KR100539121B1

KR100539121B1 - 폐토너 분말의 재활용방법

Info

Publication number: KR100539121B1
Application number: KR10-2003-0042699A
Authority: KR
Inventors: 권우택; 김수룡; 이종규; 추용식
Original assignee: 요업기술원
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2005-12-26
Also published as: KR20050001132A

Abstract

본 발명은 폐 토너의 재활용 방법에 관한 것으로 평균입경이 20㎛ 이하인 카본블랙과 산화철 함량의 합이 25∼50 중량%, 합성수지 함량이 40∼70 중량%로 구성되고, 상기 카본블랙과 산화철에 합성수지가 결합된 5∼90㎛의 복합입자가 60 중량% 이상인 폐토너 분말을 용제에 균일 분산시키고, 균일한 도막을 형성하기 위한 표면개질 및 분산제가 전체 폐 토너 함량의 0.1∼5 중량% 포함하도록 혼합하여 도료용 원료로 사용하는 것을 특징으로 하는 폐토너 분말의 재활용방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하여 폐기처분되는 폐토너를 도료용으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 시멘트 모르터 수경성 조성물에도 사용할 수 있으며, 전자파 차폐 재료의 원료로도 활용함으로써 산업적으로 재활용 할 수 있어 경제적으로 용이하며 환경오염을 방지 할 수 있는 장점이 있다.

Description

폐토너 분말의 재활용방법{Method of recycling used toner-compound}

본 발명은 급속히 증가하고 있는 폐 토너의 재활용 방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 폐 토너의 구성 성분인 카본블랙과 산화철 및 합성수지의 특성 및 안료에 합성수지가 균일하게 결합되어 있는 특성을 최대한 이용하여 균일한 색상발현 및 피도물과의 강한 접착성을 유지할 뿐만 아니라 전자파 차폐 등의 기능성을 부여하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도료는 안료, 중합제, 첨가제 및 용제로 구성된다. 이들 중 중합제는 도료의 기본을 이루는 요소로서 도막의 기본특성을 좌우하는 핵심성분이며, 국내에서 시판되는 대부분의 흑색도료는 안료로서 카본블랙이나 검정 산화철 분말을 사용하고, 중합제로서 합성수지를 사용하고 있다. 일반적으로 흑색도료의 안료로서 카본블랙이나 산화철 분말을 사용할 경우, 입자크기가 조대하며 입도분포가 넓어 박막 및 균일한 도장에 어려움이 있으며, 비중이 상이한 안료와 합성수지를 균일하게 혼합해야하는 어려움이 있었다. 또한 중합제로서 합성수지를 사용하고 있는데, 이러한 합성수지는 제조공정이 복잡하고 가격이 고가이며, 특히 합성수지를 제조하는 과정에서 환경오염을 발생시키는 미반응 모노머가 필수적으로 발생된다는 단점이 있다. 최근에는 이러한 문제점을 해결하는 방안으로서 수경성 시멘트 재료를 바인더로 하는 친 환경성의 수경성 무기질 도료제품이 개발되고 있지만(특 2000-0017726), 도막두께가 200㎛ 이상으로 비교적 두껍고 접착성도 약하게 되는 문제점이 있다.

또한 흑색도료 조성물을 표면에 도포하지 않고, 시멘트를 함유한 수경성 재료자체에 혼입해야 하는 수경성 모르터 제품에는 사용용도에 따라 다량의 카본블랙, 접착특성 향상을 위한 합성수지가 적용되게 된다. 이때 카본블랙 또는 산화철 등의 흑색안료 및 합성수지의 가격이 상대적으로 고가이며, 비중이 상이한 안료와 합성수지 및 시멘트의 균일혼합에 어려움이 있다. 또한 수경성물질에의 적용에 따른 유동성 저하 문제 등을 해결하기 위해 별도의 유동화재 첨가 및 균일혼합 설비와 제조를 위한 추가공정이 필요하여 사용상의 제약이 있었다.

