KR20240007801A - 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 및 그 제조방법 - Google Patents
혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 플라스틱의 종류별로 선별되지 않아 폐기물로서 매립되거나 소각되는 혼합 폐플라스틱을 이용하여 제조하는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 2종 이상의 폐플라스틱이 혼합된 혼합 폐플라스틱을 종류별로 선별하지 않고도 재활용할 수 있고, 용융점이 가장 낮은 종류의 폐플라스틱만 녹는 낮은 용융 온도 하에서 혼합 폐플라스틱을 재활용 함으로써 재활용 시 발생하는 악취와 유해물질을 최소화할 수 있으며, 2종 이상의 폐플라스틱을 결합하는데 고가의 상용화제나 산화방지제, 가교제, 착색제 및 충진제 등 다수의 첨가제들이 필요치 않으므로 낮은 비용으로 혼합 폐플라스틱을 재활용할 수 있는 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 폐플라스틱을 건축자재로 재활용하기 위한 것으로서, 특히 플라스틱의 종류별로 선별되지 않아 폐기물로 매립되거나 소각되는 혼합 폐플라스틱을 이용하여 제조하는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
플라스틱은 석유 화학 물질 같은 저분자 화합물의 중합반응(작은 분자가 계속 연결되면서 큰 고분자 물질을 만드는 반응)이나 중축합반응(두 종류 이상의 작은 분자들이 화학 반응을 일으키면서 결합해 큰 고분자 물질을 만드는 반응)으로 만들어지는 합성고분자로서, 현재 대량생산되는 합성고분자는 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리스티렌(Polystylene, PS), 폴리염화비닐(Polyvinyl Chloride, PVC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 등이 있다.
플라스틱은 경량성, 우수한 성형성, 내부식성, 단열성 등의 특징이 있어 목재나 금속, 천연 섬유를 대체해 다양한 분야에서 사용되는데, 환경오염문제가 발생하면서 사용 후 썩지 않는다는 점이 결점으로 작용해 생태계에 부담을 주고 플라스틱의 장점이 점점 축소되고 있다. 이미 1960년대에 계속 늘어나는 일회용 비닐봉지와 식품 포장재 생산이 환경을 위협한다는 사실이 명백해졌고, 바다에는 매년 버려지는 합성고분자 쓰레기 800만 톤이 떠돌다가 모여서 쓰레기 섬을 만들고 있으며, 이 섬은 점차 커지면서 쓰레기 육지가 된다. 2050년까지 상반된 두 얼굴을 갖는 이 합성고분자의 어두운 부분은 120억 톤으로 늘어날 것으로 전망되는 바 이제 폐플라스틱은 전 세계가 해결해야 하는 환경 문제 중 하나이다.
더구나 최근 코로나19로 인한 비대면 서비스 및 시스템 이용으로 배달음식 주문 또한 증가되면서 이로 인해 더욱 막대한 양의 폐플라스틱이 발생하고 있다.
폐플라스틱은 PET(PETE), HDPE, LDPE, PP, PS, PVC, OTHER의 7가지 종류로 나뉘는데 각각 다른 특성을 가지고 있다.
먼저, PET 또는 PETE(Polyethylene Terephthalate)는 강도가 커서 음료수 용기와 같은 페트병에 사용되는 플라스틱이고, HDPE(High Density Polyethylene)는 고밀도 폴리에틸렌으로 샴푸나 세제류의 용기에 사용되는 단단한 재질인 반면, LDPE(Low Density Polyethylene)는 저밀도 폴리에틸렌으로 재질이 부드러워 주로 우유병이나 막걸리병 등에 사용된다.
PP(Polypropylene)는 표면이 반짝이며 녹는점이 높아 고온에도 잘 견디는 특성이 있어 수저나 접시, 쟁반, 도시락통, 음료상자나 맥주상자 등으로 주로 사용된다.
전술한 재질들은 환경호르몬이나 독성 화학물질을 방출하지 않아 안전하지만 밀도가 낮은 LDPE와 PP를 제외하고는 재활용이 다소 어렵다는 단점이 있다.
