KR100877872B1

KR100877872B1 - 수지 스크랩을 이용한 재생수지 제조방법

Info

Publication number: KR100877872B1
Application number: KR20070002484A
Authority: KR
Inventors: 한길성
Original assignee: 한길성
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2009-01-13
Also published as: KR20080065393A

Abstract

본 발명은 발포상의 수지 스크랩(scrap)을 해가교하여 얻어지는 재생수지의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 재생수지는 재생수지 자체의 포장 및 보관상의 우수성뿐만 아니라, 그 물성이 신소재 수지와 유사하여 제품에 다량으로 첨가되더라도 신소재 수지만을 사용한 제품과 동등한 정도의 물성을 나타내어 경제적인 측면에서 우수한 효과가 있다.

재생수지, 해가교, 펠렛, 신발 중창

Description

수지 스크랩을 이용한 재생수지 제조방법{A MANUFACTURING METHOD OF RECYCLED RESIN USING RESIN SCRAP}

도 1은 재생수지 제조방법의 순서도를 나타낸다.

도 2는 재생수지 제조장치의 모식도를 나타낸다.

도 3은 2차 압출기의 배출부에 부착된 원판의 사시도를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 재생수지를 나타낸 사진이다.

<부호의 설명>

1---원판 2---통공

본 발명은 발포상의 수지 스크랩(scrap)을 해가교하여 얻어지는 재생수지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수지 발포체 스크랩을 고온에서 1차 해가교시켜 용융물을 얻고, 상기 용융물을 2차 해가교시켜 펠렛(pellet)화된 재생수지를 얻는 방법에 관한 것이다.

가교화(cross-linking)된 수지, 예를 들어 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 및/또는 폴리에틸렌(PE) 발포체 등을 주원료로 하여 제조된 신발 중창, 신발 안창, 건 축용 층별단열제 및 자동차 부품 등의 각종 수지 제품 및 이들 제품의 제조시 발생된 스크랩 등은 재활용 기술이 완전히 개발되어 있지 않아 단순히 소각하여 열원으로 이용하거나, 파쇄하여 타용도로 사용하거나, 또는 일부의 경우 강제 압착 롤링으로 시트화하여 재생수지로서 사용하여 왔다.

상기 용도 중, 시트화하여 사용하는 재생수지는 시트형상이므로 부피가 커져서 포장의 어려움이 있으며, 운반이나 보관상의 어려움과 저장시 오염물 등 이물질이 묻기 쉽고, 시트가 잘 부서지며, 점착력이 약하여 제품을 제조시 첨가량을 늘리면 작업성이 급격히 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 재생수지를 펠렛상으로 제조하여 부피를 획기적으로 줄일 수 있고, 운반이나 저장이 용이하여 이물질에 의한 오염을 방지할 수 있으며, 신소재 수지와 물성이 거의 동일하여 제품의 제조시 재생수지의 첨가량을 증가시킬 수 있는 경제성이 있는 재생수지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 재생수지 제조방법은

1) 발포상의 수지 스크랩을 분쇄하는 단계;

2) 분쇄된 수지 스크랩을 250~390℃의 온도로 1차 압출기에서 1차 해가교시키는 단계;

3) 해가교된 용융물 100중량부에 대하여 신소재 수지 3~15중량부를 첨가하여 2차 압출기에서 펠렛화시키는 단계;

4) 펠렛을 냉각시키는 단계; 및

5) 냉각된 펠렛을 절단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 단계 1)의 수지는 발포상인 것이면 어떠한 것이라도 무방하며, 에틸렌 비닐아세테이트 및/또는 폴리에틸렌 수지인 것이 바람직하다.

상기 단계 1)은 수거된 수지 스크랩을 적절히 선별하여 1차 해가교시키기 전에 적절한 크기로 분쇄하는 단계로서, 분쇄기를 이용하여 약 20~45mm 크기로 분쇄하는 것이 바람직하다. 분쇄된 수지 스크랩은 다음의 단계 2)의 1차 압출기에 투입된다.