또한 폐토너 중에 포함된 카본특성을 활용하여 아스팔트 보강 및 개질재로 사용하는 기술이 개발되었으나(대한민국 특허제2002-0062252호), 상용화되지 못하고 대부분 매립처리 되고 있는 실정이었다.

이에 본 발명에서는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 폐토너를 사용하였다. 즉, 흑색안료의 입자크기가 수십 ㎛이하로 미세한 카본블랙과 산화철로 구성되어 있고, 피도물과의 결착특성을 향상시켜주는 합성수지가 미세한 흑색안료에 결합되어 이루어진 5∼90㎛의 토너 입자가 60% 이상인 균일한 입도분포를 구성하고 있는 폐 토너를 이용함으로서, 균일한 색상발현 및 피도물과의 강한 접착성을 유지할 뿐만 아니라, 전자파 차폐 등의 기능성을 부여한다는 사실을 알고 본 발명을 완성할 수 있었다.

상기의 기술적 과제를 해결한 본 발명에 의하면 폐토너 분말을 용제에 균일 분산시키고, 균일한 도막을 형성하기 위한 표면개질 및 분산제가 전체 폐 토너 함량의 0.1∼5 중량% 포함하도록 혼합하여 도료용 원료로 사용하는 것을 특징으로 하는 폐토너 분말의 재활용방법이 제공된다.

이하 본 발명을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 폐토너 분말의 재활용방법은 폐토너 분말 중의 일정성분과 표면개질 및 분산제를 혼합하여 도료용 원료 또는 시멘트 모르터 수경성 조성물용 원료로 활용할 수 있는 방법에 관한 것이다. 상기 폐토너 분말은 균일한 색상발현 및 균일하고 견고한 도막형성을 위하여 평균입경이 20㎛ 이하인 카본블랙과 산화철 함량의 합이 25∼50 중량%, 합성수지 함량이 40∼70 중량%로 구성되고, 상기 카본블랙과 산화철에 합성수지가 결합된 5∼90㎛의 복합입자가 60 중량% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 소수특성을 갖는 폐토너의 표면특성을 친수성으로 변환하기 위해서 표면개질 및 분산제가 폐토너 함량의 0.1∼5 중량%를 혼합하여 도료용 원료로 사용할 수 있다. 상기 배합비율로 배합된 폐토너 함유 복합조성물은 특수한 혼합설비 없이도 균일하게 건식 혼합하거나 물 또는 유기용제류와 같은 용제를 사용하여 균일하게 혼합할 수 있으며 도료로서의 결합력을 부여하기 위하여 아크릴수지나 에멀젼 수지등의 수지를 첨가할 수도 있다. 본 발명에서의 폐토너는 토너 생산과정에서 발생되는 토너뿐만 아니라 사용한 후의 복사기와 프린터 카트리지 내부의 미 소진된 토너를 모두 포함할 수 있다.

상기 폐토너의 특성에 있어서 카본블랙과 산화철의 평균입경이 20㎛ 이상이거나 또는 합성수지가 결합된 폐토너의 복합입자에 있어서 5∼50㎛ 입자가 60 중량% 이상일 경우에는 얇은 막의 견고한 균일도막 형성에 어려움이 있다. 또한 폐 토너의 표면특성 개선을 위한 표면개질제 및 분산제의 첨가량이 0.1 중량% 미만에서는 표면개질제 및 분산제 첨가에 따른 효과발현이 어렵고, 5%를 초과하는 경우에는 첨가효과가 크게 둔화되며, 초기 경화특성 및 제조 경제성이 크게 저하된다.