PVC(Polyvinyl Chloride)는 투명하고 충격강도가 커서 파이프나 시트 등 대부분의 공업용 제품이나 용기 등에 사용되는데, 염소를 포함하고 있어 소각 시 유해물질로 지정된 염화수소(HCl)를 발생시키므로 재활용이 어렵고 매우 유독한 다이옥신 등을 생성시킬 위험성이 있어 그 사용이 점차 감소하는 추세이다.
PS(Polystyrene)는 단단하나 깨지기 쉬운 특성을 가지며, 장난감이나 요구르트병, 스티로폼 등에 주로 사용되는 플라스틱 재질인데 열이 가해지면 발암물질이 나오기 때문에 위험소지가 있다. 되도록 열과 접촉하지 않는 것이 좋다.
OTHER은 앞서 언급한 재질들에 해당하지 않는 기타 플라스틱 재질로서, 요소수지나 페놀수지 등이 여기에 속한다.
플라스틱의 대표적인 변형품인 비닐(Vinyl) 역시도 플라스틱과 동일하게 PET, HDPE, LDPE, PP, PS, PVC, OTHER로 구분된다.
우리나라는 광물자원의 90%, 에너지의 97% 이상을 수입에 의존하면서도 2016년 기준 연간 플라스틱 소비량 1위, 포장용 플라스틱 사용량 2위, 연간 비닐봉지 사용량은 2015년 기준 1인당 420개로 하루 평균 1.15개를 사용한다. 따라서 재활용될 수 있음에도 소각이나 매립으로 아깝게 사라지는 자원을 재활용으로 유도하기 위하여 2003년부터 환경부와 한국환경공단에서는 지속 가능한 자원순환을 위한 생산자책임재활용제도(Extended Producer Responsibility, EPR)를 운영하고 있다.
EPR은 제품이나 포장재 사용 후 발생되는 폐기물의 재활용까지 생산자가 책임지는 제도로서, 매립이나 단순 소각 처리되어 아깝게 사라지고 있는 자원을 재활용으로 유도하기 위해 생산자의 책임과 역할을 확대하여, 대상 품목에 포함된 제품 및 제품 포장재의 제조, 수입, 판매업자(재활용 의무 생산자)에게 사후에 발생되는 폐기물을 회수해 재활용하도록 재활용의무를 부여하여 재활용 책임을 이행하도록 한다.
이와 같이, 폐플라스틱을 줄이고 대체용품을 개발하는 등 꾸준한 노력이 있어왔지만, 현재 폐플라스틱을 재활용하기 위해서는 이를 종류별로 분류하는 선별작업이 필수적으로 요구된다.
폐플라스틱의 주요 배출원은 산업부문과 민간부문으로 구분해 볼 수 있는데, 산업부문에서 발생되는 폐플라스틱은 보다 관리가 용이하고 재활용을 위해 선별할 필요가 없는 반면, 민간부문에서 일반 소비자가 사용 후 폐기되는 폐플라스틱은 다른 쓰레기와 서로 섞이기 쉽고 수거 공정이 단순하지 않다.
특히, 플라스틱의 종류에 따라 분리배출되고 있는 아파트를 제외한 민간부문에서 배출되는 폐플라스틱은 분리배출되지 않고 혼합된 형태로 배출되므로, 혼합 폐플라스틱을 재활용하기 위해서는 선별작업이 선행되어야 하는데 선별작업으로 인한 비용이 소각이나 매립비용에 비해 크기 때문에 현재 대부분의 혼합된 폐플라스틱은 주로 폐기물로서 소각되거나 매립되는 형편이다.
즉, 선별되지 않은 혼합 폐플라스틱은 소각분의 일부가 열병합 발전소나 시멘트 소성로에서 원료로 이용되는 것을 제외하고는 폐기물로서 소각 또는 매립됨에 따라 대부분 재활용이 이루어지지 않고 있다. 이러한 종래의 혼합 폐플라스틱의 수거 후 처리방식은 소각 시 발생하는 냄새 및 분진이 또 다른 환경오염의 원인이 되고, 무게에 비해 부피가 크고 썩지 않기 때문에 매립지를 많이 차지하게 되고 공극율이 크기 때문에 지반이 불안정하여 추후 매립지 이용에도 또 다른 문제점을 일으키게 된다.
