) 1935/2004에 따라 탈잉크된 플라스틱 기재는 식품 등급 플라스틱으로 재사용하기에 충분한 표준이었다.
실시예 5
200 g의 플라스틱 기재(50 g의 20 μm 두께 PP 필름, 50 g의 50 μm 두께 PP 필름, 100 g의 열성형 PP)를 다음의 작동 조건에 따라 실험실 교반기에서 처리하였다:
세척 후, 샘플을 냉수로 헹구었다. 라벨 제거 평가를 용이하게 하기 위해, 세척 전후 일부 플레이크를 선택하고 시각적으로 평가하였다. 탈잉크 방법의 결과를 도 1에 나타내었다.
실시예 6
200 g의 플라스틱 기재(50 g의 20 μm 두께 PP 필름, 50 g의 50 μm 두께 PP 필름, 100 g의 열성형 PP)를 다음의 작동 조건에 따라 실험실 교반기에서 처리하였다:
세척 후, 샘플을 냉수로 헹구었다. 라벨 제거 평가를 용이하게 하기 위해, 세척 전후 일부 플레이크를 선택하고 시각적으로 평가하였다. 탈잉크 방법의 결과를 도 1에 나타내었다.
실시예 7
200 g의 플라스틱 기재(50 g의 20 μm 두께 PP 필름, 50 g의 50 μm 두께 PP 필름, 100 g의 열성형 PP)를 다음의 작동 조건에 따라 실험실 교반기에서 처리하였다:
세척 후, 샘플을 냉수로 헹구었다. 라벨 제거 평가를 용이하게 하기 위해, 세척 전후 일부 플레이크를 선택하고 시각적으로 평가하였다. 탈잉크 방법의 결과를 도 1에 나타내었다.
비교예 8
3 중량%의 NaOH 및 2 중량%의 아래에 열거된 계면활성제 중 하나를 포함하는 탈잉크 용액을 사용하여 본 발명의 범위를 벗어나는 여러 계면활성제의 탈잉크 능력을 본 발명의 범위 내에 속하는 계면활성제의 탈잉크 능력과 비교하였다. 탈잉크 용액을 70℃까지 가열하고 BOPP 필름 또는 PP 재료를 2-3시간 동안 용액에 노출시켰다.
이러한 실험의 결과는 도 8b에 나타내었으며, 여기서 하이드록시에틸 라우르디모늄 클로라이드, 즉 본 발명에 따른 계면활성제는 10분 내에 인쇄된 병 캡으로부터 잉크를 완전히 제거하였다(8b). 반대로, 도 8a에 나타낸 필름 및 라벨은 벤잘코늄 클로라이드 계면활성제를 포함하는 탈잉크 용액에 1시간 노출된 후에도 완전히 탈잉크되지 않았다.
Claims (19)
- 플라스틱 기재(substrate)로부터 잉크를 제거하기 위한 계면활성제의 용도로서, 계면활성제는 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염인, 계면활성제의 용도.
- 제1항에 있어서, 계면활성제는 탈잉크(deinking) 용액에 존재하며, 탈잉크 용액은 계면활성제 및 염기를 포함하고; 선택적으로 탈잉크 용액은 수성 탈잉크 용액인, 계면활성제의 용도.
- 플라스틱 기재로부터 잉크를 제거하는 방법으로서,
i) 플라스틱 기재를 염기 및 계면활성제를 포함하는 수성 탈잉크 용액에 노출시켜 탈잉크된 플라스틱 기재를 제공하는 단계를 포함하고, 계면활성제는 트리알킬 하이드록시알킬 암모늄염인, 방법. - 제1항 또는 제2항, 또는 제3항에 있어서, 계면활성제는 화학식 (I)에 따른 구조를 가지며:
화학식 (I)에서,
R1은 C8-C20 알킬, -CH2Ph 및 -(CH2)nOH로부터 선택되며;
R2는 C1-C6 알킬이고;
R3은 C1-C6 알킬이며;
X-는 음이온이고;
n은 2, 3, 4, 5 또는 6으로부터 선택되는, 용도 또는 방법. - 제4항에 있어서, R1은 C8-C20 알킬인, 용도 또는 방법.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, R2 및 R3은 각각 C1-C3 알킬인, 용도 또는 방법.
- 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, X-는 할라이드(F-, Cl-, Br-, I-), 하이드록사이드(-OH), 아세테이트(-OC(O)Me) 및 설페이트(SO4 -)로부터 선택되는, 용도 또는 방법.
- 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, n은 2인, 용도 또는 방법.
- 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 계면활성제는 화학식 (II)에 따른 구조를 가지며:
화학식 (II)에서, R1은 C12-C14 알킬인, 용도 또는 방법. - 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 염기는 LiOH, NaOH, KOH, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3 및 KHCO3로부터 선택되는 무기 염기인, 용도 또는 방법.
- 제2항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 염기는 NaOH인, 용도 또는 방법.
- 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 계면활성제는 탈잉크 용액에 0.025 중량% 내지 2 중량%의 양으로 존재하는, 용도 또는 방법.
- 제2항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 염기는 탈잉크 용액에 0.5 중량% 내지 10 중량%의 양으로 존재하는, 용도 또는 방법.
- 제2항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 탈잉크 용액은 음이온성 세제 부스터를 추가로 포함하는, 용도 또는 방법.
- 제14항에 있어서, 음이온성 세제 부스터는 소듐 라우릴 설페이트(SLS), 소듐 라우릴 에테르 설페이트(SLES), 암모늄 라우릴 설페이트(ALS) 및 이의 조합으로부터 선택되는, 용도 또는 방법.
- 제14항 또는 제15항에 있어서, 음이온성 세제 부스터는 0.1 내지 2 중량%의 양으로 존재하는, 용도 또는 방법.
- 임의의 선행하는 청구항에 있어서, 플라스틱 기재는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 및 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)으로부터 선택되는, 용도 또는 방법.
- 임의의 선행하는 청구항에 있어서, 플라스틱 기재는 필름인, 용도 또는 방법.
- 임의의 선행하는 청구항에 있어서, 계면활성제는 플라스틱 기재와 10분 이하의 기간 동안 접촉되는, 용도 또는 방법.
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