또한, 본 발명의 또 다른 용도로서 시멘트(1종 포틀랜드 시멘트, 혼합 시멘트, 속경성 시멘트 등)와 골재가 혼합된 시멘트 모르터 수경성 조성물 100 중량%에 대해 상기 폐토너 분말을 1∼10 중량% 더 포함하게 하여 시멘트 모르터 수경성 조성물용 원료로 사용할 수 있다. 시멘트 모르터 수경성 조성물에 폐토너를 투입함에 따라서 강도 및 내구성이 크게 증가되며, 폐토너 함량이 시멘트 모르터 수경성 조성물의 1∼10 중량% 정도 되도록 함유하는 것이 바람직하다. 폐토너를 전체 중량의 1 중량% 이하 첨가할 경우 폐토너의 첨가효과가 적으며, 10 중량% 이상 첨가할 경우 시멘트 몰탈 경화체의 경도가 급격히 저하된다. 본 발명에서는 초기 작업성 및 내구성 확보를 위해 유동화제, 감수제등의 첨가제를 첨가할 수도 있다.

또한 본 발명에서는 폐 토너 함유 복합물을 도료 및 수경성 조성물에 있어서의 균일한 색상발현, 접착력 및 내구성 향상 등의 목적으로 사용할 뿐만 아니라, 타 재료와의 배합비율을 조절함으로서 폐 토너중의 카본특성을 전자파 차폐제 및 도전성 재료 등 사용목적에 적합하도록 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 특징 및 기타의 장점은 후술하는 실시예로부터 보다 명백하게 될 것이다. 단 본 발명이 하기 실시예로 제한되지 않는다.

[실시예 1]

본 발명의 폐토너 분말의 재활용 방법으로서 폐토너 44중량%, 결합보조제로서 아크릴 수지 10중량%, 표면개질제 1.0중량%, 침강방지제 0.5중량%, 경화제 0.5중량% 및 용제로서 메틸에틸케톤을 44중량%를 혼합기에서 균일하게 혼합하여 도료를 제조하였다. 이렇게 제조된 도료를 에어 스프레이 도장방법으로 콘크리트 벽면에 2회 도장작업을 실시하였고, 경화된 도막의 특성을 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

폐토너 40중량%, 결합보조제로서 에멀젼 수지 4중량%, 표면개질제 0.4중량%, 소포제 0.2중량%, 경화제 0.4중량% 및 용제로서 물(상수도물)을 54중량%와 혼합기에서 균일하게 혼합하여 도료를 제조하였다. 이렇게 제조된 도료를 에어 스프레이 도장방법으로 콘크리트 벽면에 2회 도장작업을 실시하였고, 경화된 도막의 특성을 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

폐토너 8중량%, 1종 포틀랜드 시멘트30중량%, 시멘트용 분말 수지 2중량%, 표면개질제 0.4중량%, 소포제 0.2중량%, 경화제 0.4중량%, 용제로서 물(상수도물)을 59중량%와 혼합기에서 균일하게 혼합하여 도료를 제조하였다. 이렇게 제조된 도료를 에어 스프레이 도장방법으로 콘크리트 벽면에 2회 도장작업을 실시하였고, 경화된 도막의 특성을 하기 표 1에 나타내었다.

[실시예 4]

본 발명의 폐토너 분말의 재활용 방법으로서 폐토너를 4 중량%, 1종 보통 시멘트를 31 중량%, 조성물의 유동특성, 도전특성 및 내마모성 증가 등의 기능성 부가를 위한 첨가재(탄소재료, 응결조절재, 유동화재 및 합성수지등)의 양은 2 중량%, 잔골재 63 중량% 첨가하여 균일하게 혼합한 후 잔골재를 포함한 고형물의 총 무게 100에 대하여 물을 100중량부 첨가하여 혼합기로 혼합하였다. 상기 배합비율로 배합된 수경성조성물은 KS L 5105 규격에 준하여 공시체를 제조하여 실험하였으며, 실험결과를 표 2에 나타내었다.