폐플라스틱의 재활용 기술과 관련하여, 등록특허 제10-2160267호(선행기술1)에는 소화배관 등으로 사용된 폐플라스틱(CPVC 및 PVC 폐배관 등) 및 산업현장에서 발생된 폐플라스틱을 재활용하여 우수한 난연성 및 경제성 등을 가지는 폐플라스틱을 이용한 난연성 건축자재 및 그 제조방법이 개시되어 있다.
선행기술1은 일반적인 다른 플라스틱(합성수지)에 비하여 난연지수(한계산소지수: Limited oxygen index, LOI)가 높은 난연성의 CPVC를 주성분으로 하는 소화배관(제1폐플라스틱)을 입자화한 제1입자(P1) 및 제2폐플라스틱을 입자화한 제2입자(P2)로부터 선택된 하나 이상을 혼합하고 이를 결합재료에 의해 접착, 결합되어 입자들 사이에 기공이 형성된 다공성의 본체를 형성함으로써 건축자재의 난연성을 확보한다.
그러나 전술한 바와 같이 선행기술1은 폐플라스틱을 재활용하기 위해서는 CPVC를 주성분으로 하는 제1폐플라스틱을 선별하는 작업이 선행되어야 하고, 제1입자 및 제2입자들을 고밀도로 밀집, 결합시켜 본체를 형성함에 있어 결합 재료에 의해 상호간 결합(접착)되어야 하므로, 재활용에 새로운 플라스틱을 추가로 사용해야 하는 한계가 있다.
또한, 등록특허 제10-0143794호(선행기술2)에는 페폴리에틸렌을 이용한 건축자재 제조방법이 개시되어 있는데, 마찬가지로 PE라는 특정 재질의 플라스틱이 사용되며, 용융온도가 450℃로 매우 높기 때문에 환경호르몬을 비롯한 유해물질을 발생시킬 위험이 높아진다.
한편, 등록특허 제10-2244273호(선행기술3)에는 폐합성수지를 이용한 건축자재 제조방법 및 이에 의해 제조된 건축자재가 개시되어 있는데, 선행기술3은 성형 제작을 위한 가열 및 용융과정 없이 비닐이나 페트 등과 같은 수거된 폐합성수지를 절단수단을 이용하여 절단, 세척, 건조 후, 가압판 또는 가압스크류를 이용한 1차 가압 후 실링필름에 가압프레스에 의한 2차 가압 및 진공흡입을 통해 제품을 성형하는 방식으로서, 선행기술3에 의한 건축자재는 실링필름 내에 폐합성수지를 충진한 블록형태의 것이므로, 실링필름 내에 폐합성수지의 부피를 압축한 방식으로 실링필름이 손상되면 폐합성수지가 원상태로 되돌아가게 된다.
또한, 등록특허 제10-2082004호(선행기술4)에는 폐합성수지 100중량부, 섬유질 충전제 30~80중량부 및 산화마그네슘 5~10중량부를 혼합하고, 혼합된 혼합물을 압출기에서 150~170℃로 가열, 용융한 후, 용융물을 성형하여 건축자재를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 선행기술4 또한 마찬가지로 사용되는 폐합성수지는 폐 폴리프로필렌과 연질 폐 폴리에틸렌이 5:5 중량비로 혼합된 폐합성수지로서, 혼합 폐플라스틱을 재질에 따라 선별해야 하는 문제점이 있고, 폐플라스틱 이외에도 섬유질의 충전제와 산화마그네슘, 이산화티탄, 그래핀 플레이크 등이 포함되어야 한다.
전술한 바와 같이, 폐플라스틱 재활용에 있어서, 종래의 기술들은 2가지 이상의 플라스틱이 혼합하면 상분리가 일어나 물성이 저하기 때문에 혼합된 폐플라스틱을 재활용하는데 많은 문제점이 있다. 이에 따라 종류별로 선별된 폐플라스틱에 한하여 재활용이 가능함에 따라 선별비용이 과중한 부담으로 작용하고, 새 레진 가공 시 산화방지제, 가교제, 착색제 및 충진제 등 다수의 첨가제들이 필요하며, 가공 시 열분해로 인한 악취와 환경호르몬이 발생하는 문제점이 있다.
