KR970011574B1 - 발포입자 성형체의 리사이클 방법 - Google Patents

발포입자 성형체의 리사이클 방법 Download PDF

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이사오 기바
마사미찌 가네꼬
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아사히가세이고오교 가부시끼가이샤
유미꾸라 레이이찌
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Abstract

내용없음

Description

[발명의 명칭]
발포입자 성형체의 리사이클 방법
[도면의 간단한 설명]
제1도는 본 발명의 방법에 사용된 발포입자 성형체의 단면도이다.
제2도는 본 발명의 방법에 사용된 장치의 설명도이다.
제3(A)도는 본 발명의 방법에 사용된 별도의 장치의 설명도이다.
제3(B)도는 제3(A)도의 A-A' 단면의 부분 설명도이다.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은, 특정 계면물질로 피복된 발포입자를 함유하는 발포입자 성형체로부터 재사용 가능한 발포입자를 회수하는 방법에 관한 것이다. 상기 발포입자는 폴리올레핀등을 함유하며, 상기 계면물질을 용융, 연화 또는 용해시킴으로써 발포입자 성형체로부터 각각의 발포입자로 분리하여 재사용 가능한 발포입자를 회수한다.
[배경기술]
폴리스티렌, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 합성 수지의 발포입자는 각종 형태로 성형되며 포장재, 완충재 및 방음제로서 광범위하게 사용된다. 사용후, 발포입자 성형체는 통상적으로 분쇄기로 분쇄된 후, 소각되거나 지하에 매립된다. 수지를 소각할 경우, 일산화탄소 및 이산화탄소 같은 환경에 유해한 가스가 대량으로 발생한다. 염소 및 질소를 포함하는 수지는 생물에 유독한 각종 가스를 발생시킨다. 또한, 분쇄된 수지를 지하에 매립할 장소를 확보할 필요가 있다. 반쇄된 수지를 재사용하기 위해서는, 동일한 종류의 수지를 사용하여 제조된 발포입자 성형체를 수집하여 분쇄할 필요가 있으며, 수지를 선별하기 위해서는 많은 노력이 필요하다.
일본국 특허 공개 제83145/1988호 및 제119687/1977호에는, 폴리스티렌 또는 폴리에틸렌을 함유하는 발포입자 성형체 분쇄하고, 분쇄된 발포입자 성형체를 가열 용융시켜 용융수지내에 존재하는 발포입자로부터 배출된 가스를 제거하고, 용융수지를 필라멘트 형태로 압출하고, 압출된 수지를 적절한 크기로 절단하여 발포입자 성형체로부터 재사용 가능한 수지칩을 회수하는 방법이 개시되어 있다. 하지만, 회수된 수지칩은 회수과정에서 열 열화 및 이물질과의 혼합으로 인해 발포에 적합한 특성이 손상되기 때문에, 양질의 발포입자 성형체가 수득될 수 없는 결점을 갖는다.
일본국 특허 공개 제278939/1991호 및 독일연방공화국 특허 제2,462,040호에는 분쇄기내에서 폴리스티렌 발포입자 성형체를 발포입자로 기계적으로 분리하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 따라, 발포입자 성형체는 직접 기계적 힘에 의해 분리되어, 회수된 발포입자는 기계적으로 손상되는 경향이 있다. 또한, 이 방법에서 각각의 발포입자는 완전히 분리되지 않아서 블럭상의 발포입자가 잔류하게 된다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하고 환경에 악영향을 끼치지 않으면서, 합성 수지를 함유하는 사용된 발포입자 성형체로부터 재사용 가능한 발포입자를 회수하는 방법을 제공하는 것이다.
[발명의 개시]
본 발명은, 발포입자를 구성하는 합성수지보다 융점이 낮거나 용해도가 상이한 열가소성 수지(이하, 계면물질이라 함)로 피복된 발포입자를 사용하여 제조된 발포입자 성형체로부터 발포입자를 회수하는 방법으로서, 피복된 계면물질을 가열하여 연화 또는 용융시키거나 용제로 용해시켜, 발포입자간의, 결합력을 약하게 한 상태하에서 발포입자 성형체에 전단력을 가함으로써 발포입자로 분리하는 발포입자 성형체로부터 발포입자를 회수하는 방법에 관한 것이다.
발포입자 성형체로부터 회수된 재사용 가능한 발포입자에 적합한 수지에는;
(1) 발포제로서 방출된 가스의 투과성이 하기 조건을 만족하는 수지:
Pe(N2)≥0.2×10-10㎤·cm/㎠·sec·cmHg;
및;
Pe(C3H8)<0.5×10-10㎤·cm/㎠·sec·cmHg;
또는;
(2) 발포제로서 방출된 가스의 투과성이 하기 범위인 수지:
Pe(N2)<0.2×10-10㎤·cm/㎠·sec·cmHg;
및;
Pe(C3H8)<0.5×10-10㎤·cm/㎠·sec·cmHg;
가 있다.
상기 식중에서, Pe(N2) 및 Pe(C3H)는 각각 25℃에서 질소가스 및 프로판 가스의 투과 계수를 나타낸다.
