KR960012450B1 - 제지 슬러지 소각회를 충진제로 사용한 폴리염화비닐 조성물 - Google Patents

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KR960012450B1 KR1019930013503A KR930013503A KR960012450B1 KR 960012450 B1 KR960012450 B1 KR 960012450B1 KR 1019930013503 A KR1019930013503 A KR 1019930013503A KR 930013503 A KR930013503 A KR 930013503A KR 960012450 B1 KR960012450 B1 KR 960012450B1
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Abstract

요약없음

Description

제지 슬러지 소각회를 충진제로 사용한 폴리염화비닐 조성물
제 1 도는 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제작된 폴리염화비닐 조성물의 물성을 나타낸 그래프도이다.
제 2 도는 본 발명의 실시예 2 및 비교예 2에 따라 제작된 폴리염화비닐 조성물의 물성을 나타낸 그래프도이다.
제 3 도는 본 발명의 실시예 3 및 비교예 3에 따라 제작된 폴리염화비닐 조성물의 물성을 나타낸 그래프도이다.
제 4 도는 본 발명의 실시예 4 및 비교예 4에 따라 제작된 폴리염화비닐 조성물의 물성을 나타낸 그래프도이다.
제 5 도는 본 발명의 실시예 5 및 비교예 5에 따라 제작된 폴리염화비닐 조성물의 물성을 나타낸 그래프도이다.
제 6 도는 본 발명의 실시예 6 및 비교예 6에 따라 제작된 폴리염화비닐 조성물의 물성을 나타낸 그래프도이다.
본 발명은 제지 공정중에서 발생되는 제지 슬러지 소각회를 충진제로 사용한 폴리염화비닐(PVC) 조성물에 관한 것이다.
현재 제지 슬러지 소각회는 일부 재활용되고 있지만 거의 대부분은 많은 경비를 들여서 매립 처리를 하고 있다. 환경오염 문제가 심각하게 대두되면서 매립지 확보 문제는 점차 어려워져 가고 있으며 이에 따른 처리비용도 해마다 증가되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 노력으로 본 발명에선 제지 슬러지 소각회를 플라스틱 물질, 특히 폴리염화비닐 제품의 충진제로 사용하였다. 제지 슬러지 소각회를 폴리염화비닐 충진제로 사용하여 제품화 할때 적용이 가능한 분야로는 폴리염화비닐 일반관, 수도관, 전선관 및 발포관에도 적용이 가능하며, 폴리염화비닐타일, 필름 및 시트 제품 등의 다양한 분야에 적용이 가능하다.
제지 소각회를 폴리염화비닐의 충진제로 사용할려는 첫째 목적은 폐자원의 재활용이며, 둘째는 기존의 무기물 충진제를 대체함에 기인된 생산원가 절감이며, 셋째는 기존의 무기물 충진제보다 더 나은 물성을 부과하여 제품의 질을 향상시키는데 있다.
폴리염화비닐 제품은 폴리염화비닐 수지의 종류, 첨가제의 종류, 제조방법에 따라 다양하다. 제품은 크게 심부분에 발포층을 가진 발포제품과 비발포제품으로 나눌 수 있다. 일반적인 폴리염화비닐 제품의 조성을 보면 폴리염화비닐 수지, 안정제, 충진제, 착색제, 가소제, 가공소제, 활제 등으로 구성되어 있으며 제품의 요구특성에 따라 다른 첨가제가 첨가될 수도 있고, 위에서 나열한 첨가제가 생략될 수도 있다.
안정제는 폴리염화비닐 수지 자체로는 폴리염화비닐 제품을 생산할 수 없기 때문에 공정조건을 잡아주기 위해선 꼭 필요한 첨가제이며, 열안정성이나 광안정성 보강하기 위해서도 많이 첨가된다.
본 발명에 관심을 가지고 있는 충진제는 크게 두가지 목적으로 사용되는데, 그 하나는 생산원가 절감용이고 다른 하나는 물성 개선용으로 사용되고 있다. 폴리염화비닐 제품 생산시에는 충진제에 알맞은 안정제를 선태하여 공정조건을 잡아주고 필요에 따라서는 표면 코팅을 한 것을 원료로 사용하기도 한다. 폴리염화비닐 충진제로 가장 많이 사용되고 있는 물질들은 탄산칼슘이나 탈크인데, 사용가능한 입도는 200메쉬 이하이며, 특히 발포제품을 생산할때는 입도가 매우 작은 무기물이 요구된다.