한편, 서로 다른 성질을 갖는 2가지 성분 이상의 플라스틱을 혼합할 때 혼합하는 주된 물질의 성질을 모두 가지고 있어 계면이 화학적 결합 또는 물리적 결합을 이루게 하여 상분리가 일어나지 않도록 서로의 상용성을 증가시키는 상용화제가 사용되고 있으나, 이러한 상용화제로 사용될 수 있는 물질은 극히 제한적이고 한정되어 있어 과중한 비용부담이 발생한다.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 혼합 폐플라스틱의 재활용 기술이 지닌 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어, 환경오염물질의 발생을 최소화하고, 재생품의 품질은 높이면서 재생비용을 낮춤으로써 환경오염방지와 폐플라스틱 재활용 사업의 수익성을 향상시킬 수 있는 새로운 혼합 폐플라스틱 재활용 기술을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 2종 이상의 폐플라스틱이 혼합된 혼합 폐플라스틱을 종류별로 선별하지 않고도 재활용할 수 있는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 용융점이 가장 낮은 종류의 폐플라스틱만 녹는 낮은 용융 온도 하에서 혼합 폐플라스틱을 재활용 함으로써 재활용 시 발생하는 악취와 유해물질을 최소화할 수 있는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제 및 목적은 2종 이상의 폐플라스틱을 결합하는데 고가의 상용화제나 산화방지제, 가교제, 착색제 및 충진제 등 다수의 첨가제들이 필요치 않으므로 낮은 비용으로 혼합 폐플라스틱을 재활용할 수 있는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 및 그 제조방법을 제공하는 데 있는 것이다.
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법은, 여러 종류의 폐플라스틱이 섞인 혼합 폐플라스틱을 0.01-5mm 크기로 미분하는 단계; 상기 미분된 혼합 폐플라스틱을 가열하여 낮은 융점의 플라스틱을 용융시키는 단계; 상기 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 폐플라스틱을 혼합하는 단계; 및 상기 용융된 폐플라스틱과 상기 미 용융된 폐플라스틱을 압출 또는 사출시켜 건축자재를 성형하는 단계;를 포함하여 이루어짐으로써, 혼합 폐플라스틱의 미분화를 통해 접착성이 낮은 플라스틱의 표면 에너지를 높이고, 액상과 같은 흐름성을 확보하여 이종 플라스틱 간의 결합력을 높여주는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법에 있어서, 상기 혼합 폐플라스틱은 폐비닐을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법에 있어서, 상기 미분된 혼합 폐플라스틱을 가열하여 낮은 융점의 플라스틱을 용융시키는 단계 이전에 상기 미분된 혼합 폐플라스틱을 플라즈마 및 자외선 중 적어도 어느 하나로 처리하여 표면 에너지를 증가시키는 단계를 더 수행함으로써, 표면에너지 증가 효과를 극대화 함에 따라 부가적인 가교결합을 형성토록 하여 이종 플라스틱간의 결합을 더욱 견고히 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법에 있어서, 상기 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 폐플라스틱을 혼합하는 단계에서 발포제를 더 추가로 혼합하여 혼합물에 기공을 형성토록 하거나, 상기 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 폐플라스틱을 혼합하는 단계 이후에 혼합물에 기공을 형성하는 발포공정 단계를 더 수행토록 함으로써 건축자재의 가공성과 시공성 및 단열성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법은, 상기 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 폐플라스틱을 혼합하는 단계에서 무기물 및 유기물 중 적어도 어느 하나를 추가로 혼합하여 혼합물의 물성을 변경할 수도 있다.
또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재는 전술한 제조방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명은 종래기술과 전혀 다른 새로운 방식의 혼합 폐플라스틱 재활용 기술로서, 폐기물로 분류되던 혼합 폐플라스틱을 재활용할 수 있을 뿐만 아니라, 소각이나 매립, 열분해 공정보다 탄소 배출 감소 효과가 매우 크다.
