KR20240111982A - 이차전지 폐분리막을 이용한 재생 수지 조성물의 제조 방법, 이에 의해 제조된 재생 수지 조성물 및 이의 가공품 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지 분리막 폐기물을 이용하여 재생 수지 조성물을 제조 방법, 이에 의해 제조된 재생 수지 조성물 및 전술한 재생 수지 조성물의 가공품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이차전지 분리막 폐기물을 이용하여 재생 수지 조성물을 제조 방법, 이에 의해 제조된 재생 수지 조성물 및 전술한 재생 수지 조성물의 가공품에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지는 그 성능과 편리성 면에서 현재까지 상용화된 밧데리 중에서 가장 우수한 제품 중 하나로 평가받고 있으며, 컴퓨터, 스마트 기기 및 각종 완구, 공구류와 전기자동차에 이르기까지 그 용도가 계속 증가하고 있다. 리튬이온 이차전지에서 분리막은 양극과 음극이 단락되지 않도록 양극을 분리하는 역할을 함과 동시에, 전지에 과다한 전류가 흘렀을 때 발열에 의한 용융이 일어나 분리막의 미세한 구멍을 막아 전류를 차단하여 안전성을 확보하는 역할을 한다.
초고분자량 폴리에틸렌(ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE) 중에서 리튬이온 이차전지(lithium ion battery, LIB)의 분리막(battery separate film, BSF)의 원료로 사용되는 제품이 있으며, 이차전지 분리막 제조의 원료는 분리막 전용 고분자량의 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이 사용되며, 제조방식에 따라 습식법과 건식법이 있다. 습식법은 폴리에틸렌을 원료로 사용하며, 폴리에틸렌과 오일 또는 왁스등을 혼합하여 쉬트형태로 압출하고, 2축 연신을 통해 필름 형태로 제조한 후, 용매를 사용하여 오일이나 왁스를 제거하면 불규칙한 형태의 기공을 가지는 분리막이 제조된다. 반면, 건식법은 원료로 폴리프로필렌이나 PP/PE/PP 형태의 수지 자체를 쉬트 형태로 압출하고 1축으로 약간 연신 한 후 어닐링공정을 통해 결정과 비결정의 라멜라 구조를 만들고 다시 1축 연신을 통해 비결정 부분에서 기공이 형성되어 규칙적인 형태의 기공을 가진 분리막이 제조된다. 한편 유기물질인 폴리올레핀 필름은 그 특성상 열에 역한 단점이 있다. 즉, 100℃ 이상의 고온에서 분리막이 수축하거나 융해될 위험이 있다. 이를 예방하기 위해 최근에는 분리막 제조 후 표면에 세라믹 등 무기질 물질을 코팅하여 열 안정성을 높인 제품이 개발되어 적용 중이다. 리튬이온 이차전지 분리막의 생산 공정에서 까다로운 제품의 규격을 만족하지 못하는 분리막 폐기물이 다수 발생하고 있는데, 이러한 분리막 폐기물은 분리막의 원료인 초고분자량 폴리에틸렌의 특성상 가공성이 불량하여 재활용이 어려운 문제가 있다. 현재 분리막 생산 과정에서 배출되는 폐기물은 거의 소각방법으로 폐기처리 되거나, 극히 일부만이 폐합성수지 Ingot 형태로 재생연료에 쓰이고 있는 등 기존의 초고분자량 폴리에틸렌이 가지는 고부가 가치를 거의 상실하여 저가의 상품개발에 혼합되어 사용되고 있다.