본 발명에서 발포입자에 사용되는 합성수지에는 올레핀계 중합체, 올레핀 및 비닐 단량체의 공중합체, 비닐계 중합체, 비닐리덴계 중합체 및 디엔계 중합체가 포함된다. 올레핀계 중합체에는, 예를들어 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 직쇄 폴리에틸렌, 초저밀도 직쇠 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌등이 포함된다. 올레핀 및 비닐 단량체의 공중합체에는, 예를들어 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 에틸렌-염화 비닐 공중합체, 에틸렌-에틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌-메틸아크릴레이트 공중합체, 프로필렌-에틸렌 공중합체, 프로필렌-부텐 공중합체 및 프로필렌-1,4-에틸펜텐 공중합체가 포함된다. 비닐계 중합체에는, 예를들어 염화 비닐중합체 및 그의 공중합체, 스티렌중합체 및 그의 공중합체 및 아클릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체등이 포함된다. 비닐리덴계 중합체에는, 예를들어 염화 비닐리덴 중합체 및 그의 공중합체가 포함된다. 디엔계 중합체에는, 예를들어 폴리부타디엔 및 그의 공중합체가 포함된다. 이중, 염화비닐리덴, 및 이와 공중합 가능한 비닐 단량체의 1종 이상을 함유하며 염화 비닐리덴을 30중량% 이상 함유하고, 유리전이 온도가 85℃ 이상인 비정질 염화비닐리덴 공중합체가 바람직하다. 합성수지는 가교결할될 수 있다. 가교수지의 대표적 예는 가교결합 폴리올레핀이다. 이중, 조건(1)을 만족하는 올레핀계 중합체 및 조건(2)를 만족하는 염화 비닐리덴계 중합체가 바람직하다.
본 발명에서 발포입자 성형체로부터 재사용가능한 발포입자를 회수하기 위해서는, 특정 계면 물질로 피복된 발포입자로부터 제조된 발포입자 성형체를 사용할 필요가 있다.
본 발명에서 사용되는 계면 물질은, 발포입자를 구성하는 합성수지보다 융점 또는 연화점이 융점 또는 연화점이 낮은 열가소성 수지, 또는 발포입자를 구성하는 합성수지와 용해 상이한 열가소성 수지이다.
전자의 수지에는, 예를들어 발포입자를 구성하는 합성수지와 동일한 계통인 수지, 염소화 폴리올레핀, 아크릴산 에스테르등과 같은 불포화 지방족 에스테르 중합체, 상기 불포화 지방족 에스테르 및 에틸렌을 함유하는 공중합체 및 우레탄계 중합체가 포함된다.
계면 물질은 발포입자를 구성하는 수지보다 융점이 5~30℃가 낮은 것이 당연하다. 융점차가 5℃ 미만일 경우, 계면물질을 용융 또는 연화시킬때 발포입자 그 자체도 부분적으로 용융되는 경향이 있다. 그 결과, 회수된 발포입자의 품질저하가 초래된다. 융점차가 30℃ 이상일 경우, 발포입자를 구성하는 수지 및 계면물질간의 결합력이 저하되는 경향이 있다. 발포입자 및 계면물질의 바람직한 조합에는, 저밀도 폴리에틸렌 및 이보다 융점이 5~30℃ 낮은 저밀도 폴리에틸렌 : 폴리프로필렌 및 이보다 융점이 5~30℃ 낮은 폴리프로필렌 : 및 프로필렌/비닐 중합체의 랜덤 또는 블럭 공중합체 및 이보다 융점이 5~30℃ 낮은 상기 공중합체등이 포함된다.
후자의 수지의 경우에는, 계면물질을 용해 또는 팽윤시키지만 발포입자를 구성하는 수지는 용해 및 팽윤시키지 않도록 수지, 계면물질, 및 용제의 조합물을 선택해야 할 필요가 있다. 바람직한 조합물에는 발포입자로서 가교 폴리에틸렌, 계면물질로서 우레탄계 접착제, 및 용제로서 톨루엔을 함유하는 조합물; 및 발포입자로서 염화 비닐리덴, 아크릴로니트릴 및 스티렌을 45/45/10 또는 50/30/20(몰 %)의 비율로 함유하며 계면물질로서 염화 비닐의 메틸에틸케톤 5중량% 용액(RM-5201 ; Chisso Co., Ltd. 제), 폴리 메타크릴산 메틸의 톨루엔 5중량 % 용액(Delpet 560 F ; Asahi Chemical Industry Co., Ltd제) 또는 아크릴 에멀젼 수용액(고형 함량 ; 56중량 %)(SP 210 ; Konishi Co., Ltd제)을 함유하는 조합물이 포함된다.
발포입자 중량을 기준으로 한 계면물질의 양은 바람직하게는 0.05~20중량%, 더욱 바람직하게는 3~20중량 %의 범위이다. 0.05중량 % 미만일 경우, 발포입자간의 결합력을 약화시키기에 항상 충분하지는 않다. 20중량 % 이상일 경우, 계면물질로 피복된 발포입자끼리는 서로 용이하게 접합되어 발포입자가 응집하므로 입자를 취급하기가 곤란해지는 경향이 있다.
본 발명의 방법에 사용된 발포입자 성형체를 제1도에 나타낸다. 계면물질 2로 피복된 발포입자 3는 계면물질을 통해 서로 결합함으로써 발포입자 성형체 1을 형성한다. 발포입자의 표면 전체를 계면물질로 피복할 필요는 없다. 발포입자 성형체 내에서 발포입자끼리 직접 결합할 경우 부분 4가 존재한다.
발포입자의 표면에 계면물질이 부착되지 않은 부분이 있을 경우, 발포입자 성형체내의 발포입자 사이에 공극부 5가 형성된다. 공극부는 계면물질을 연화, 용융 또는 용해시킬 경우 가열 매체 또는 용제의 통로가 된다. 발포입자 성형체 내의 공극 점유 비율(공극율)은 바람직하게는 0.5~40%, 더욱 바람직하게는 3~30%이다. 0.5% 미만일 경우, 스팀 및 용제가 성형체 내부로 용이하게 침투되지 않는다. 40% 이상일 경우, 성형체의 강도가 저하되는 경향이 있다.