또한, 본 발명은 혼합 폐플라스틱 재활용 시 비용부담이 가장 큰 선별공정이 불필요하므로 재활용 비용을 크게 저감시킬 수 있으며, 이로 인해 혼합 폐플라스틱 재활용에 대한 경제성을 크게 증가시킬 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 종래기술에서 혼합 폐플라스틱의 재활용에 필수적인 상용화제가 불필요하므로 재활용 비용을 더욱 크게 저감시킬 수 있으며, 이로 인해 혼합 폐플라스틱 재활용에 대한 경제성을 더욱 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 일부 용융된 플라스틱과 미 용융된 미분 입자들이 포함된 형태로 성형됨으로써 제조된 건축자재의 방염처리 및 도장 등의 표면처리가 더욱 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재의 주요 제조과정을 모식화한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재의 제조과정을 상세히 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재의 제조과정을 상세히 나타낸 도면.
이하, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 및 그 제조방법에 대한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이하에서 설명되는 실시 예에는 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주어 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하여 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
폐플라스틱의 재활용은 자원의 효율적인 이용과 환경오염의 감소라는 두 가지 측면에서 중요하며, 특히 최근에는 환경 오염원으로서의 문제가 더 심각한 문제로 대두되고 있다.
환경오염원의 감소라는 측면에서 가능한 한 플라스틱의 사용량을 줄이거나 사용 후 회수 처리하는 방안이 강구되어야 하고, 사용 후 회수 처리는 곧 폐플라스틱의 재활용이라는 자원의 효율적인 이용과 직결된다.
폐플라스틱의 재활용은 크게 재료 재활용, 화학적 재활용 및 열적 재활용의 세 가지 방법이 있는데, 이 중 재료 재활용은 폐플라스틱을 처리하여 다시 플라스틱 재료로서 이용하는 것으로, 플라스틱 원료 펠렛으로 재생하는 단순재생과 성형 가공과정을 거쳐 직접 최종 재생제품을 생산하는 복합재생의 두 가지가 있다.
재료 재활용은 가장 좋은 재활용 방법이지만 종래에는 종류가 다른 폐플라스틱이 혼합될 경우 물성저하의 위험이 있어서 단일 폐플라스틱으로의 분리가 필요하였고, 그럼에도 불구하고 성능의 저하를 피할 수 없어 동일용도로 사용되기는 어렵다.
이에 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법은 2종 이상의 폐플라스틱이 혼합된 혼합 폐플라스틱을 종류별로 선별하지 않고도 재활용할 수 있고, 용융점이 가장 낮은 종류의 폐플라스틱만 녹는 낮은 용융 온도 하에서 혼합 폐플라스틱을 재활용 함으로써 재활용 시 발생하는 악취와 유해물질을 최소화할 수 있으며, 2종 이상의 폐플라스틱을 결합하는데 고가의 상용화제나 산화방지제, 가교제, 착색제 및 충진제 등 다수의 첨가제들이 필요치 않으므로 낮은 비용으로 혼합 폐플라스틱을 재활용할 수 있는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재의 주요 제조과정을 모식화한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재의 제조과정을 상세히 나타낸 도면으로서, 이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재의 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재의 제조과정은 먼저 여러 종류의 폐플라스틱이 섞인 혼합 폐플라스틱을 0.01-5mm 크기로 미분한다(S11). 본 발명에서는 혼합 폐플라스틱을 미분함으로써 미분된 플라스틱의 표면 에너지를 증가시키는데 특징이 있다.
이때, 상기 S11단계의 미분공정 이전에, 도 2에 도시된 바와 같이 재활용 공정에서 선별이 되지 않거나 또는 선별되지 않은 채 수거된 혼합 폐플라스틱 그리고 따로 폐기되는 폐비닐이 각각 별도의 파쇄기를 통하여 일정한 크기로 잘라진다(S01). 상기 S01단계의 파쇄공정에서 파쇄된 폐플라스틱과 폐비닐이 각각의 세척/건조 공정을 거친다(S03).