최근 이차전지 분리막 폐기물의 재활용에 관한 관심이 높아지면서, 이차전지 분리막 폐기물의 재생 기술에 대한 특허가 다수 출원되고 있다. 예컨대, 국내 특허공개 제10-2022-0102893호에는 리튬이온 이차전지의 분리막으로 사용되는 고밀도 폴리에틸렌 스크랩을 재생 원료로 활용하기 위해 폐분리막 스크랩의 오일 추출 장치 및 이를 이용한 생산방법이 제안되어 있다. 하지만, 이차전지 분리막 공정에서 불량 폐기물은 오일 추출 후의 연신공정과 그 이후 공정에서 발생할 확률이 높으며, 분리막의 내열성 향상을 위해 세라믹 또는 아라미드 등 유/무기 하이브리드 코팅을 실시한 분리막의 경우 재생 이후에도 코팅 물질로 인한 변색과 비중 증가로 인해 실제 제품 원료로 적용하기에는 용도가 극히 제한적이라는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 현재 폐기물로 버려지는 이차전지 분리막 폐기물을 재생하여 재생 수지 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 제조 방법으로 제조된 재생 수지를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 재생 수지의 가공품를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 (S1) 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물을 절단 또는 파쇄하는 전처리 단계; (S2) 상기 전처리된 이차전지용 분리막 폐기물을 압출하는 압출 단계; 및 (S3) 상기 압출물을 펠렛 형태로 가공하는 가공 단계를 포함하는 재생 수지 조성물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시상태는 전술한 제조 방법에 따라 제조된 재생 수지 조성물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일 실시상태는 전술한 재생 수지 조성물의 가공품을 제공한다.
본 발명에 따른 재생 수지 조성물의 제조 방법은 이차전지용 분리막용 원단을 제조하는 공정 중 이차전지용 분리막 폐기물의 적어도 일부에 유/무기 하이브리드 물질을 이용한 코팅 공정 이전에 발생하는 스크랩 또는 불량품, 또는 이차전지용 분리막 폐기물의 적어도 일부에 유/무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 분리막을 적용하는 이차전지 배터리를 제조하는 공정 중 발생하는 스크랩 또는 불량품으로 폐기물로 처리해야 하는 분리막 원료를 재활용할 수 있어서 다양한 용도로 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 재생 수지 조성물의 제조 방법은 폐기물을 재생 또는 재활용하여 순수 올레핀 수지를 제조하는 것인 바, 원료 부담이 적고 경제적으로 우수하면서도 친환경적이다.
본 발명에 따라 제조한 재생 수지 조성물은 다른 이물이 없는 순수한 폴리올레핀 수지이며, 분자량 분포가 균일하다.
본 발명에 따라 제조한 재생 수지 조성물은 충격강도가 신재와 동등 이상으로 우수하여 내충격성을 요구하는 제품에 일반적인 폴리올레핀 수지와 블렌딩하여 사용이 가능하다.
본 발명에 따라 제조한 재생 수지 조성물은 기존 폴리올레핀 제조사에서 제조한 펠렛 제품과 동일한 방법으로 가공이 가능하여, 쉬트, 파이프 필름, 코팅, 섬유 형태, 기어, 인조 잔디, 자동차 내/외장재, 생활용품, 산업용 자재 또는 건축용 자재 등 다양한 분야에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따라 제조된 재생 수지, 분리막 폐기물 샘플 및 일반 제조사의 폴리에틸렌을 FTIR 분석 비교하여 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따라 제조된 재생 수지의 분자량 분포를 GPC 분석하여 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따라 제조된 재생 수지의 분자량 분포를 GPC 분석하여 도시한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는 하기 (S1) 내지 (S3)를 포함하는 재생 수지 조성물의 제조 방법을 제공한다.
(S1) 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물을 절단 또는 파쇄하는 전처리 단계;
(S2) 상기 전처리된 이차전지용 분리막 폐기물을 압출하는 압출 단계; 및
(S3) 상기 압출물을 펠렛 형태로 가공하는 가공 단계.