본 발명의 방법 사용된 발포입자 성형체의 제조방법은 하기와 같다;
(1) 폴리에틸렌의 발포입자의 경우에는, 일본국 특허 공고 제41777/1977호 및 30431/1977호에 기재된 공지의 방법에 의해 제조될 수 있다. 예를들어, 직경이 0.5~1.5mm인 스트링 형태의 압출 폴리에틸렌을 1.5~2.5mm의 길이로 절단한다. 필요에 따라, 이들을 과산화디쿠밀과 같은 가교제로 가교결합시킨다. 디클로로-디플루오로메탄과 같은 휘발성 발포제 및 수지입자를 내압용기에 넣은 다음, 70~90℃에서 0.5~2시간 동안 가열하여 상기 발포제를 수지입자내에 합침시킨다. 생성된 수지입자를 발포조에 옮기고 0.4~0/7kg/㎠의 수증기 가압하에 30~60초 동안 가열하여, 발포입자를 제조한다. 한편, 염화 비닐리덴계 수지의 발포입자는 일본국 특허 공개 제170433/1988호에 기재된 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다. 염화비닐리덴의 입자에, 오토클레이브내에서 휘발성 가스 형태의 발포제를 기체상 또는 액상으로 합침하여 발포입자를 수득한다. 다음, 이를 스팀 및 온수등과 같은 가열 매체로 가열발포시켜 예비 발포입자를 수득한다.
(2) 계면물질이 분말일 경우, 상기 (1)에서 수득한 발포입자 및 계면물질을 혼합기내에 넣고, 계면물질의 융점 이상 및 발포입자를 구성하는 수지의 융점 이하의 온도에서 가열하면서 혼합한다. 다음, 교반하면서 가열온도를 낮추어 계면물질로 피복된 발포입자를 혼합기로부터 꺼낸다. 계면물질은 바람직하게는 평균 입자 크기가 100메쉬 이하인 분말상 또는 플레이크이다. 바람직한 혼합기는 플로우 쉐어믹서(Plow Share mixer) 및 헨쉘 믹서(Henschel mixer)와 같이 온도 조절기 및 회전 날개가 장치된 것이다. 계면물질이 에멀젼 또는 용액의 형태로 사용될 경우, 계면물질 및 발포입자는 혼합기내에서 실온하에 혼합된다.
(3) 폴리올레핀과 같이 가스 투과성이 큰 수지의 발포입자로부터 성형체를 제조할 경우, 성형전에 발포입자에 팽창력을 부여하는 공정이 필요하다. 예를들어, 올레핀의 발포입자를, 금형내에서와 동일한 가압상태하에서 다수의 소공을 갖는 폐쇄되었지만 밀폐되지는 않은 금형내에 주입하여 가압상태를 해방시킨 후, 소공을 통해 도입된 스팀으로 입자를 가열하는 것으로 구성된 발포방법; 발포입자에 가압공기를 추가 첨가하고, 즉시 입자를 금형내에 도입하여, 이를 스팀으로 가열하는 것으로 구성된 발포 방법; 또는 금형내에 충진시킨 발포입자를 금형내에서 압축시킨 후 이를 스팀으로 가열하는 것으로 구성된 발포방법이 있다. 한편, 염화 비닐리덴과 같이 가스 투과성이 낮은 수지를 사용할 경우, 금형내에 발포입자를 충진하여, 소공을 통해 금형으로 도입된 증기로 가열하여 충진된 발포입자를 발포 팽창시키고, 입자끼리를 융착시킨 후 이를 급냉시키는 공정을 이용하여 성형체가 제조된다.
포장재, 완충재 등으로 사용되는 발포입자 성형체로부터 하기 방법에 따라 재사용 가능한 발포입자를 회수할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 발포입자 성형체는 계면물질로 피복된 발포입자로 구성된다. 발포입자를 회수할 경우, 가열에 의해 계면물질을 연화 또는 용융시키거나, 계면물질은 용해시킬 수 있지만, 발포입자를 구성하는 수지는 용해시킬 수 없는 용제로 계면물질을 용해시킨 상태하에서, 발포입자 성형체에 전단력을 가하여 기계적으로 각각의 발포입자로 분리한다.
계면물질을 연화, 용융 또는 용해시키는 조건은, 발포입자를 구성하는 수지 및 계면물질의 조합에 따라 상이하다. 계면물질을 연화 또는 용융시킬 경우, 각종 온도에서 계면물질을 용융시켜, 발포입자에 기계적 손상을 가하지 않고 전단력에 의해 발포입자로 분리되는 온도를 결정한다.
계면물질의 용융 또는 연화는 발포입자를 구성하는 수지의 융점 이하에서 가열을 수행하는 것이 바람직하다. 스팀이 가열 매체로서 바람직하게 사용된다. 수증기는 발포입자 성형체에 존재하는 공극을 따라 급속하게 발포입자 성형체의 내부로 진입한다. 그 결과 계면물질은 연화되고 발포입자간의 결합력은 약화된다.
계면물질을 용해시킬 경우에도 동일한 종류의 각종 용제로 계면물질을 예비 용해시키고, 각각의 발포입자로 분리하는데 적합한 용제를 선택할 필요가 있다. 계면물질이 완전히 용해될 필요는 없다. 전단력을 발포입자 성형체에 가했을 경우 기계적 손상없이 각각의 발포입자로 분리될 수 있도록 계면물질을 용해시킨다. 용제는 발포입자 성형체내의 공극을 통해 발포입자 성형체의 내부에 진입하여, 발포입자간의 결합력을 약화시킨다.
열을 이용하여 연화 또는 융해시키는 방법은 사용된 용해를 폐기처리하는 것을 필요로 하지 않으므로 용제를 이용한 용해법보다 바람직하다.
발포입자의 결합력은 JIS K 6767에 나타낸 발포입자의 인장 파단 강도에 대응한다. 계면물질을 연화, 용융 또는 용해시킨 상태하에서, 인장 파단 강도는 0~0.5kg/㎠, 바람직하게는 0~0.2kg/㎠이다. 결과적으로, 계면물질의 연화, 용융 또는 용해 조건, 즉 가열 온도 또는 용제의 종류는 발포입자 성형체의 인장 파단 강도가 상술한 값에 달성되도록 결정된다.