이후 각각의 미분쇄 장비를 통하여 일정한 크기 이하의 미세 분말로 분쇄된다(S11). 혼합 폐플라스틱의 미분에는 전단식, 충격식, 압축식 방법이 사용될 수 있다. 전단식 분쇄기는 폴리올레핀이나 PVC 등의 미분에 적당하고, 성형품, 필름, 시트, 발포제품 등의 미분이 가능하다. 폴리스티렌이나 아크릴수지는 충격식이 좋으며 특히 이물이 많거나 대형물의 분쇄에 적합하다. 전단식은 일축식, 이축식, 수중식 등이 있는데, 일축식의 경우 분쇄 입도 조정이 가능하다. 또한, 충격식과 전단식을 병용할 수 있고 저온 분쇄 또는 냉동분쇄도 가능하다.
상기 S11단계에서 미분된 폐플라스틱 분말과 폐비닐 분말은 용융공정(S13) 및 혼합공정(S15)을 수행하기 위해 각각의 사일로로 운반되어 저장된다. 상기 용융공정(S13)과 혼합공정(S15)은 각각 별도의 용융기와 교반기에서 이루어질 수도 있고 도 2와 같이 하나의 용융/교반기에서 순차적 또는 동시에 진행될 수도 있다. 또한, 이후 성형공정(S17)에서 압출기를 통해 압출될 때 추가적인 용융공정과 혼합공정이 수행될 수도 있고, 교반기에서는 혼합공정(S15)만을 수행하고 이후 성형공정(S17)에서 압출기를 통해 압출될 때 용융공정(S13) 및 추가적인 혼합공정이 수행될 수도 있다.
이때, 본 발명에서는 미분된 혼합 폐플라스틱 분말 및 폐비닐 분말이 플라스틱과 비닐만 혼합된 상태이고 그 이외의 이물은 포함되어 있지 않은 상태를 전제로 한다.
혼합 폐플라스틱이 플라스틱 이외의 이물이 포함된 경우에는 미분공정(S11)을 수행한 후 용융공정(S13)을 수행하기 전이나 세척/건조 공정(S03) 또는 파쇄공정(S01) 전후에 이물을 제거하는 선별공정이 수행될 수 있다. 이물제거에는 자석선별, 정전기선별, 고주파선별, 체선별, 풍력선별, 반습식 선택 파쇄선별 등이 있으나 본 발명의 요지와 직접적인 관련이 없으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 종래기술에 따르면 플라스틱만 혼합된 상태에서 종류별로 선별하는 플라스틱 종류별 분리공정이 더 요구되지만, 본 발명은 혼합된 플라스틱을 종류별로 분리하는 공정은 필요치 않다.
미분공정(S11)에서 분쇄된 각각의 미분말은 사일로에 임시 보관된 후, 일정 비율로 용융/교반기에 투입되어 용융 및 혼합 과정을 거친다(S13-S15). 이때 무기물 또는 유기물 성분의 첨가제가 적절히 함께 투입되어 혼합물의 물성을 변경할 수도 있다.
본 발명에 따른 용융공정(S13)은 미분된 혼합 폐플라스틱에 포함된 낮은 융점의 플라스틱만을 용융시킨다. 또한, 추가적으로 미분되어 폐플라스틱에 추가적으로 PE성분을 공급할 수 있는 폐비닐을 용융시킨다. 하기의 표 1에 플라스틱의 융점(melting point)을 정리하였다. 표 1과 같이, PE계열의 플라스틱의 융점은 105-135℃로 매우 낮다. 이에 따라 PE계열의 플라스틱은 용융되어 액체상태로 변화되지만 통상 고온으로 가열하는 경우 발생하는 악취나 유해물질이 전혀 발생하지 않는다. 상기 용융공정(S13)은 혼합공정(S15) 전에 수행될 수도 있고, 이후 성형공정(S17)에서 압출기를 통해 압출될 때 수행될 수도 있으며, 혼합공정(S15) 전 및 성형공정(S17)에서 각각 수행될 수도 있다.