본 발명의 재생 수지 조성물의 제조 방법에 따를 경우, 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물을 사용함에 따라 이차전지 배터리 제조 시 발생하는 스크랩 또는 불량품을 재생 원료로 활용하여 재생 수지 조성물을 제조할 수 있다. 종래의 이차전지용 분리막 폐기물을 재활용하는 기술에 따르면, 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅된 이차전지용 분리막 폐기물을 사용하기 때문에 코팅되어 있는 유기 또는 무기 하이브리드 물질을 분리막으로부터 제거하기 위한 공정(예: 오일 추출 공정 또는 하이브리드 물질 제거 공정)이 반드시 수반되어야 하는데, 실질적으로 코팅된 물질을 제거하는 것은 비용 및 공정적인 측면에서 바람직하지 못하다. 반면, 본 발명의 재생 수지 조성물의 제조 방법은 유기 또는 무기 하이브리드 물질을 제거하기 위한 공정이 필요하지 않고, 본 발명에 따라 제조된 재생 수지 조성물은 유기 또는 무기 하이브리드 물질 등의 불순물이 잔존하지 않은 장점 및 이에 따라 불순물을 추가로 제거해야 하는 공정 등이 없다는 장점이 있다. 나아가, 본 발명의 재생 수지 조성물의 제조 방법, 이에 의해 제조된 재생 수지 조성물 및 이를 포함하는 가공품은 친환경적일 뿐만 아니라, 원료 절감 등의 우수한 경제성의 장점도 갖는다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S1)은 분쇄기를 이용하여 상기 이차전지용 분리막 폐기물로부터 절단물 또는 파쇄된 스크랩을 제조한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 이차전지용 분리막 폐기물은 권취 구조; 적층 구조; 혼합 구조 및 이들로 이루어진 조합일 수 있다. 바람직한 예로서, 상기 이차전지용 분리막 폐기물은 권취 구조일 수 있다. 이때, 상기 권취 구조의 폭은 0.5 m 내지 2 m; 0.5 m 내지 1.5 m; 또는 바람직하게 1 m일 수 있다. 또한, 상기 권취 구조의 직경은 0.5 m 내지 3 m; 0.5 m 내지 2.5 m; 또는 바람직하게 0.5 m 내지 2 m일 수 있다. 이때, 상기 폭은 권취 구조의 일 원형면(또는 일 타원형면)부터 다른 일 원형면(또는 다른 일 타원형면)까지의 길이를 의미하고, 상기 직경은 권취 구조의 원형 또는 타원형의 직경 또는 장축의 반지름 또는 단축의 반지름을 의미한다. 상기 폭 및 직경은 후술하는 절단물, 파쇄물 또는 파쇄된 스크랩의 경우에도 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 분쇄기는 상기 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물을 분쇄하기 위한 장치로서, 분쇄기의 복수 개 포함될 수 있고, 설치 위치에 따라 다단으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 분쇄기는 절단기 또는 파쇄기를 포함한다. 이때, 상기 절단기 또는 파쇄기는 (S2) 단계에서의 압출 효율 및/또는 (S3) 단계에서의 가공 효율을 증대시키기 위하여, 절단된 또는 파쇄된 물질, 예를 들어, 절단물, 파쇄물, 파쇄된 스크랩 등의 크기를 임의 설정한 범위 내로 조절할 수 있다.
구체적인 일 예로, 상기 절단물은 상기 이차전지용 분리막 폐기물을 n등분한 것일 수 있고, 상기 n은 1 내지 10의 정수 일 수 있다. 바람직하게는 상기 절단물은 상기 이차전지용 분리막 폐기물을 2등분 또는 3등분한 것일 수 있다. 상기 절단물은 길이에 상관없이 압출기 호퍼에 수동으로 투입이 가능한 수준으로 풀어진 형태이며, 만일 길이 방향으로 풀어지지 않고 덩어리 형태로 압출기 호퍼에 투입하면 압출기에서 압출 진행이 어렵거나 또는 분리막 원료가 불균일하게 압출기로 투입되어 압출공정이 불안정해진다.
다른 구체적인 일 예로, 상기 파쇄물 또는 파쇄된 스크랩 크기는 0.01 m x 0.01 m 내지 0.3 m x 0.3 m, 더 바람직하게는 0.01 m x 0.01 m 내지 0.2 m x 0.2 m일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 파쇄물 또는 파쇄된 스크랩이 완전히 파쇄되지 않아 그 크기가 0.3 m x 0.3 m를 초과하면 압출기에서 압출 진행이 어렵거나 또는 분리막 원료 투입이 불균일하게 되어 압출 공정이 불안정해질 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 분쇄기, 즉 절단기 또는 파쇄기는 압출 효율을 향상시키고 최종 입자의 크기를 상술한 범위내로 조절하기 위하여 고(高)토크 구조를 포함할 수 있다. 일 예시로, 상기 고토크 구조를 위해 하이드로모터 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S1)은 (S11) 상기 절단물을 압출기에 투입하는 투입 단계; 및 (S12) 상기 파쇄된 스크랩을 압출기에 투입하는 투입 단계 중 어느 하나의 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S11)은 상기 절단물을 압출기 호퍼에 수동으로 투입하는 단계이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S12)는 상기 파쇄된 스크랩을 이송 장치에 의해 압출기 호퍼에 투입한다. 