발포입자간의 결합력이 약한 발포입자 성형체에 대해서는, 전단력을 가한다.
발포입자 성형체를 회전하고 있는 회전 날개 또는 회전 브러쉬와 접촉시킴으로써 발포입자 성형체의 표면으로부터 발포입자를 순차적으로 분리한다.
제2도는 계면물질을 연화 또는 용융시킴으로써 발포입자 성형체로부터 발포입자를 분리하는 장치의 예이다. 발포입자 성형체는 공급구 6으로부터 제공된다. 탱크 11은 스팀관 9로부터 수증기를 공급함으로써 가열된다. 탱크 내부가 소정의 온도에 도달하여 계면물질이 연화 또는 용융되기 시작할 경우, 금속 날개로 구성된 복수의 프로펠러 8이 장치된 교반기 12를 모터 13으로 시동한다. 프로펠러의 간격은 발포입자 성형체의 공급구 근방, 즉 탱크 상부에서 크고 탱크의 하부에서는 작다. 발포입자 성형체 및 회전하는 프로펠러를 접촉시킬 때 발포입자 성형체의 표면으로부터 발포입자를 순차적으로 분리한다. 발포입자의 분리 효율을 개량하기 위해 탱크 11의 내벽에 다수의 요철형 물질 14을 설치하거나 프로펠러가 접촉되지 않도록 스틱 15를 설치할 수 있다.
발포입자의 분리가 진행됨에 따라, 발포입자 성형체의 체적이 점차적으로 감소한다. 그 결과, 성형체는 탱크의 하단으로 이동하여, 발포입자는 좁은 간격으로 배치된 회전 날개에 의해 발포입자 성형체에서 분리된다. 분리된 발포입자는 출구 7로부터 꺼낸다. 출구 7은 실린더에 의해 개폐된다. 상기와 같이 수득된 발포입자를 수용기 16내의 체에 통과시킨 다음, 수소용 블로우어 17에 의해 다음 공정으로 이동시킨다. 라인 20은 탱크내의 체류입자를 흡입하여 날리기 위한 공기를 도입하기 위한 것이다. 또한, 탱크내에는, 온도 검출기 및 압력 검출기를 부착하여 분리 처리의 조건을 관리하는 것이 바람직하다.
교반기의 회전 속도는 발포입자의 재질에 따라 결정될 수 있지만, 25~500rpm의 범위가 바람직하다. 발포입자의 교반기로부터의 손상을 억제하기 위해, 수증기를 탱크내에 공급하여 성형체를 가열한 후, 교반기를 시동시키는 것이 바람직하다. 교반 시간은 2~10분이 바람직하다. 2분 미만일 경우에는 분리가 불충분하고, 10분을 초과할 경우에는 분리된 입자가 수축하는 경향이 있다.
제3(A)도 및 제3(B)도는 본 발명에서 사용되는 기타의 분리 장치를 나타낸다. 금속 브러쉬로 구성된 프로펠러 8' 및 8"가 부착된 교반기 12' 및 12"는 탱크내에 수평 방향으로 배치된다. 브러쉬의 밀도는 프로펠러 8"쪽이 8'보다 크다. 프로펠러의 말단에는 활형의 판 18이 부착되어 분리 효율을 높인다. 프로펠러 8"의 말단의 활형판 18은 탱크 하부에 설치된 원호상의 메시판 19에 대해 발포입자의 집괴물을 마찰시킴으로써 이들을 분리하는데 사용될 수 있다. 상기 메시판을 통해 분리된 발포입자는, 탱크 저부로 낙하된다. 탱크 내벽에는 필요에 따라 요철형 물질 14를 다수 설치할 수 있다. 발포입자간의 결합력이 커서 발포입자의 분리가 곤란한 경우, 상기 탱크의 장치를 이용하는 것이 바람직하다.
계면물질을 용제로 용해시킴으로써 발포입자 성형체로부터 발포입자를 분리할 경우, 발포입자 성형체에 먼저 용제를 분무하거나 용제로 습윤시킨 다음 제3(A)도에 나타낸 장치내에 공급하여, 교반기를 회전시킴으로써 입자를 분리한다.
통상적으로, 분리는 실온에서 수행할 수 있다. 필요에 따라서는 가열하에 수행할 수 있다.
상기와 같이 수득된 본 발명의 방법에 따른 재생 발포입자는 손상이 극히 적고, 초기 발포입자의 발포 배율과 유사한 발포 배율을 가져서, 통상의 발포입자 뿐만 아니라 동일한 발포입자 성형체를 성형할 수 있다. 재생 발포입자 및 초기 발포입자의 발포 배율의 비율 S는 바람직하게는 0.7≤S≤1.3, 더욱 바람직하게는 0.85≤S≤1.15이다. 초기 입자와 혼합하여 사용하면 초기 입자와 동일한 발포입자 성형체를 제조할 수 있다. 양자의 발포 배율의 차이가 매우 클 경우, 양 입자의 직경 차이로 인해 성형체의 외관이 저하된다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
이하에, 실시예를 들어 상세히 본 발명을 설명하지만, 본 발명의 범위는 여기에 한정되지 않는다.
실시예 및 비교예 중의 발포입자 성형체 및 발포입자의 성질은 하기와 같이 측정된다.
(1) 발포입자의 실제 밀도
약 5g의 발포입자를 소수점 이하 2자리로 평량한다. 다음, 최소 눈금 단위가 1㎤인 200㎤ 글라스제 메스실린더에 50~100㎤의 물을 주입하고, 거기에 중심부가 길이가 15~30cm인 철망이 직립 고정되었으며 메스실린더의 구경보다 약간 작은 원형의 철망 프레스판을 넣고, 발포입자의 프레스판을 수몰시켜 수위 H1(㎤)을 측정한다. 다음에 프레스판을 제거하여, 평량한 상기 발포입자를 메스실린더 내에 넣고, 프레스판을 이용하여 완전히 수몰시킨 상태에서 수위 H2(㎤)을 측정한다. 하기식으로부터 발포입자의 실제 밀도 ρ(g/㎤)을 구한다.