상술한 바와 같이, PE계열을 포함하는 낮은 융점의 폐플라스틱이나 폐비닐이 액체상태로 변화되면, 용융된 분말과 미 용융된 분말을 혼합하는 혼합공정(S15)을 수행한다. 혼합공정(S15)은 교반기를 사용하여 일부 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 플라스틱 분말이 고루 섞이도록 혼합한다. 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱은 0.01-5mm 크기로 미분된 작은 입자이므로 용융되지 않은 플라스틱 분말도 유체화된 상태와 유사한 성질을 띠게 됨에 따라 용융된 분말이 가교제로 기능함으로써 폐플라스틱이 고르게 혼합된다.
통상적으로 혼합 폐플라스틱에서 PE계열이 차지하는 비율은 나라별, 지역별, 계절별, 수거방식에 따라 달라지는데, 일반적으로 20-50% 정도를 차지하는 것으로 알려져 있다.
따라서 본 발명에 따른 건축자재는 그 특성 상 용융되는 PE계열과 미 용융되는 폐플라스틱의 비율이 크리티컬하게 조절될 필요는 없지만, 적어도 PE 계열의 함량이 5-95%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 PE 함량이 30-70% 정도일 때 더 우수한 물성을 갖는다.
이에 따라, 혼합 폐플라스틱에 PE 성분을 적절히 보충할 수 있도록 하기 위하여 투입되는 혼합 폐플라스틱의 초기 배치를 샘플링 분석한 후, 적정 비율만큼 PE 성분을 더 투입하여 제조하는 건축자재에 필요한 PE계열의 비율을 맞출 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 용융공정(S13) 전에 미분된 혼합 폐플라스틱을 플라즈마나 진공자외선을 사용하여 추가적으로 표면처리(S12)를 하여 플라스틱 분말 입자의 표면을 개질화함으로써 중합반응 또는 중축합반응에 의해 고분자로 결합된 플라스틱의 가교결합을 끊을 수 있을 정도로 표면 에너지를 증가시킨다. 즉, 플라즈마 또는 자외선을 사용한 표면처리는 미분된 입자의 표면 에너지를 더욱 증가시킴으로써 일부 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 플라스틱 분말이 더욱 견고하게 결합될 수 있게 한다.
특히, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱은 이종의 플라스틱이 혼합된 상태이므로 원플라스틱과는 다른 특성을 가지게 되며, 이에 따라 미분된 혼합 폐플라스틱을 플라즈마, 자외선 및 기타 물리, 화학적 처리 중 적어도 어느 하나로 처리하여 표면 에너지를 증가시키는 것이 바람직하다. 화학적 처리는 프라이머와 같은 전처리제를 추가로 첨가하여 처리할 수 있다.
혼합공정(S15)을 수행한 후 마지막으로 이를 압출 또는 사출시켜 건축자재를 성형한다(S17). 성형공정(S17)은 상기 혼합공정(S15)에서 혼합된 혼합물을 각 건축자재의 형상, 크기에 맞게 적절한 방법으로 성형하는 단계로서, 압출공정(S17-1), 롤성형공정(S17-2) 및 재단공정(S17-3_을 포함할 수 있으며, 압출 시 발포공정을 추가로 진행할 수 있다.
압출공정(S17-1)은 교반기에서 용융된 분말과 미 용융된 분말이 잘 혼합된 혼합물이 계속 혼합되면서 압출기 출구에 장착된 T다이를 통해 평판 형태로 발포되면서 이루어질 수 있다. 이때, 압출기에서 열을 가하는 용융공정(S13)이 압출공정(S17-1)에서도 추가로 수행될 수 있고, 혼합공정(S15) 전에 수행되지 않고 압출공정(S17-1)에서만 수행될 수도 있다.