상기 투입은 이송장치에 의한 반수동 또는 이송장치에 의해 자동으로 이루어질 수 있다. 바람직하게, 상기 투입은 이송장치에 의해 자동으로 이루어질 수 있다. 이때, 이송장치는 상기 (S11)에서 전술한 내용과 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시상태에 따르면, 상기 (S12)는 상기 파쇄기 및 상기 압출기의 호퍼 부분이 이송장치로 연결되어 진행될 수 있다. 즉, 상기 파쇄기 및 상기 압출기의 호퍼 부분이 이송장치로 연결됨에 따라, 상기 파쇄된 스크랩을 자동으로 투입할 수 있다. 구체적으로, 상기 파쇄기 및 상기 압출기의 호퍼 부분을 연결하는 이송장치는 이송컨베이어일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물은 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물이다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물은 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질이 코팅되기 전의 이차전지용 분리막 폐기물; 및 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅하지 않는 이차전지용 분리막 폐기물 중 적어도 하나이다. 구체적인 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물은 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질이 코팅되기 전의 이차전지용 분리막 폐기물이다. 다른 구체적인 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물은 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅하지 않는 이차전지용 분리막 폐기물이다. 또 다른 구체적인 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물은 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질이 코팅되기 전의 이차전지용 분리막 폐기물; 및 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅하지 않는 이차전지용 분리막 폐기물의 혼합물이다. 이때, 상기 혼합은 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질이 코팅되기 전의 이차전지용 분리막 폐기물 및 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅하지 않는 이차전지용 분리막 폐기물이 단순 혼합되어 있는 것을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, (S2) 전처리된 이차전지용 분리막 폐기물을 압출하는 압출 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S2)는 압출기에 의해 용융 압출될 수 있다. 이때, 압출기는 초고분자량의 분리막 페기물의 높은 용융점도와 부하를 견디기 위해 고강도의 스테인레스강을 사용할 수 있으며, 특히 실린더 부분과 스크류 부분은 내마모성이 우수한 질화열처리된 질화 강을 사용할 수 있다. 또한 본체의 축과 기어부분은 특수합금과 열처리를 거친 스테인레스 강을 사용할 수 있으며, 또한 압출물이 토출되는 다이스 부분은 합금강에 특수 열처리를 거친 스테인레스 강을 사용할 수 있다. 이때, 상기 용융은 250 'C 내지 400 'C의 온도 범위에서 진행될 수 있다. 바람직하게는, 280 'C 내지 350 'C의 온도 범위 에서 진행될 수 있다. 나아가, 이때, 압출기의 스크류 회전수는 30 rpm 내지 70 rpm 범위에서 진행될 수 있다. 바람직하게는, 40 rpm 내지 60 rpm 에서 진행될 수 있다.
본 발명의 추가적인 일 실시상태에 따르면, 분리막 폐기물 파쇄품을 이송장치를 통해 압출기 호퍼에 투입할 때 파쇄품의 비산 방지와 원활한 투입을 위해 분리막 파쇄품을 압축장치를 통해 일정한 크기로 뭉쳐서 투입할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S1) 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물을 절단 또는 파쇄하는 전처리 단계는 상기 (S2) 상기 전처리된 이차전지용 분리막 폐기물을 압출하는 압출 단계, 특히, 압출기에 의해 250 'C 내지 400 'C의 온도 범위에서 용융 압출되는 것보다 선행되어야 한다. 이는 상기 (S1) 단계가 상기 (S2)에 영향을 미치는 바, 구체적으로, 이차전지용 분리막 폐기물이 본 발명에서 제어하는 크기로 절단 또는 파쇄되지 않고 덩어리 형태로 압출기 호퍼에 투입하면, 압출기에서 압출 진행이 어렵거나 또는 분리막 원료 투입이 불균일하게 되어 압출 공정이 불안정해 질 수 있다. 결과적으로, 상기 (S1) 단계 및 (S2) 단계는 유기적으로 진행되어야 하는 과정임을 확인할 수 있다. 