KR100621498B1 - 하이브리드 탈수법을 이용한 활성기 함유 폐페인트 분말 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 활성기를 갖는 폐페인트 재활용 분말 제조방법에 관한 것으로, 폐페인트 수지 및 첨가제내 잔존하고 있는 기능성 활성기(-COOH, -OH, -NH2 등)를 탈수 및 분말 제조과정중에 소실되지 않고 보존유지 할 수 있도록 물리화학적 하이브리드 탈수법에 의한 폐페인트 분말 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

활성기를 갖는 폐페인트 분말 제조시 화학적 탈수보조제로서 황산칼슘, 황산마그네슘, 염화칼슘, 탄산칼슘, 산화알루미늄, 산화칼슘, 활성탄, 벤토나이트, 제올라이트 또는 이들 혼합물중 적어도 1종 이상을 선택하여 폐페인트내 고형물 대비 5~20중량% 첨가하고 여기에 물리적인 가압탈수기를 병용한 하이브리드계 탈수법으로 폐페인트내 수분을 1차적으로 제거하고, 상기 폐페인트를 화학적 탈수보조제가 혼합 되어있는 상태로 약 50~100℃의 온도조건하에서 감압건조방식에 의해 2차적으로 수분을 제거하고, 상기 폐페인트를 약 50~80℃ 온도조건하에서 분쇄과정을 거쳐 최종 10~100㎛ 입도를 갖는 활성기 함유 폐페인트 분말 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 한다. 최종 제품은 반응성이 우수한 활성기를 가지므로 분산성, 접착성, 타 수지간 혼화성 및 용융성 등의 복합기능성을 가져 고부가가치 창출이 가능한 활성기 함유 폐페인트 분말이다.

폐페인트, 하이브리드 탈수, 탈수보조제, 활성기, 분말

Description

하이브리드 탈수법을 이용한 활성기 함유 폐페인트 분말 제조방법 {Method of Preparing Active Powder from Waste Paint by Hibrid Dewatering Processes}

도1은 본 발명에 따른 활성기 함유 폐페인트 분말 제조방법을 나타낸 개략도

도2는 처리되지 않은 초기 폐페인트의 적외선 분광 스펙트럼 측정 결과

도3은 본 발명의 하이브리드 탈수법에 의해 제조된 폐페인트 분말의 적외선 분광 스펙트럼 측정 결과

도4는 150℃이상 온도조건하 감압건조에 의해 제조된 폐페인트 분말의 적외선 분광 스펙트럼 측정 결과

본 발명은 활성기를 갖는 폐페인트 분말 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 폐페인트 재생 소재화시 무기계 탈수보조제를 이용한 화학적 탈수법과 가압탈수 및 감압건조법을 이용한 물리화학적 하이브리드 탈수법을 적용하는 것에 의하여 원 페인트 조성물질중에 함유된 활성기(-COOH, -OH, -NH2 등)를 보존유지하고, 함수율을 최소화 할 수 있는 폐페인트 분말 제조 방법에 관한 것이다.

폐페인트의 재활용 소재화가 활성화되지 못하는 가장 큰 원인으로는 도장공정에서 고화되기전의 폐페인트를 활용한 저급용도의 재생페인트 제조 또는 단순 물리적 탈수 및 소각만을 통해 폐페인트내 수분 제거후 비활성의 건조분말을 제조하는 방법이 주로 소개되어져 왔기 때문으로 이러한 과정은 폐페인트내 수분과 미경화 페인트 수지를 완전경화시켜 무기물인 광물처럼 괴상의 단단한 비활성 경화물을 형성시킨후 강제분쇄하여 분말화하는 공정으로서 저가의 무기충진제를 대체하는 일반용도로 한정되어 그 적용 범위가 넓지 못한 문제점이 있었다.