압출공정(S17-1)에서 압출된 압출물은 1차 냉각 공정을 거친 후, 롤성형공정(S17-2)에서 롤러를 통해 일정한 두께와 고른 표면을 갖도록 평탄화 작업이 이루어진다. 이후, 절단공정(S17-3)을 통해 일정 크기로 재단이 이루어진다. 필요에 따라 절단공정(S17-3)에 앞서 2차 냉각 공정이 더 수행될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 건축자재는 일부 용융된 플라스틱과 미 용융된 미분 입자들이 포함된 형태로 성형됨으로써 제조된 건축자재의 방염처리 및 도장 등의 표면처리가 더욱 용이하게 된다.
종래기술에서 폐플라스틱은 펠렛 또는 최종제품으로 재생되기 위해 압출, 사출, 중공성형, 프레스성형 등의 가공공정을 거치는데, 이러한 성형방법은 이 기술이 속하는 분야에서 충분히 공지된 것이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 용융공정(S13) 및 혼합공정(S15) 에서 발포제를 추가로 혼합하여 혼합물에 기공을 형성토록 하거나, 혼합공정(S15) 이후에 별도로 또는 성형공정(S17)에서 혼합물에 기공을 형성하는 발포공정 단계를 더 수행할 수 있다. 발포제 또는 발포공정은 건축자재의 가공성과 시공성 및 단열성을 향상시키기 위하여 가스, 액상, 유기, 무기 발포제 등을 사용함으로써 건축자재에 5-90%의 기공율을 부여하는 공정으로서, 발포제의 종류에 따라 성형공정(S17)에서 첨가될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법은 종래기술과 전혀 다른 새로운 방식의 혼합 폐플라스틱 재활용 기술로서, 소각이나 매립, 열분해 공정보다 탄소 배출 감소 효과가 매우 크다.
특히, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법은 혼합 폐플라스틱 재활용 시 비용부담이 가장 큰 선별공정이 불필요하므로 재활용 비용을 크게 저감시킬 수 있으며, 저가로 양질의 건축자재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법은 종래기술에서 혼합 폐플라스틱의 재활용에 필수적인 상용화제가 불필요하므로 재활용 비용을 더욱 크게 저감시킬 수 있으며, 저가로 양질의 건축자재를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법은 일부 용융된 플라스틱과 미 용융된 미분 입자들이 포함된 형태로 성형됨으로써 방염처리 및 도장 등의 표면처리가 더욱 용이한 건축자재를 제공한다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 첨부된 도면에 의해 참조되는 바람직한 실시 예를 중심으로 구체적으로 기술되었으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
Claims (7)
- 여러 종류의 폐플라스틱이 섞인 혼합 폐플라스틱을 0.01-5mm 크기로 미분하는 단계;
상기 미분된 혼합 폐플라스틱을 가열하여 낮은 융점의 플라스틱을 용융시키는 단계;
상기 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 폐플라스틱을 혼합하는 단계; 및
상기 용융된 폐플라스틱과 상기 미 용융된 폐플라스틱을 압출 또는 사출시켜 건축자재를 성형하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 혼합 폐플라스틱은,
폐비닐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 미분된 혼합 폐플라스틱을 가열하여 낮은 융점의 플라스틱을 용융시키는 단계 이전에,
상기 미분된 혼합 폐플라스틱을 플라즈마 및 자외선 중 적어도 어느 하나로 처리하여 표면 에너지를 증가시키는 단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 폐플라스틱을 혼합하는 단계에서, 발포제를 더 추가로 혼합하여 혼합물에 기공을 형성하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 폐플라스틱을 혼합하는 단계 이후에,
혼합물에 기공을 형성하는 발포공정 단계;를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 용융된 폐플라스틱과 미 용융된 폐플라스틱을 혼합하는 단계에서,
무기물 및 유기물 중 적어도 어느 하나를 추가로 혼합하여 혼합물의 물성을 변경하는 것을 특징으로 하는 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재 제조방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조된 혼합 폐플라스틱 재활용 건축자재.
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| KR102160267B1 (ko) | 2018-04-25 | 2020-09-25 | 손민일 | 폐플라스틱을 이용한 난연성 건축자재 |
| KR102244273B1 (ko) | 2020-10-13 | 2021-04-27 | 주식회사 세기씨앤티 | 폐합성수지를 이용한 건축자재 제조방법 및 이에 의해 제조된 건축자재 |
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