상기 (S2) 단계에서 압출공정이 불안정하면 압출공정 중 분리막 원료에 가해지는 열과 전단력의 차이로 분자량, 용융지수, 비중등의 물성이 균일하지 않을 단점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 압출물은 원형 홀을 가진 다이스를 통해 다양한 형태일 수 있다. 구체적인 일 예로, 스트랜드 형태 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, (S3) 상기 압출물을 가공하는 가공 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S3)은 (S31) 상기 압출물을 고화시키는 단계; 및 (S32) 상기 고화물을 펠렛화하는 추가 가공 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S31) 상기 압출물을 고화시키는 단계는 상기 (S2)에서 압출된 압출물을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 냉각 단계는 냉각 유체에 의해 이루어질 수 있고, 상기 냉각 유체로는 냉각수 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 구체적인 일 예로는 상기 냉각 단계는 냉각수를 포함하는 계(system, 예를 들어 냉각수조 등)에서 진행될 수 있다. 더 구체적인 일 예로, 상기 냉각 단계는 60 'C 이하로 유지되는 순환형 냉각 수조에서 진행될 수 있다. 이때, 일 예로 상기 냉각 단계는 상기 고화 단계보다 선행될 수 있고, 다른 일 예로 상기 냉각 단계는 상기 고화 단계와 동시에 진행될 수도 있다. 다만, 상기 냉각 단계의 순서는 크게 한정되는 것이 아니고, 당 업계의 통상의 기술자에 의해 적절히 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 (S32) 상기 고화물을 펠렛화하는 추가 가공 단계는 가공기를 이용하여 상기 고화물을 추가 가공할 수 있다. 이때, 상기 가공기는 회전력을 갖는 절단기 등의 절단기 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 회전력을 갖는 절단기는 상기 고화물을 펠렛 형태로 제조할 수 있을 정도로 당 업계의 통상의 기술자에 의해 토크 등 조건을 조절하여 사용할 수 있다. 그 결과, 상기 (S31)에서 고화된 고화물은 펠렛 형태로 가공된다.
본 발명의 다른 일 실시상태는 전술한 재생 수지 조성물의 제조 방법에 의해 제조된 재생 수지 조성물을 제공한다.
종래의 이차전지용 분리막 폐기물을 재활용하는 기술에 따라 제조된 재생 수지 조성물은 표면에 유기 또는 무기 하이브리도 물질로 코팅되어 있는 분ㄹ이막 폐기물을 사용하기 때문에, 잔존하는 유기 또는 무기 하이브리드 물질 때문에 변색 및 비중 증가 등의 문제점이 있고, 이에 따라 기타 가공품 또는 기타 제품 원료로서 그 용도가 한정적인 단점이 있다. 또한, 종래의 이차전지용 분리막 폐기물을 재활용하는 다른 기술에 따를 경우, 초고분자량 폴리에틸렌의 특징 때문에 재생 자체가 불가능하거나 공정의 불안정으로 용융지수값이 불균일하다는 단점이 있다. 반면, 본 발명에 따른 재생 주시 조성물은 분리막에 잔존하는 유기 또는 무기 하이브리드 물질이 없으므로, 상기 물질에 의한 변색이 없고, 나아가, 조성물의 물성(예: 용융지수, 분자량, 비중)을 목표값으로 균일하게 관리하기 용이하다는 장점이 있으며, 이에 따라 다양하게 기타 제품(예: 가공품 등)들의 원료로 사용될 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 재생 주시 조성물은 도 1에서 확인할 수 있는 것과 같이 다른 이물이 없는 순수한 폴리올레핀 수지이며, 도 2에서 확인할 수 있는 것과 같이 분자량 분포가 균일하다는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 재생 수지 조성물은 폴리올레핀 수지 조성물이다. 이때, 상기 재생 수지 조성물은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이다. 구체적인 일 예로, 상기 재생 수지 조성물은 폴리에틸렌(PE)일 수 있고, 폴리프로필렌(PP)일 수 있으며, 또는 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)의 조합일 수 있다. 상기 조합의 일 예로는 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)이 일정 비율로 혼합된 상태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 재생 수지 조성물은 상기 조성물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌(PE)이 100 중량부; 또는 100 중량부 미만 포함될 수 있다. 구체적으로, 100 중량부; 95 중량부; 90 중량부; 85 중량부; 80 중량부; 75 중량부; 70 중량부; 65 중량부; 60 중량부; 55 중량부; 50 중량부 이하로 포함될 수 있으나, 상기 나열된 구체적인 수치에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 실시상태에 따르면, 상기 재생 수지 조성물은 상기 조성물 100 중량부에 대하여 폴리프로필렌(PP)이 100 중량부; 또는 100 중량부 미만 포함될 수 있다. 