충진제를 생산원가 절감용으로 사용할때는 비중이 매우 중요한 인자가 된다. 참비중값을 예로 들어보면 탄산칼슘이 2.7이며, 탈크는 2.83, 평균 중합도가 800∼1000인 폴리염화비닐 수지는 대개 1.4이다. 위의 예에서처럼 종래의 무기물인 탄산칼슘이나 탈크를 충진제로 사용할 경우에는 폴리염화비닐 수지보다 충진제의 비중이 상당히 높기 때문에 제품의 비중은 증가하게 된다. 따라서 충진제의 비중이 높으면 많은 양을 폴리염화비닐 수지에 첨가시킬 수 없게 된다.
현재 일반적으로 제작되고 있는 폴리염화비닐 파이프에서의 탄산칼슘의 첨가량은 폴리염화비닐 수지량에 대해 대개 5% 정도 사용하고 있다.
이에 따라 무기입자를 충진제로 사용하여 폴리염화비닐 제품의 제조원가를 절감하고 물성을 개선하기에는 충분한 기대 효과를 얻을 수 없게 된다. 이에 따라 본 출원인은 제지 공정중에 대량으로 발생되고 있는 제지 슬러지 소각회를 재활용할 수 있는 방법을 모색하여 제지 슬러지로 인한 환경학적, 경제적 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 제지 슬러지 소각회를 폴리염화비닐을 포함한 각종 플라스틱류의 충진제로서 사용할 수 있는 가능성을 연구한 끝에 제지 공정중에 발생되는 제지 슬러지 소각회를 폴리염화비닐과 소정의 비율에 따라 첨가하게 될때 종래의 탄산칼슘, 탈크, 카올린 등과 같은 무기입자를 충진한 폴리염화비닐 조성물에서 얻을 수 없는 우수한 물성을 갖는 폴리염화비닐 조성물을 얻을 수 있음을 발견하여 본 발명에 이르게 되었다.
즉, 본 발명은 폴리염화비닐과 제지 슬러지 소각회로 이루어지는 폴리염화비닐 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 폴리염화비닐 조성물에 있어서 사용되어지는 제지 슬러지 소각회는 화학적으로 유기성분(주로 미연소 탄소분)이 0.1∼30중량%, 무기성분이 70∼99.9중량%로 이루어진다.
또한 제지 슬러지 소각회는 200메쉬 이하의 입도를 10% 이상 포함하는 것이 조성물 제품의 표면성에 있어서 바람직하다.
또한 제지 슬러지 소각회가 수지 조성물에서 엉길 수 있는 가능성을 방지하기 위하여 제지 슬러지 소각회를 코팅제로 표면 처리하여 사용하는 것도 바람직하다.
본 발명에 있어서 상기한 제지 슬러지 소각회의 폴리염화비닐 수지 조성물중의 충진제 사용량은 수지 조성물 전체에 대하여 0.5∼50중량%로 하는 것이 조성물의 생산원가 절감 및 물성 강화를 위하여 바람직하다.