ρ=W/(H2-H1)
[식중, W : 발포입자의 중량(g), H1: 발포입자를 주입하기 전의 수위(㎤), H2: 발포입자를 수몰시킨 후의 수위(㎤)]
(2) 발포입자 성형체의 벌크 밀도
JIS K 6767에 준하여 이하의 식으로부터 발포입자 성형체의 벌크 밀도 D(g/㎤)을 구한다.
D=G/V
(식중, G : 발포입자 성형체의 중량(g), V : 발포입자 성형체의 체적(㎤))
(3) 발포입자 성형체의 공극율
약 10cm×약 10cm×약 5cm의 발포입자 성형체의 각 모서리의 길이를 버니어 캘러퍼스(vernier calipers)로 소수점 이하 2자리까지 구한다. 이로부터 수득된 적산치를 이용하여 외부 체적을 계산한다. 다음, 정확한 내촌법이 12cm×6cm(저면)×20cm(높이)이고 최소 눈금 단위가 0.1㎤인 레벨계를 갖춘 수조에 500㎤의 물을 주입하고, 다시 계면 활성제(Kao Corporation제)를 1㎤ 가한 다음, 직경이 약 5cm인 원형 철망판의 중심부에 길이가 15~30cm인 철사를 직립 고정시킨 성형체의 철망 프레스판을 수몰시켜 수위 C1(cm)을 측정한다. 철망 프레스판을 제거한 후, 외부 체적을 측정한 상기 성형체를 수조에 넣어 철망 프레스판을 이용하여 완전히 수몰시킨 상태에서 수위 C2(cm)를 측정한다. 하기식으로부터 공극율 X(%)를 구한다.
B=(C2~C1)×6×12=72(C2~C1)
X=100(A-B)/A
(식중, A : 발포입자 성형체의 외부 체적(㎤)
B : 발포입자 성형체의 실제 체적(㎤)
C1: 발포입자 성형체를 수몰시키기 전의 수위(cm)
C2: 발포입자 성형체를 수몰시킨 후의 수위(cm)
(4) 재생 발포입자로 제조한 성형체의 독립 기포율
에어 피크노미터법(ASTM D-2856)을 이용하여 측정한다.
(평가) ◎ : 90% 이상
○ : 80% 이상 80% 미만
△ : 60% 이상 80% 미만
× : 60% 미만
(5) 재입자화율
약 100mm×100mm×50mm의 발포입자 성형체의 소블럭을 다수 제조한다. 그 소블럭 10개를 교반축을 따라 4단의 교반 날개가 장치된 내용적이 20리터인 오토클레이브에 투입한다. 회전수 300rpm으로 교반하면서 2분간 증기 가열하여 발포입자를 계면으로부터 분리, 이탈시킨다. 수득된 재생 발포입자의 회수 체적을 측정한다. 하기식으로부터 재입자화율 D(%)를 구한다.
D=100F/E(%)
(식중, E : 발포입자 성형체의 전체 용적(㎤), F : 수득된 재생 발포입자의 전체 용적(㎤))
(평가) ◎ : 90% 이상
○ : 80% 이상 90% 미만
△ : 60% 이상 80% 미만
× : 60% 미만
(6) 발포 배율비
상기 (1)에서 구한 재생 발포입자 및 초기 입자의 실제 밀도를 이용하여, 발포 배율비 S를 구한다.
S=ρB/ρA
(식중, ρA: 초기 발포입자의 실제 밀도(g/㎤)
ρB: 재생 발포입자의 실제 밀도(g/㎤))
(평가) ◎ : 0.95≤S≤1.5
○ : 0.85≤S≤0.95 또는 0.05<S≤1.15
△ : 0.70≤S≤0.85 또는 1.15<S≤1.30
× : S<0.70 또는 1.3<S
(7) 재생 처리시 발포입자의 블러킹성
재생 발포입자 회수시 발생하는 4이상의 발포입자로 구성된 집괴 발포입자가 발포입자 전량에 대해 차지하는 비율을 이하의 척도록 평가한다.
(평가) ◎ : 1중량 % 미만
○ : 1중량 % 이상 5중량 % 미만
△ : 5중량 % 이상 20중량 % 미만
× : 20중량 % 이상
[실시예 1]
10kg의 저밀도 폴리에틸렌(Asahi Chemial Industry Co., Ltd제 ; 상표명 : SuntecLD ; 융점; 117℃; 의 세단품에, 0.07kg의 가교제(과산화 디쿠밀), 0.12kg의 블러킹 방지제, 11kg의 물을 함유하는 수 현탁액을 합침시키고, 160℃에서 45분간 가열하여 가교를 촉진시켜, 겔 분율이 50%이고, 평균 입자크기가 1.2mm인 가교 수지입자를 수득한다.
10kg의 가교 수지입자 및 10ℓ의 휘발성 발포제(디클로로플루오로메탄액(20℃))를 내압 용기에 넣고, 교반하면서 80℃로 승온시켜, 이 온도에서 1시간 동안 상기 발포제를 합침시켜 발포성 수지입자를 수득한다. 이를 발포조에 옮겨 압력이 0.55kg/㎠G인 스팀으로 40초간 가열하여, 실제 밀도가 0.25(g/㎤)인 가교 폴리에틸렌 발포입자를 수득한다.