종래, 폐페인트의 재활용 분말 제조방법 및 기술을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 대한민국 공개특허공보 제2001-0107907의 ‘폐페인트를 이용한 압착 시멘트의 제조방법’과 같은 폐페인트 분말 제조방법을 들 수 있으나, 이 방법은 폐페인트를 100~150℃의 열풍건조실에서 건조후 분쇄기로 입도가 1mm이하로 분쇄시켜 폐페인트 분말을 제조하는 방법으로서, 이는 폐페인트 탈수과정중 열풍건조에 의해 페인트 수지가 경화되어 활성기가 소실되며, 열풍 건조법만을 사용하므로 탈수효율이 낮으며, 단순 무기 첨가제로 제조되었기 때문에 고부가가치 제품으로서의 활용도가 낮은 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 폐페인트 재활용 분말 제조방법 및 장치로는 대한민국 공개특허공보 제1997-0064754의 ‘폐페인트의 재활용 방법 및 그 장치’가 있으며 이는 폐페인트 건조과정에서 마그네트론에 의한 전자파를 주에너지원으로 하고 열풍을 보조에너지원으로 사용하는 재활용 분말 제조방법 및 장치를 개시하였다.

그러나 전자파를 사용하여 폐페인트를 건조할 경우 건조효율은 우수하나 대량처리에 적합치 않고 특히 전자파에 의한 건조과정중 부분연소 및 완전경화가 진행되어 페인트 수지내 활성기가 소멸되는 문제점을 안고 있다.

본 발명과 유사하게는 기출원된 대한민국 공개특허공보 제1999-0071320의 ‘폐 페인트의 재활용 장치 및 그 방법’에서는 폐페인트를 약 80~250℃정도의 트윈 스크류 압출방식으로 건조 및 탈수시킨후 100~300℃정도의 진공드라이 방식으로 나머지 수분을 제거하여 분말화하는 방법에 대해 개시하였다.

상기와 같은 폐페인트 분말 제조방법에서는 탈수효율을 높이기 위해 폐페인트를 스크류 압출을 통해 1차 물리적 탈수후 2차적으로 100~300℃ 온도조건에서 진공드라이 방식으로 탈수하는 과정을 거치게 되는데 이때, 페인트는 열경화성 도료로서 건조조건 150℃이상에서 가열경화에 의해 단단한 도막을 형성하므로 상기와 같은 진공드라이 온도범위에서는 폐페인트의 주수지 및 첨가제에 잔존하고 있던 즉, 미경화된 활성기가 열경화에 의해 비활성의 무기물화 되기 때문에 적용처가 단순 무기첨가제 대체용으로만 한정되는 문제점을 가지고 있다.

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 고안도출된 것으로, 폐페인트 재활용 분말 제조방법에 관한 것으로, 폐페인트 수지 및 첨가제내 잔존하고 있는 기능성 활성기(-COOH, -OH, -NH2 등)를 탈수 및 분말 제조과정중에 소실되지 않고 보존유지 할 수 있도록 물리화학적 하이브리드 탈수법에 의한 폐페인트 분말 제조방법의 제공을 목적으로 한다.

상기 본 발명의 다른 목적은 물리적 탈수법으로 가압탈수기, 감압건조기를 적용함에 있어 무기계 탈수보조제를 병용하는 것에 의해서 탈수효율을 높이고, 건조온도를 낮춰 활성기를 보존유지할 수 있는 폐페인트 분말 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 먼저 화학적 탈수보조제로서 황산칼슘, 황산마그네슘, 염화칼슘, 탄산칼슘, 산화알루미늄, 산화칼슘, 활성탄, 벤토나이트, 제올라이트 또는 이들 혼합물중 적어도 1종 이상을 선택하여 폐페인트내 고형물 대비 5~20중량% 첨가하고 여기에 물리적인 가압탈수기를 병용한 하이브리드계 탈수법으로 폐페인트내 수분을 1차적으로 제거하고, 상기 폐페인트를 화학적 탈수보조제가 혼합되어 있는 상태로 약 50~100℃의 온도조건하에서 감압건조방식에 의해 2차적으로 수분을 제거하고, 상기 폐페인트를 약 50~80℃ 온도조건하에서 분쇄하여 최종 10~100㎛ 입도를 갖는 활성기 함유 폐페인트 분말 제조방법을 포함하는 것을 특징으로 하여 최종 제품은 반응성이 우수한 활성기를 가지므로 분산성, 접착성, 타 수지간 혼화성 및 용융성 등의 복합기능성을 가져 고부가가치 창출이 가능한 폐페인트 분말로서, 종래의 문제점을 해소하고자 한다.