구체적으로, 100 중량부; 95 중량부; 90 중량부; 85 중량부; 80 중량부; 75 중량부; 70 중량부; 65 중량부; 60 중량부; 55 중량부; 50 중량부 이하로 포함될 수 있으나, 상기 나열된 구체적인 수치에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 일 실시상태에 따르면, 상기 재생 수지 조성물은 상기 조성물 100 중량부에 대하여 폴리에틸렌(PE):폴리프로필렌(PP)이 중량부 단위로 0:100 내지 100:0; 10:90 내지 90:10; 20:80 내지 80:20; 30:70 내지 70:30; 40:60 내지 60:40; 또는 50:50 포함될 수 있으나, 상기 나열된 구체적인 수치에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 재생 수지 조성물은 그 자체만으로 우수한 물성을 갖는다. 재생 기술에 의한 것이 아닌 종래의 통상적인 수지 제조 방법에 의해 제조된 폴리올레핀 수지와 비교했을 때에도 동등한 물성을 가진다. 예를 들어, 편차가 적고 균일한 용융지수 값을 가지고, 충격강도에 있어서는 종래에 제조되는 폴리올레핀 수지보다 훨씬 우수하다. 오히려 동등한 것 이상의 특성을 갖는다는 장점을 갖는다. 전술한 용융지수, 충격강도 이외에도 밀도, 항복응력, 파단신율 등에 있어서 우수한 장점을 갖고, 전술한 물성에 우수한 효과가 한정되는 것은 아니다. 또한, 안정적인 재생 공정으로 인하여 재생 수지 조성물의 물성이 우수한 균일성을 갖는다. 일 예로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 재생 수지 조성물의 분자량 및 분자량 분포가 일정하여 용융지수를 포함한 기계적 물성의 편차가 매우 균일하다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 재생 수지 조성물의 용융지수는 190 'C 및 2.16 kg 하중에서 0.01 g/10분 내지 20 g/10분; 더 바람직하게는 0.05 g/10분 내지 10 g/10분이다. 상기 재생 수지 조성물의 용융지수는 종래의 이차전지용 분리막 폐기물을 재활용하는 기술에 따라 제조된 재생 수지 조성물 또는 재생 기술에 의한 것이 아닌 종래의 통상적인 수지 제조 방법에 의해 제조된 폴리올레핀 수지의 용융지수와 비교했을 때에도 그 수치의 편차가 적고 균일하다는 장점이 있다. 이때, 상기 용융지수는 ASTM D1238에 따라 측정된 것이고, 당 업계의 기술자에 의해 적절히 변경될 수 있다. 또한, 상기 용융지수를 측정하기 위한 용융지수측정기 또한 통상적으로 사용되는 측정기가 사용될 수 있으며, 예를 들어 ㈜큐머시스社의 QM280 등이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 재생 수지 조성물의 밀도는 0.930 g/㎤ 내지 0.980 g/㎤; 0.940 g/㎤ 내지 0.960 g/㎤; 또는 바람직하게는 0.943 g/㎤ 내지 0.955 g/㎤일 수 있다. 이때, 상기 밀도는 ASTM D1505에 따라 소수점 2번째 자리까지 측정 가능한 전자저울을 포함하는 장치에서 측정할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 재생 수지 조성물의 항복응력은 230 kgf/㎠ 이상일 수 있다. 구체적으로, 230 kgf/㎠ 내지 270 kgf/㎠; 또는 230 kgf/㎠ 내지 260 kgf/㎠ 일 수 있다. 상기 재생 수지 조성물의 파단 신율은 500% 이상일 수 있다. 이때, 상기 항복응력 및/또는 파단 신율은 ASTM D638에 따라 측정될 수 있다. 또한, 상기 항복응력 및/또는 파단 신율을 측정하기 위한 측정기로는 통상적으로 사용되는 측정기가 사용될 수 있으며, 예를 들어 light-salt事의 UTM(50 mm/분)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 재생 수지 조성물의 충격강도는 40 kgf*㎝/㎠ 이상이다. 구체적으로, 40 kgf/㎠ 내지 비파괴(not break); 45 kgf/㎠ 내지 not break: 또는 50 kgf/㎠ 내지 not break 이다. 상기 재생 수지 조성물의 충격강도는 종래의 이차전지용 분리막 폐기물을 재활용하는 기술에 따라 제조된 재생 수지 조성물 또는 재생 기술에 의한 것이 아닌 종래의 통상적인 수지 제조 방법에 의해 제조된 폴리올레핀 수지의 충격강도보다 동등하거나 더 우수하다는 장점이 있다. 이때, 상기 충격강도는 ASTM D256에 따라 측정될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 충격 강도를 측정하기 위한 측정기로는 통상적으로 사용되는 측정기가 사용될 수 있으며, 예를 들어 ㈜위드랩事의 WL2200D가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 실시상태는 전술한 재생 수지 조성물의 가공품을 제공한다 .