상기 발포입자를 헨쉘 믹서 FM-20B(Mitsui Miike kakoki Co., Ltd제)에 투입하고, 고전단응력(1400rpm, 풍속 : 19.4m/초)으로 혼합하면서, 혼합 유동 상태의 발포입자의 표면 온도를 114~112℃인 상태로 유지한다. 상기 혼합 유동 상태의 발포입자의 표면에, 발포입자에 대한 계면물질로서 분말상(120메쉬체에 전량을 통과시킴)의 폴리에틸렌(Asahi Chemical Industry Co., Ltd제 ; 상표명 ; SuntecLD ; 융점; 104℃) 63중량 %를 1분간에 걸쳐 소량씩 공급하여 4분간 혼합을 계속한다. 혼합기의 회전 속도를 500rpm(풍속 : 6.9m/초)으로 감속시키고, 혼합 유동 상태인 발포입자의 표면 온도를 95℃까지 냉각하여, 표면 전체가 계면물질로 강고하게 피복된 발포입자를 수득한다.
수득된 발포입자를 내압 용기에 넣고, 15kg/㎠G의 질소 기체하에 8시간 동안 80℃에서 유지시킴으로써 팽창성을 부여한다. 이를 발포조에 옮겨 압력이 0.65kg/㎠G인 스팀으로 20초간 가열 팽창시켜 실제 밀도가 0.066g/㎤인 발포입자를 수득한다. 추가로, 수득된 발포입자를 내압 용기에 넣고, 15kg/㎠G의 질소 기체하에 8시간 동안 80℃에서 유지시킴으로써 팽창성을 부여한다. 수득된 입자를 발포조에 옮겨 압력이 0.65kg/㎠G인 스팀으로 12초간 가열 팽창시켜, 실제 밀도가 0.035g/㎤인 발포입자를 수득한다.
수득된 발포입자를 내압 용기에 넣고, 상온의 가압 공기를 이용하여 발포입자의 벌크 용적이 70%(압축율 : 30%)가 되도록 가압 압축한다. 이 압축 상태를 유지시키면서 금형 내촌법이 100mm×100mm×50mm인 공지의 발포입자 성형용 금형내에 압축 발포입자를 압축 충진한다. 다음, 금형내를 방압하여 0.2kg/㎠G의 스팀을 이용하여 10초간 금형내의 발포입자를 예비 가열한 후, 방압하면서 1.0kg/㎠G의 가열용 스팀을 주입하여 5초간 가열하여, 발포입자끼리 융착시킨다. 냉각후, 발포입자 성형체를 꺼낸다. 이를 75℃의 항온실에서 6시간 숙성시켜 3일간 방치한다. 수득된 발포입자 성형체의 벌크 밀도는 0.034g/㎤이고 공극율은 7%이다.
수득된 발포입자 성형체 10개를 교반축을 따라 4단의 교반 날개가 장치된 내용적이 20ℓ인 오토클레이브내에 투입하고, 오토클레이브내에 스팀을 도입하여 회전수 30rpm으로 교반하면서 각각 106℃, 110℃, 116℃, 120℃에서 3분간 가열하여 발포입자를 성형체로부터 분리 및 회수한다. 수득된 재생 발포입자의 성상을 표 1에 나타낸다. 재생 발포입자는 초기 발포입자와 동일한 방법에 의해 성형 가능하다.
[실시예 2]
계면물질로서, 각각 융점이 113℃ 및 85℃인 폴리에틸렌을 사용하는 것을 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 발포입자를 수득한다.
융점이 113℃인 폴리에틸렌의 경우에는, 115℃에서 기재 발포입자와 접촉시켜 기재 발포입자를 수축시킨다. 융점이 85℃인 폴리에틸렌의 경우에는, 기재 발포입자와의 융착이 불충해서, 성형체의 발포입자간의 고착이 불충분하다. 상기 입자를 이용하여, 표 1에 나타낸 조건하에서 실시에 1에서와 동일한 방법으로 발포입자를 성형체를 제조하고, 재생 발포입자를 수득한다. 수득된 입자의 성상을 표 1에 나타낸다.
[실시예 3]
25중량 %의 계면물질을 사용하는 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법에 의해 재생 발포입자를 수득한다. 수득된 재생 발포입자의 성상을 표 1에 나타낸다.
[비교예 1]
계면물질을 피복시키지 않는 점은 제외하고, 실시예 1에서와 동일한 방법에 의해 저밀도 폴리에틸렌으로부터 실제 밀도가 0.032g/㎤인 발포입자를 수득한다.
다음, 수득된 발포입자를, 1.2kg/㎠G의 가열 스팀을 이용하는 것을 제외하고 실시예 1에서와 동일한 방법으로 성형한다. 수득된 발포입자 성형체의 벌크 밀도는 0.034g/㎤이고 공극율은 0.4%이다.
수득된 성형체의 소블럭을 실시예 1에 개지된 오토클레이브에 투입하고, 회전수 30rpm으로 교반하면서 106℃에서 2분간 가열해도, 발포입자는 분리되지 않는다.
[실시예 4]
실시예 1에서 사용된 저밀도 폴리에틸렌을 이용하여, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 실제 밀도가 0.25g/㎤인 가교 폴리에틸렌 발포입자를 수득한다.
상기 발포입자를 내압용기에 넣고, 15kg/㎠G의 질소 기체하에 80℃에서 8시간 동안 유지시켜 팽창성을 부여하다. 이를 발포조에 옮겨서 압력이 0.65kg/㎠G인 스팀하에서 20초간 가열 팽창시켜, 실제 밀도가 0.066kg/㎤인 발포입자를 수득한다. 그 발포입자를 내압 용기에 넣고 15kg/㎠G의 질소 기체하에 80℃에서 8시간 동안 유지시켜 팽창성을 부여한다. 이를 발포조에 옮기고, 압력이 0.65kg/㎠G인 스팀으로 12초간 가열 팽창시켜 실제 밀도가 0.035g/㎤인 발포입자를 수득한다. 벌크 용적 50ℓ의 생성된 발포입자를 다수의 쟁기 형태 교반 날개가 장치된 내용적이 80ℓ인 교반 혼합기(Pacific Machinery & Engineering Co., Ltd제; 상표명 ; Plow Share Mixer WB-75형)에 투입하여, 혼합기내의 발포입자 표면 온도가 100~102℃인 상태로 온도를 유지한다.