이하, 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명의 구성을 좀더 자세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 활성기 함유 폐페인트 분말 제조방법을 나타낸 개략도이다.

도1에 도시된 바와 같이 각종 도장공정별로 발생되는 폐페인트는 저장시설(1)로 수거되어지며 사용되었던 도료에 따라 폐페인트를 이루고 있는 구성성분 및 형상이 상이하므로 각 도장공정 단계별로 폐페인트를 분리수집하여 재활용 분말화 할시 품질의 균일성을 확보할 수 있음은 물론이나 현실적으로 공정상으로나 양적으로 경제성이 없다. 따라서 본 발명에서는 공정별 단독조성 폐페인트는 물론 처리가능하나 우선적으로 혼합폐페인트를 그 대상으로 하며, 이때 수거된 폐페인트의 초기 함수율은 유기용제류를 포함하여 약 50~90%정도이다.

수거된 폐페인트의 1차 탈수를 위해 화학적 탈수보조제 주입기(2)를 통해 황산칼슘, 황산마그네슘, 염화칼슘, 탄산칼슘, 산화알루미늄, 산화칼슘, 활성탄, 벤토나이트, 제올라이트 또는 이들 혼합물 중 적어도 1종 이상을 선택하여 폐페인트내 고형분 함량에 대하여 5~20중량% 첨가, 혼합하여 물리적 탈수법인 가압탈수기로 이송한다. 본 발명자가 수 많은 실험을 통해 얻은 결과로 탈수보조제 첨가량은 탈수효율 , 작업성 및 최종 제품의 물성을 고려하여 20중량%이하가 바람직하다. 5중량% 이하로 첨가하는 경우 충분한 탈수효과를 얻을 수 없고, 20중량% 이상 첨가하는 경우 최종 제품의 점도나 물리적 성질이 저하되어 최종 제품을 밀봉재나 접착제에 사용하는데 부적합하게 된다.

혼합된 폐페인트는 1차 탈수공정인 가압탈수기(3)로 이송되고 단면 탈수기와 양면 탈수기를 동시에 이용하여 유압으로 탈수판 전체를 연결시킨 다음 유입펌프를 이용하여 탈수판의 가운데에 있는 연결관의 각 탈수실내가 가득찰때까지 폐페인트를 유입시킨다. 탈수실내에 폐페인트가 가득차게 되면 폐페인트의 공급이 정지 되고 유압실린더에 의해 탈수판이 가압되어 폐페인트에 포함된 수분을 탈수하게 된다. 탈수판을 분리 시키면 폐페인트의 케이크는 여과포에서 박리되어 아래의 혼합기로 떨어지게 되며 화학적 탈수보조제 첨가로 인해 폐페인트 케이크의 탈착이 용이한 특징이 있다. 또한 탈수여액은 탈수판 표면의 작은 홈을 통하여 탈수판 밑에 있는 탈수여액 유입구로 배출되어 나간다. 여기까지의 물리화학적 하이브리드 탈수법을 통해 폐페인트내 함수율은 35중량%이하로 감소된다.