본 발명에 따른 가공품은 우수한 물성을 갖는다. 구체적인 일 예로, 용융지수 및/또는 충격강도에 있어서 현저히 개선된 효과를 갖는다. 다만, 전술한 두 물성에 우수한 효과가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 가공품은 전술한 재생 수지 조성물을 펠렛 형태로 가공한 가공품, 또는 쉬트, 파이프 필름, 코팅, 섬유 형태, 기어, 인조 잔디, 자동차 내/외장재, 생활용품, 산업용 자재 또는 건축용 자재로 가공되거나 쉬트, 파이프 필름, 코팅, 섬유 형태, 기어, 인조 잔디, 자동차 내/외장재, 생활용품, 산업용 자재 또는 건축용 자재에 포함되는 가공품일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1
시중의 이차전지 분리막 제조업체 또는 폐기물 수거업체로부터 구입한 원통형의 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물(폭 1 m 및 직경 분포 1.5 m 내지 2 m)을 분쇄기(구체적으로, 절단기)를 사용하여 3등분으로 절단하였다.
상기 절단된 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물을 압출기 호퍼로 투입하였다. 이후, L/D 40, 155 Φ 트윈 스크류 압출기를 사용하여 실린더 온도 310 'C에서 용융 압출 실시하여, 스트랜드 형태로 압출하였다. 상기 압출된 스트랜드는 냉각수조(50 'C 이하로 유지되는 순환형 냉각 수조)에서 고화시킨 후 회전력을 갖는 절단기를 이용하여 펠렛 형태로 가공하였다.
상기 가공된 펠렛은 50톤 형체력 사출기를 사용하여 물성 시편을 제조하였고, 이후 용융지수, 밀도, 항복응력, 파단신율 및 충격강도를 측정하였고, 그 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
실시예 2
시중의 이차전지 분리막 제조업체 또는 폐기물 수거업체로부터 구입한 원통형의 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물(폭 1 m 및 직경 분포 1.5 m 내지 2 m)을 분쇄기(구체적으로, 파쇄기)를 사용하여 스크랩 형태(최대 0.3 m x 0.3 m)로 분쇄하였다.
상기 분쇄된 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물의 스크랩을 이송컨베이어를 이용하여 압출기 호퍼로 투입하였다. 이후, L/D 40, 155 Φ 트윈 스크류 압출기를 사용하여 실린더 온도 310 'C에서 용융 압출 실시하여, 스트랜드 형태로 압출하였다. 상기 압출된 스트랜드는 냉각수조(50 'C 이하로 유지되는 순환형 냉각 수조)에서 고화시킨 후 회전력을 갖는 절단기를 이용하여 펠렛 형태로 가공하였다.