계면물질로서 분말상 폴리에틸렌(융점 : 92℃ ; Asahi Chemical Industry Co., Ltd제 ; 상표명 ; SuntecLD)을 기재 발포입자 총중량의 14중량 %의 양으로 소량씩 공급하여, 4분간 혼합한다. 혼합 유동 상태의 발포입자의 표면 온도가 85℃가 되도록 냉각하고, 꺼내어, 표면 전체가 계면물질로 강고하게 피복된 발포입자를 수득한다.
다음, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 발포입자를 금형내 성형하여, 벌크 밀도가 0.040g/㎤이고 공극율이 5%인 성형체를 수득한다.
수득된 성형체의 블럭을, 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 장치를 이용하여 회전수 30rpm으로 교반하면서 각각 98℃, 105℃, 118℃에서 2분간 가열하여, 발포입자를 성형체로부터 분리 및 회수한다. 수득된 재생 발포입자의 성상을 표 2에 나타낸다. 재생 발포입자는 초기 발포입자와 동일하게 성형 가능하다.
[실시예 5]
에틸렌 성분이 8중량 %인 무가교 에틸렌-프로필렌 랜덤 공중합 수지입자(평균 입자 크기 : 1.3mm ; DSC 저융접측 피크 온도 ; 134℃ ; ; 상표명 : Chisso PORIPURO를 내압 용기에 넣고, 30kg/㎠G의 탄산 가스 압력하에 10℃에서 5시간 방치한다. 내압 용기로부터 꺼낸 입자를 즉시 발포조로 옮기고 압력이 1.8kg/㎠G인 스팀으로 30초간 가열하여, 실제 밀도가 0.035g/㎤인 발포입자를 수득한다. 상기 발포입자를 내압 용기에 넣고 15kg/㎠G의 질소 기체하에 95℃에서 8시간 동안 유지시켜 팽창성을 부여한다. 이를 발포제에 옮겨 압력이 1.9kg/㎠G인 스팀으로 20초간 가열 팽창시켜, 실제 밀도가 0.080g/㎤인 발포입자를 수득한다.
생성된 발포입자를 실시예 4에서 사용한 플로우쉐어 믹서에 투입하고, 믹서내의 발포입자 표면 온도가 127~129℃가 되도록 온도를 유지한다.
계면물질로서, 기재 수지 총중량의 10중량 %인 분말상 폴리프로필렌(융점 : 127℃ ; Chisso Co., Ltd제 ; 상표명 ; Chisso PORIPURO)을 기재 발포입자에 소량씩 첨가하여 4분간 계속해서 혼합한다. 혼합 유동상태인 발포입자의 표면 온도를 100℃까지 냉각하여, 표면 전체가 계면물질로 강고하게 피복된 발포입자를 수득한다. 이 발포입자를 내압 용기에 넣고, 15kg/㎠G의 질소 기체하에 95℃에서 8시간 동안 유지시켜 팽창성을 부여한다. 이를 발포조에 옮겨 압력이 1.95kg/㎠G인 스팀으로 12초간 가열 팽창시켜, 실제 말도가 0.035g/㎤인 발포입자를 수득한다.
실시에 1에서와 동일한 방법으로 발포입자를 금형내 성형하여, 벌크 밀도가 0.034g/㎤이고 공극율이 5%인 성형체를 수득한다.
수득된 성형체의 블럭을 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 장치를 이용하여 회전수 100rpm으로 교반하면서 128℃ 및 132℃에서 2분간 가열하여, 발포입자를 성형체로부터 분리 및 회수한다. 수득된 재생 발포입자의 성상을 표 2에 나타낸다. 재생 발포입자는 초기 발포입자에서와 동일한 방법에 의해 성형 가능하다.
[실시예 6]
기재 발포입자로서 실제 밀도가 0.03g/㎤인 발포스티롤 입자 ; 비켓 연화점 : 105℃ ; Sekisui plastics Co., Ltd제) 및 계면물질로서 비켓 연화점이 95℃인 폴리스티렌 수지(Sekisui Plastics Co., Ltd제)을 이용하는 것을 제외하고 실시예 4에서와 동일한 방법에 의해 벌크 밀도가 0.025g/㎤인 발포스티롤 성형체를 수득한다. 이 성형체로부터 실시예 1에서와 동일한 방법에 의해 재생 발포입자수를 수득하는 것이 가능하다.
[실시예 7]
염화 비닐리덴, N-페닐말레인이미드, 아크릴로니트릴, 스티렌을 각각 40/2/45/13몰 %의 조성비로 함유하는 수지 100중량부에 디비닐벤젠 0.02중량부를 첨가하고 현탁 중합하여, 공중합 수지입자 ()을 수득한다. 이 입자에, 공중합 수지입자 총중량에 대해 10중량 %의 푸론 -142b를 합침시키고, 수득된 발포성 입자를 0.1kg/㎠G의 스팀으로 가열하여 실제 밀도가 0.05g/㎤인 발포입자를 수득한다.
상기 발포입자 100중량부에 대해, ABS 수지(Asahi Chemical Industry Co., Ltd제 ; 상표명 : Stylac3941) 함유 5% 톨루엔 용액 200중량부를 리본 혼합기에 투입하여 15분간 혼합한다. 다음, 35℃의 온풍으로 건조시켜 표면이 ABS 수지로 피복된 발포입자를 수득한다.