1차 탈수를 마친 상기 폐페인트는 무기계 탈수보조제가 혼합되어진 상태 그대로 감압건조기(4)로 이송되어 2차 탈수과정을 거치게 되며 이때, 폐페인트의 감압건조 온도조건은 50~100℃정도이고 보다 바람직하게는 80℃이하로 건조한다. 그 이유로는 100℃ 이상의 건조온도 조건하에서는 폐페인트의 탈수효율이 증가되기는 하나 그 증가폭이 작으며, 무엇보다도 폐페인트내 미경화 수지가 가열에 의해 경화반응이 진행되기 때문에 본 발명에서 이루고자 하는 활성기 함유 폐페인트 분말을 제조할 수 없기 때문이다. 또한 폐페인트에 무기계 탈수보조제를 첨가하게 되면 폐페인트 입자간 공극을 확보하여 수분제거가 용이하며 또한 폐페인트의 점성을 저하시켜 균일한 분말 제조가 가능하도록 하는 특징이 있다. 2차 하이브리드 탈수법인 감압건조시 60~80mmHg 압력하, 1~4시간 정도 건조된 폐페인트는 5중량%이하의 함수율을 나타내며 다음 분말화공정을 위해 미분쇄기로 이송되고 감압탈수시 증발되는 물과 유기용제류는 집진기에 의해 1, 2차 처리하여 작업장 내 오염을 방지한다. 압력을 상기 조건보다 높게 하는 경우는 충분한 감압이 이루어지지 않아 건조가 불충분하게 되며, 그 이하의 압력을 유지하더라도 함수율을 낮추기는 어려운 반면 에너지 부하는 커지므로 경제성이 떨어지게 된다. 또, 1시간 미만의 건조로는 충분한 건조가 이루어지지 않고 4시간 이상 건조하더라도 특별한 함수율 저하가 일어나지 않는다.

도2는 처리되지 않은 초기 폐페인트의 적외선 분광스펙트럼 측정 결과이고, 도3은 본 발명 하이브리드 탈수법에 의해 제조된 폐페인트 분말의 적외선 분광스펙트럼 측정 결과이고, 도4는 150℃이상 온도조건하 감압건조에 의해 제조된 폐페인트 분말의 적외선 분광스펙트럼 측정 결과이다.

도3에서와 같이 본 발명의 하이브리드 탈수법에 의해 제조된 폐페인트 분말의 적외선 분광스펙트럼은 도2의 처리되지 않은 초기 폐페인트와 비교시 활성피크가 소실되지 않고 그대로 유지함을 확인 할 수 있으나, 반면 도4의 150℃이상 온도조건하 감압건조에 의해 제조된 폐페인트 분말의 경우 활성피크가 모두 소실되는 특성을 보인다.

본 발명의 하이브리드 탈수법으로 제조된 폐페인트 분말의 최종함수율은 5%이하로 탈수, 제조되며 10~100㎛로 미분쇄하기 위해 우선적으로 100~1000㎛로 1차 분쇄하게 된다. 이때 1차분쇄기(5)는 습건식콜로이드밀을 사용하고 분쇄중 발생되는 열에 의해 폐페인트가 경화될 우려가 있으므로 그라인더(grinder)에 냉각장치를 설치하여 분쇄시 온도를 60~80℃를 유지한다. 상기 1차 분쇄된 폐페인트는 2차 분쇄기(6)로서 에어-젯 분쇄기(air-jet pulverizer)의 고속 에어-젯 기류에 의해 입자간 충돌로서 미분쇄가 이루어지며 이때 온도는 60~80℃에서 분쇄되고 최종 10~100㎛의 입도를 갖는 활성기 함유 폐페인트 분말이 제조된다.

분쇄된 폐페인트는 입도조정을 위해 체거름 공정을 거치게 되고 입도가 큰 분말은 다시 2차분쇄기로 반송되고 나머지 분말은 입자크기와 사용조건에 따라 각각 분리하여 저장된다. 여기서 상기의 1, 2차 분쇄공정 및 입도조정분리 공정에서 분진에 의해 작업장내 오염이 발생될 수 있으므로 집진기를 설치하여 작업장내 환경오염을 방지한다.

즉, 본 발명에서는 물리화학적 하이브리드 탈수법을 이용한 폐페인트 분말 제조시 도3과 같이 도2와 유사한 활성기가 잔존하고 있는 고부가가치 재활용 소재화를 목표로 하고 있으며 각종 산업용 기능성 밀봉재(sealer)류 및 접착제류의 제조시 주원료인 고가의 수지대체재 및 기능성 첨가제로서 활용을 전제로 하므로 단순 무기첨가제의 대체기술과는 차별화 된다.