상기 가공된 펠렛은 50톤 형체력 사출기를 사용하여 물성 시편을 제조하였고, 이후 용융지수, 밀도, 항복응력, 파단신율 및 충격강도를 측정하였고, 그 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
비교예 1
롯데케미칼㈜에서 생산되는 폴리에틸렌 BL5400 grade의 펠렛 제품을 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 물성 시편 제조하여, 용융지수, 밀도, 항복응력, 파단신율 및 충격강도를 측정하였고, 그 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | |
| 분쇄/투입 방법 | 절단기/수동 | 분쇄기/자동 | - |
| 용융지수(g/10분) | 0.17 | 0.18 | 0.16 |
| 밀도(g/cm3) | 0.947 | 0.949 | 0.947 |
| 항복응력(kgf/cm2) | 235 | 237 | 243 |
| 파단신율(%) | ≥500 | ≥500 | ≥500 |
| 충격강도(kgf*cm/cm2) | 50 | 52 | 45 |
상기 표 1의 내용에서 확인하는 바와 같이, 본 발명에 따른 재생 수지 조성물(펠렛 형태)은 재생 수지 조성물(펠렛 형태)은 동등한 수준의 용융지수를 가지는 종래의 통상적인 수지 제조 방법에 의해 제조된 폴리에틸렌 수지와 비교했을 때에도 기계적 물성이 동등한 수준인 것을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 재생 수지 조성물(펠렛 형태)의 충격강도는 50 kgf*cm/cm2 또는 52 kgf*cm/cm2 정도의 값을 가지는데, 이는 종래의 통상적인 수지 제조 방법에 의해 제조된 폴리에틸렌 수지의 충격강도(비교예 1: 45 kgf*cm/cm2)보다 더 우수한 것을 확인할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 재생 수지 조성물은 도 1에서 보는 것과 같이 다른 이물이 없는 순수한 폴리올레핀 수지이며, 도 2에서 보는 것과 같이 분자량 분포가 균일한 것을 확인할 수 있다.
Claims (15)
- (S1) 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물을 절단 또는 파쇄하는 전처리 단계;
(S2) 상기 전처리된 이차전지용 분리막 폐기물을 압출하는 압출 단계; 및
(S3) 상기 압출물을 가공하는 가공 단계
를 포함하는 재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (S1)은 절단기 또는 파쇄기를 이용하여 상기 이차전지용 분리막 폐기물로부터 절단물 또는 파쇄된 스크랩을 제조하는 것인
재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 (S1)은 (S11) 상기 절단물을 압출기에 투입하는 투입 단계; 및 (S12) 상기 파쇄된 스크랩을 압출기에 투입하는 투입 단계 중 어느 하나의 단계
를 포함하는 것인 재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 (S11)은 상기 절단물을 압출기 호퍼에 수동으로 투입하는 단계인 것인
재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 (S12)는 상기 파쇄된 스크랩을 이송 장치에 의해 압출기 호퍼에 투입하는 단계인 것인
재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (S2)는 압출기에 의해 용융 압출되는 것인
재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (S3)은
(S31) 상기 압출물을 고화시키는 단계; 및
(S32) 상기 고화물을 펠렛화하는 추가 가공 단계
를 포함하는 것인 재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 압출물은 스트랜드 형태인 것인
재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 적어도 일부에 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물은 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물인 것인
재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅되지 않은 이차전지용 분리막 폐기물은 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질이 코팅되기 전의 이차전지용 분리막 폐기물; 및 상기 유기 또는 무기 하이브리드 물질로 코팅하지 않는 이차전지용 분리막 폐기물; 중 적어도 하나인 것인
재생 수지 조성물의 제조 방법. - 청구항 1 내지 10 중 어느 하나의 항의 제조 방법에 따라 제조된 재생 수지 조성물.
- 청구항 11에 있어서,
상기 재생 수지 조성물은 폴리올레핀 수지 조성물인 것인
재생 수지 조성물. - 청구항 11에 있어서,
상기 재생 수지 조성물은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것인
재생 수지 조성물. - 청구항 11에 있어서,
상기 재생 수지 조성물의 용융지수는 190 'C 및 2.16 kg 하중에서 0.01 g/10분 내지 20.0 g/10분인 것인 재생 수지 조성물. - 청구항 11에 따른 재생 수지 조성물의 가공품.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230004030A KR20240111982A (ko) | 2023-01-11 | 2023-01-11 | 이차전지 폐분리막을 이용한 재생 수지 조성물의 제조 방법, 이에 의해 제조된 재생 수지 조성물 및 이의 가공품 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020230004030A KR20240111982A (ko) | 2023-01-11 | 2023-01-11 | 이차전지 폐분리막을 이용한 재생 수지 조성물의 제조 방법, 이에 의해 제조된 재생 수지 조성물 및 이의 가공품 |
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| KR20240111982A true KR20240111982A (ko) | 2024-07-18 |
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ID=92302980
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220102893A (ko) | 2021-01-14 | 2022-07-21 | 주식회사 에이치엠 | 폐분리막 스크랩 오일 추출 장치 및 이를 이용한 재생원료 생산방법 |
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2023
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