[실시예 5]

폐토너를 8 중량%, 1종 보통 시멘트를 28 중량%, 조성물의 유동특성, 도전특성 및 내마모성 증가 등의 기능성 부가를 위한 첨가재(탄소재료, 응결조절재, 유동화재 및 합성수지등)의 양은 4 중량%, 잔골재 60 중량% 첨가하여 균일하게 혼합한 후 잔골재를 포함한 고형물의 총 무게 100에 대하여 물을 110중량부 첨가하여 혼합기로 혼합하였다. 상기 배합비율로 배합된 수경성조성물은 KS L 5105 규격에 준하여 공시체를 제조하여 실험하였으며, 실험결과를 표 2에 나타내었다.

[비교예 1]

건축용 마감재로서 일반적으로 사용하고 있는 흑색의 에멀젼 도료를 스프레이 도장방법으로 콘크리트 표면에 도장작업을 실시하고 상온 건조 후 경화된 도막의 특성을 실시예1∼3과 함께 하기 표 1에 나타내었다.

	도막두께(㎛)	접착성(7일경화, ㎏f/㎠)	동결 융해성	표면상태
실시예1	100∼150	15	양호	평활, 균일
실시예2	100∼150	12	양호	평활, 균일
실시예3	150∼200	12	양호	평활, 균일
비교예1	200∼400	10	도막박리	불균일

상기 표 1을 참조하면 폐토너를 안료로서 적용한 도료는 수지 및 분산제등의 첨가제 사용량을 최소화하여도 사용기존의 흑색 에멀젼 도료에 비하여 얇고 균일한 도장이 가능하며 표면상태도 균일하고 양호함을 확인하였다. 아울러 본 발명의 폐토너를 도료의 원료로 적용함으로서 접착성 및 동결 융해성 등 내구성도 양호해짐을 알 수 있다.

[비교예 2]

실시예 4의 폐토너를 사용하지 않고 시멘트와 첨가재만으로 이루어진 수경성조성물을 제조한 후 실시예4 및 5와 함께 실험결과를 표 2에 나타내었다.

	모르터 압축강도 비 3일 (%)	모르터 압축강도 비 28일 (%)	부착강도(㎏f/㎠)
실시예 4	105	110	35
실시예 5	108	115	44
비교예 2	100	100	23

상기 표 2를 참조하면 폐토너를 첨가하지 않은 시멘트 모르터의 압축강도를 100으로 하였을 때, 폐토너의 첨가량을 증가할수록 압축강도가 증가하였으며, 부착강도도 급격히 증가함을 알 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 변형 및 응용이 가능하다.

본 발명에 의하여 현재 폐기처분되는 폐토너를 도료용으로 사용할 수 있을 뿐 아니라, 시멘트 모르터 수경성 조성물에도 사용할 수 있으며, 전자파 차폐 재료의 원료로도 활용함으로써 산업적으로 재활용 할 수 있어 경제적으로 용이하며 환경오염을 방지 할 수 있는 장점이 있다.

Claims

폐토너 분말을 용제에 균일 분산시키고, 균일한 도막을 형성하기 위한 표면개질 및 분산제가 전체 폐 토너 함량의 0.1∼5 중량% 포함하도록 혼합하여 도료용 원료로 사용하는 것을 특징으로 하는 폐토너 분말의 재활용방법.
제1항에 있어서, 상기 폐토너 분말, 표면개질 및 분산제의 혼합물에 시멘트와 골재를 더 첨가하여 혼합된 시멘트 모르터 수경성 조성물 100 중량%에 대해 폐 토너 분말의 함량이 1∼10 중량%이 되도록 하여 시멘트 모르터 수경성 조성물용 원료로 사용하는 것을 특징으로 하는 폐토너 분말의 재활용방법.
제1항에 있어서, 상기 폐토너분말은 평균입경이 20㎛ 이하인 카본블랙과 산화철 함량의 합이 25∼50 중량%, 합성수지 함량이 40∼70 중량%로 구성되고, 상기 카본블랙과 산화철에 합성수지가 결합된 5∼90㎛의 복합입자가 60 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 폐토너 분말의 재활용방법.