(실시예)

이하 실시예에 의한 본 발명을 효과를 설명하지만, 본 발명의 기술적 범위가 이들 실시예로 제한되는 것으로 이해해서는 안된다.

표 1은 본 발명의 실시예로서 본 발명의 구성에 상술한 바와 같은 폐페인트 분말 제조방법을 이용하였다. 초기 폐페인트는 함수율이 약 66%이며 상기에 나타낸 탈수보조제중 1종을 첨가량에 따라 혼합하여 가압여과탈수와 감압건조후의 함수율을 측정하였다.

실시예 1

폐페인트에 무기계 탈수보조제를 첨가하지 않고 가압탈수후와 감압건조후의 폐페인트를 수거하여 105℃에서 항량이 될 때까지 건조하여 함수율을 측정하였다.

실시예 2

폐페인트 고형물 대비 탈수보조제를 5% 첨가, 이후 실시예 1과 동일하게 하였다.

실시예 3

폐페인트 고형물 대비 탈수보조제를 10% 첨가, 이후 실시예 1과 동일하게 하였다.

실시예 4

폐페인트 고형물 대비 탈수보조제를 15% 첨가, 이후 실시예 1과 동일하게 하였다.

실시예 5

폐페인트 고형물 대비 탈수보조제를 20% 첨가, 이후 실시예 1과 동일하게 하였다.

표 1

	탈수보조제 첨가량	폐페인트의 가압탈수후 함수율	폐페인트의 감압건조후 함수율	분말화 상태
실시예1	폐페인트 고형물 대비 0%	41~45%	10~13%	나쁨
실시예2	폐페인트 고형물 대비 5%	34~39%	5~9%	양호
실시예3	폐페인트 고형물 대비 10%	33~37%	3~7%	양호
실시예4	폐페인트 고형물 대비 15%	31~35%	2~5%	우수
실시예5	폐페인트 고형물 대비 20%	30~34%	1~3%	우수

표 1에서 ‘나쁨’, ‘양호’ 및 '우수‘는 하이브리드 탈수과정을 거쳐 분말제조후 분말의 형상 분쇄정도 및 균일도 등을 육안 또는 기계적으로 판단한 것이다.

일반적으로 폐페인트를 재활용한 분말 제조방법은 기계적 탈수에 의해 고액분리 한 후 분말화하는 방법이 주류를 이루고 있으나, 본 발명에서와 같은 화학적 탈수보조제를 적용하여 탈수온도를 낮추고 활성기를 보존유지하는 물리화학적 하이브리드 개념의 탈수, 건조방법은 종래에 제안된 바 없다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 폐페인트를 이용한 재활용 분말 제조시 종래의 고온 열풍 및 전자파건조법을 사용하지 않고, 화학적 탈수보조제와 물리적 가압탈수 및 감압건조법을 적용한 하이브리드 탈수법에 의하여 열경화 반응이 진행되지 않는 제조조건하에서 폐페인트 분말을 제조함으로써 폐페인트 수지가 가지고 있는 복합 기능성 활성기를 보존유지함과 동시에 탈수효율도 높일수 있으며, 아울러 단순 무기첨가제 대체용과는 차별화된 분말상 제품으로 각종 기능성 밀봉재류 및 접착제의 주수지 대체 수지 또는 기능성 첨가제로서 다양한 적용 파급효과가 있다.

Claims (3)

1. 폐페인트에, 화학적 탈수보조제로서 황산칼슘, 황산마그네슘, 염화칼슘, 탄산칼슘, 산화알루미늄, 산화칼슘, 활성탄, 벤토나이트, 제올라이트 또는 이들 혼합물 중 1종 이상을 폐페인트 고형물 대비 5~20중량%로 첨가하고 가압탈수법을 이용한 1차 하이브리드 탈수단계와, 상기 1차 탈수된 폐페인트를 60~80mmHg, 50~100℃조건하에서, 1~4시간 감압건조시키는 2차 하이브리드 탈수단계로 구성되어 폐페인트 분말 제조후 활성기가 보존유지되는 것을 특징으로 하는 폐페인트 분말 제조방법.
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