폴리염화비닐 조성물중의 제지 슬러지 소각회의 양이 0.5중량% 이하이면, 제지 슬러지 소각회를 충진제로 사용하여 조성물의 생산원가를 절감하고 물성을 강화하고자 하는 본 발명의 목적을 달성하기 어려우며 50중량% 이상이면 PVC 수지간의 결합력이 감소하기 때문에 인장강도 400kg/㎠ 이하로 저하되며, 곡강도도 900kg/㎠ 이하로 저하되는 강도상의 문제점이 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 폴리염화비닐 수지의 충진제로 사용되어지는 제지 슬러지 소각회는 제지 슬러지를 소각로에서 900℃로 급소성하여 제조할 수 있다. 이때 제지 슬러지중의 펄프섬유 일부는 불완전 연소하여 미연소 탄소로 남게 되며, 슬러지내의 무기물중에 포함되어 있는 일부의 층상 규산염은 급소성시 층내부에 삽입되어 있는 물 분자가 층외부로 빠져나올때 팽창하게 된다. 이와 같은 요인에 의해 제지 슬러지 소각회는 제지 슬러지 소각회의 참 비중값은 1.5∼2.4로서 통상적인 무기 충진제인 탄산칼슘 2.7, 탈크 2.83에 비하여 매우 작은 비중을 갖게 되어 폴리염화비닐을 포함한 플라스틱 수지의 충전제로서 사용할때 사용량 증가에 따른 제품의 비중 상승 효과가 종래의 무기 충진제 보다 작아 충진제의 사용량을 극대화 할 수 있는 장점이 있다. 통상적인 폴리염화비닐 수지의 성형물에 있어서 충진제로서의 탄산칼슘의 첨가량은 폴리염화비닐 수지량에 대하여 5% 내외가 최대값이지만 본 발명에서와 같이 제지 슬러지 소각회를 충진제로서 사용하게 될 경우 최대 50%까지 사용하여도 제품의 비중 상승 효과가 미미하여 폴리염화비닐 조성물의 제조 비용 절감과 동시에 물성 개선효과를 더욱 크게 할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서 사용되어지는 폴리염화비닐 수지는 600∼2500 범위의 평균 중합도를 갖는 것이 바람직하다.
폴리염화비닐 수지의 평균 중합도가 600 미만이면 조성물의 물성이 저하되어 바람직하지 않으며 2500 이상이면 조성물의 비중이 높아지게 될 뿐만 아니라 상전이 온도가 지나치게 높아져 작업성이 떨어지게 되는 문제점이 있다.
제지 슬러지 소각회를 폴리염화비닐 충진제로 사용하기 위한 작업 조건은 기존의 무기 충진제를 사용할때와 동일하게 하여 행할 수 있다. 작업조건에 들어가는 인자중에서 토크, 열안정성, 표면성 등의 물성은 매우중요하다. 이러한 인자들을 만족시키기 위하여 본 발명에 있어서는 제지 슬러지 소각회에 적합한 안정제, 활제, 충격보강제, 분산제, 가소제, 발포제 등의 첨가제가 적어도 1종 이상 추가되어 사용되어진다.
본 발명에 있어서 안정제로서는 금속 스테아린산을 사용하여 활제로서는 파라핀 왁스가 사용되어진다.
다음에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
그러나 다음의 실시예들은 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것이 아니다.
(조성물)
실시예 1
폴리염화비닐(평균 중합도 800) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
제지 슬러지 소각회: 10중량부
를 레오메터(reometer)를 이용하여 일반 폴리염화비닐 공장에서 적용하고 있는 조건보다 훨씬 더 가혹한 조건인 55rpm, 200℃에서 작업을 수행하여 폴리염화비닐 수지 혼합물의 유동 특성을 측정하여 그 결과를 제 1 도에 나타내었다.
비교예 1
상기 실시예 1에서 제지 슬러지 소각회 대신에 탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 실제적으로 실시예 1과 동일하게 처리하여 그 결과를 제 1 도에 나타내었다.
실시예 2
폴리염화비닐(평균 중합도 800) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
제지 슬러지 소각회 : 20중량부
를 레오메터(reometer)를 이용하여 일반 폴리염화비닐 공장에서 적용하고 있는 조건보다 훨씬 더 가혹한 조건인 55rpm, 200℃에서 작업을 수행하여 폴리염화비닐 수지 혼합물의 유동 특성을 측정하여 그 결과를 제 2 도에 나타내었다.
비교예 2
상기 실시예 2에서 제지 슬러지 소각회 대신에 탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 실제적으로 실시예 2와 동일하게 처리하여 그 결과를 제 2 도에 나타내었다.
실시예 3
폴리염화비닐(평균 중합도 800) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
제지 슬러지 소각회 : 30중량부
를 레오메터(reometer)를 이용하여 일반 폴리염화비닐 공장에서 적용하고 있는 조건보다 훨씬 더 가혹한 조건인 55rpm, 200℃에서 작업을 수행하여 폴리염화비닐 수지 혼합물의 유동 특성을 측정하여 그 결과를 제 3 도에 나타내었다.
비교예 3
상기 실시예 3에서 제지 슬러지 소각회 대신에 탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 실제적으로 실시예 3과 동일하게 처리하여 그 결과를 제 3 도에 나타내었다.