수득된 발포입자를 발포 스티롤용 자동 성형기를 이용하여 크기가 100mm×100mm×50mm인 성형 금형내에 투입하고, 0.2kg/㎠G의 스팀으로 30초간 가열하여, 벌크 밀도가 0.03g/㎤이고 공극율이 18%인 성형체를 수득한다.
수득된 성형체에 1-톨루엔을 분무한 직후, 이중 5개를 실시예 1에서 사용한 오토크레이브내에 투입하고 300rpm으로 2분간 교반하여, 성형체 표면으로부터 발포입자를 분리하여 재생 입자를 수득한다. 재생 발포입자는 발포제를 함유하며, 본 실시예에서와 동일한 방법에 의해 성형을 수행하는 것이 가능하다.
[실시예 8]
실시예 1에서 사용한 저밀도 폴리에틸렌으로부터, 실시예 1에서와 동일한 방법으로 가교 폴리에틸렌 발포 입자를 수득한다. 이를 실시예 4에서와 동일한 방법으로 처리하여 실제 밀도가 0.035g/㎤인 발포입자를 수득한다.
벌크 용적 50ℓ의 상기 수득된 발포입자를 실시예 4에서 사용한 교반 혼합기에 투입한다. 20℃에서 점도가 100cps이니 우레탄계 접착제(Sanyo Chemical Industries, Ltd제 ; 상표명 ; Unoflex ; 고형 함량 : 55중량 %) 150g을 혼합기에 첨가하고 60rpm의 교반 조건에서 2분간 교반 혼합하여, 발포 입자의 표면에 대략 균일한 두께로 접착재를 도포한다. 벌크 용적 600㎤의 수득된 발포입자를 5mm 피치내에 직경 1mm의 통기공을 갖는 금형내에 즉시 투입하고, 발포입자의 벌크 용적이 70%로 감소되도록 금형의 1면으로 압축시키고, 실온에서 24시간 동안 경화하여, 크기가 약 100mm×100mm×50mm인 성형체를 수득한다. 수득된 발포입자 성형체의 벌크 밀도는 0.034g/㎤이고 공극율은 10%이다.
상기 발포입자 성형체를 톨루엔 중에서 각각 10분, 30분, 50분간 침적시킨 후 꺼내어 표면에 부착된 톨루엔을 제거하고, 이중 10개를 실시예 1에서 사용한 오토클레이브내에 즉시 투입한다. 발생한 용제를 오토클레이브 외부로 제거하기 위해 공기를 도입하면서, 300rpm으로 2분간 교반하여 발포입자를 계면으로부터 분리하여 재생 발포입자를 수득한다. 수득된 재생 발포입자의 성상을 표 3에 나타낸다. 재생 발포입자는 본 실시예에서와 동일하게 성형을 수행하는 것이 가능하다.
[산업상의 이용분야]
본 발명의 방법에 따라 재생 발포입자는 높은 재입자화율로 간단하게 회수될 수 있다. 회수된 재생 발포입자는 극히 손상이 적으며, 항-블러킹성이 우수하며, 초기 발포입자와 유사한 발포 배율을 가지므로 초기 입자와 혼합함으로써 초기 입자와 동일하게 발포입자 성형체의 원료로서 사용될 수 있다. 또는, 수득된 발포입자를 이용하여 독립 기포율이 높은 성형체를 제조할 수도 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 의해 발포입자 성형체의 재이용이 용이해지고 폐기 및 매립되는 발포입자의 양을 감소시키는 것이 가능하다. 상기 기재한 바와 같이, 본 발명의 방법은 낮은 에너지 및 비용으로 간단하게 발포입자 성형체로부터 발포입자를 용이하게 회수할 수 있으며, 또한 원료의 재이용 및 환경 보호의 관점에서도 매우 유용하다.
[표 1]
[표 2]
[표 3]

Claims (11)

  1. 발포입자를 구성하는 합성수지보다 융점이 낮거나 용해도가 상이한 열가소성 수지로 피복된 발포입자를 사용하여 제조된 발포입자 성형체로부터 발포입자를 회수하는 방법으로서, 상기 열가소성 수지를 가열하여 연화 또는 용융시키거나 용제로 용해시켜 발포입자간의 결합력을 약하게 한 상태하에서 발포입자 성형체에 전단력을 가함으로써 발포입자로 분리하는, 발포입자 성형체로부터 발포입자를 회수하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 발포입자를 구성하는 합성 수지의 기체 투과성이 하기와 같은 방법 :
  3. 제1항에 있어서, 발포입자를 구성하는 합성 수지의 기체 투과성이 하기와 같은 방법 :
  4. 제1항에 있어서, 발포입자가 폴리올레핀계 수지로 구성된 방법.
  5. 제1항에 있어서, 발포입자가 염화 비닐릴덴계 수지로 구성된 방법.
  6. 제1항에 있어서, 열가소성 수지의 가열이, 발포입자를 구성하는 합성 수지의 융점 이하에서 수행되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 열가소성 수지가, 발포입자를 구성하는 합성 수지의 융점보다 5~30℃가 낮은 융점을 갖는 열가소성 수지인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 발포입자 성형체의 공극율이 0.5~40%인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 발포입자 성형체내의 열가소성 수지의 비율이 0.05~20중량 %인 방법.
  10. 발포입자를 구성하는 올레핀계 수지의 융점보다 5~30℃ 낮은 융점을 갖는 열가소성 수지로 피복된 발포입자를 사용하여 제조된 발포입자 성형체로부터 발포입자를 회수하는 방법으로서, 발포입자 성형체를 상기 올레핀계 수지의 융점 이하에서 가열함으로써 상기 피복되어 있는 열가소성 수지를 연화 또는 용융시켜 발포입자간의 결합력을 약하게 한 상태하에서 발포입자 성형체에 전단력을 가함으로써 발포입자로 분리하는, 발포입자 성형체로부터 발포입자를 회수하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 피복된 열가소성 수지가 올레핀계 수지인 방법.
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