실시예 4
폴리염화비닐(평균 중합도 1000) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
제지 슬러지 소각회 : 10중량부
를 레오메터(reometer)를 이용하여 일반 폴리염화비닐 공장에서 적용하고 있는 조건보다 훨씬 더 가혹한 조건인 55rpm, 200℃에서 작업을 수행하여 폴리염화비닐 수지 혼합물의 유동 특성을 측정하여 그 결과를 제 4 도에 나타내었다.
비교예 4
상기 실시예 4에서 제지 슬러지 소각회 대신에 탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 실제적으로 실시예 4와 동일하게 처리하여 그 결과를 제 4 도에 나타내었다.
실시예 5
폴리염화비닐(평균 중합도 1000) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
제지 슬러지 소각회 : 10중량부
를 레오메터(reometer)를 이용하여 일반 폴리염화비닐 공장에서 적용하고 있는 조건보다 훨씬 더 가혹한 조건인 55rpm, 200℃에서 작업을 수행하여 폴리염화비닐 수지 조성물을 제조하여 유동 특성을 측정하여 그 결과를 제 5 도에 나타내었다.
비교예 5
상기 실시예 5에서 제지 슬러지 소각회 대신에 탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 실제적으로 실시예 5와 동일하게 처리하여 그 결과를 제 5 도에 나타내었다.
실시예 6
폴리염화비닐(평균 중합도 1000) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
제지 슬러지 소각회 : 10중량부
를 레오메터(reometer)를 이용하여 일반 폴리염화비닐 공장에서 적용하고 조건보다 훨씬 더 가혹한 조건인 55rpm, 200℃에서 작업을 수행하여 폴리염화비닐 수지 혼합물의 유동 특성을 측정하여 그 결과를 제 6 도에 나타내었다.
비교예 6
상기 실시예 6에서 제지 슬러지 소각회 대신에 탄산칼슘을 사용한 것을 제외하고는 실제적으로 실시예 6과 동일하게 처리하여 그 결과를 제 6도에 나타내었다.
상기의 제 1 도 내지 제 6 도의 결과에서 보듯이 실시예 1∼6 및 비교예 1∼6에 의하여 제조되어진 폴리염화비닐 수지 조성물들의 유동 특성은 제지 슬러지 소각회를 충진제로 사용하였을때의 겔화 시간이 탄산칼슘을 사용하였을때 보다 빠른 장점이 있으며, 토크나 전반적인 열안정성은 기존의 충진제인 탄산칼슘을 사용하였을때와 비슷하게 나타남을 알 수 있다.
(성형물)
이와 같은 결과로부터 제지 슬러지 소각회는 탄산칼슘 등과 같은 기존의 무기물 충진제를 대체하여 사용 할 수 있는 물성을 지님을 알 수 있다. 이에 따라 아래와 같은 조건으로 기존의 폴리염화비닐 생산라인에 제지 슬러지 소각회를 적용하여 현장 적용 가능성을 타진하고, 본 발명에서 가장 중요하게 여기는 물성인 제품의 비중을 비교하기 위하여 폴리염화비닐 파이프를 제조하였다.
폴리염화비닐 파이프의 제조시 공정 조건은 온도 170℃, 회전속도 25rpm에서 행하였으며, 다음의 조성을 갖는 폴리염화비닐 조성물을 사용하였다.
실시예 7
폴리염화비닐(평균 중합도 800) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
충격보강제(MBS) : 7중량부
제지 슬러지 소각회 : 10중량부
실시예 8
폴리염화비닐(평균 중합도 800) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
충격보강제(MBS) : 7중량부
제지 슬러지 소각회 : 20중량부
실시예 9
폴리염화비닐(평균 중합도 1000) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
충격보강제(MBS) : 7중량부
제지 슬러지 소각회 : 10중량부
실시예 10
폴리염화비닐(평균 중합도 1000) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
충격보강제(MBS) : 7중량부
제지 슬러지 소각회 : 20중량부
비교예 7
폴리염화비닐(평균 중합도 800) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
충격보강제(MBS) : 7중량부
탄산칼슘 : 10중량부
비교예 8
폴리염화비닐(평균 중합도 800) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
충격보강제(MBS) : 7중량부
탄산칼슘 : 20중량부
비교예 9
폴리염화비닐(평균 중합도 1000) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
충격보강제(MBS) : 7중량부
탄산칼슘 : 10중량부
비교예 10
폴리염화비닐(평균 중합도 1000) : 100중량부
금속 스테아린산 : 3중량부
파라핀 왁스 : 0.2중량부
충격보강제(MBS) : 7중량부
탄산칼슘 : 20중량부
상기한 실시예 7∼10 및 비교예 7∼10에 따라 제조된 폴리염화비닐 조성물은 성형시 혼합토크나 제품의 표면성은 양호하게 나타났으며 제지 슬러지 소각회를 충진제로 사용한 제품은 진한 흑색을 띄었다. 또한 이들로부터 제조한 폴리염화비닐 파이프의 비중을 측정한 결과는 다음과 같다.
상기의 결과에서 보듯이 본 발명에 따른 제지 슬러지 소각회를 충진제로 사용한 폴리염화비닐 파이브는 탄산칼슘을 사용한 제품에 비하여 낮은 비중값을 가짐을 알 수 있다.
이상의 결과들로부터 본 발명에서와 같이 제지 슬러지 소각회를 폴리염화비닐 수지의 충진제로 사용할때 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
제지 슬러지 소각회를 기존의 무기물 폴리염화비닐 충진제에 대체하여 사용할 경우 가장 큰 효과는 저비중의 제품을 얻을 수 있는 것이다. 탄산칼슘의 경우는 함량을 증가시키면 제품의 비중이 증가하는 반면에 제지 슬러지 소각회를 사용했을때는 함량 증가에 따라 비중이 감소하는 경향이 있다. 바꾸어 말하면 탄산칼슘을 충진제로 사용할 경우 함량 증가시 비중이 증가하기 때문에 가격이 저렴한 탄산칼슘의 함량을 높일 수 없는 문제점이 있지만, 제지 슬러지 소각회를 충진제로 사용할 경우에는 함량 증가에 기인된 비중증가 문제가 없을 뿐만 아니라 오히려 비중이 감소하는 경향이 있기 때문에 경제성 측면이나 제품의 물성면에서 볼때 탄산칼슘을 충진제로 사용하는 경우보다 탁월한 잇점이 있다.
또 다른 효과로는 제지 슬러지 소각회는 자체에 포함되어 있는 미연소 탄소분말에 의해 검은 색을 띄고 있으므로 흑색 착색제가 요구되는 제품에는 별도로 착색제를 첨가하지 않아도 되는 장점이 있다.
위의 결과로 볼때 미연소 탄소분말을 포함한 제지 슬러지 소각회는 매우 우수한 폴리염화비닐 충진제임을 알 수 있으며, 폴리염화비닐 뿐만 아니라 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 충진제로도 사용이 가능하다.

Claims (11)

  1. 폴리염화비닐과 제지 슬러지 소각회로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기한 폴리염화비닐은 평균 중합도 600∼2500인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐조성물.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기한 제지 슬러지 소각회는 유기성분이 0.1∼30중량%, 무기성분이 70∼99.9중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기한 제지 슬러지 소각회는 제지 공정중에 발생되는 제지 슬러지를 900℃로 급소성하여 미연소 탄소를 함유하고 슬러지내의 무기물에 포함되어 있는 층상 규산염이 팽창되어 참 비중값이 1.5∼2.4로 되는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기한 제지 슬러지 소각회는 200메쉬 이하의 입도를 10% 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기한 제지 슬러지 소각회는 폴리염화비닐 조성물 전체량에 대하여 0.5∼50중량% 첨가되는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 조성물.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 6 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기한 제지 슬러지 소각회는 코팅제로 표면처리되어져 사용되는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 조성물.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기한 폴리염화비닐 조성물은 안정제, 활제, 충격보강제, 분산제, 가소제, 발포제로 이루어지는 군에서 적어도 1종 이상 첨가되어지는 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 조성물.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기한 안정제는 금속 스테아린산 화합물인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기한 활제는 파라핀 왁스인 것을 특징으로 하는 폴리염화비닐 수지 조성물.
  11. 폴리염화비닐과 제지 슬러지 소각회로 이루어지는 폴리염화비닐 조성물로부터 제조되어짐을 특징으로 하는 폴리염화비닐 파이프.
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