상기 단계 2)는 단계 1)로부터 분쇄된 수지 스크랩을 고온에서 1차 해가교하는 단계로서, 1차 해가교 온도는 250~390℃이다. 상기 1차 해가교 온도는 수지 스크랩의 주요 성분의 열화를 방지하면서 해가교시키는 온도로서, 재생수지가 발포상으로 존재하기 때문에 신소재 수지의 열화 온도보다는 상당히 높은 온도인 특징이 있다. 상기 온도가 250℃ 미만인 경우에는 수지 스크랩이 완전히 해가교되지 않으며, 390℃를 초과하는 경우에는 재생수지를 사용한 제품 자체를 제조할 수 없다. 이러한 고온의 온도를 사용하여 해가교된 재생수지는, 단순히 열압착에 의하여 제조된 시트상의 재생수지보다 우수한 물성을 나타낼 수 있다.

1차 압출기를 통하여 해가교된 용융물은 1차 압출기의 배출구를 통하여 흘러나오는데, 이 과정에서, 자연 착화 현상이 발생하여 용융물에 존재하는 연소될 수 있는 이물질들이 완전 연소된다. 이러한 자연 착화 현상은 1차 압출기의 배출구가 250~390℃의 고온을 유지하기 때문인데, 용융물이 배출구로부터 흘러나올 때 스크랩 성분으로부터 자연적으로 가스 물질이 배출되어 착화가 시작되며, 이러한 가스 물질은 유기과산화물인 디쿠밀퍼옥사이드(dicumylperoxide, DCP) 잔여물과 발포제인 아조디카본아미드(azodicarbonamide, AC) 및 N,N-디니트로소 펜타메틸렌 테트라민(N,N-nirtoso pentamethylene tetramine) 잔여물이 섞여있는 경우 발생할 수 있다. 이와 같은 자연 착화 현상으로 수지 스크랩에 존재하는 이물질들 중 연소될 수 있는 것들이 완전히 제거되어 재생수지는 신소재 수지와 유사한 물성을 갖게 된다.

상기 단계 3)은 단계 2)로부터 나온 1차 해가교된 용융물에 신소재 수지를 혼합하여 2차 압출기를 통하여 펠렛화시키는 단계로서, 2차 압출기를 통하여 펠렛화되는 바람직한 과정은 다음과 같다:

ⅰ) 1차 압출기를 통하여 나오는 1차 해가교된 용융물 100중량부에 대하여 신소재 수지 3~15중량부를 2차 압출기 투입구에 투입하고, 250~390℃의 온도에서 2차 해가교시키는 단계;

ⅱ) 상기 2차 해가교된 용융물을 2차 압출기 내의 1차 냉각장치에서 130~160℃의 온도로 냉각시키는 단계;

ⅲ) 상기 ⅱ) 단계에서 얻어진 용융물을 2차 압출기 내의 1차 가열장치에서 180~240℃의 온도로 가열시키는 단계;

ⅳ) 상기 ⅲ) 단계에서 얻어진 용융물을 2차 압출기 내의 2차 냉각장치에서 100~120℃의 온도로 냉각시키는 단계; 및

ⅴ) 상기 ⅳ) 단계에서 얻어진 용융물을 2차 압출기 내의 2차 가열장치에서 250~290℃의 온도로 최종가열하여 펠렛화시키는 단계.

상기 신소재 수지는 제조되는 제품의 용도에 따라서 적절한 것을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 에틸렌 비닐아세테이트 및/또는 폴리에틸렌 수지이다. 상기 신소재 수지는 용융물 100중량부에 대하여 3~15중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 3중량부 미만으로 첨가되는 경우에는 신소재 수지를 첨가하는 효과가 미미하며, 15중량부를 초과하는 경우에는 경제적이지 못한 문제점이 있다.

2차 압출기 내에서의 상기 과정의 다양한 온도들은 재생수지의 기본 물성이 변하지 않도록 하면서 펠렛상의 재생수지를 얻을 수 있는 바람직한 온도 범위로서, 상기 온도범위를 벗어나는 경우에는 제조된 재생수지의 물성이 저하되어 제품의 제조가 불가능해진다.

상기 단계 3)의 i)단계에서는 단계 2)로부터의 용융물 및 신소재 수지와 함께 개질제로서의 오일을 더 첨가시킬 수 있다. 오일을 첨가하므로써 재생수지는 신소재 수지와 유사한 성능을 나타내게 된다. 상기 오일은 재생수지의 물성을 향상시킬 수 있는 것이면 공지된 어떠한 것이라도 무방하나, 바람직하게는 유동파라핀오일이다. 상기 오일은 용융물 100중량부에 대하여 3~10중량부로 첨가하는 것이 바람직한데, 3중량부 미만인 경우에는 오일 첨가 효과가 미미하고, 10중량부를 초과하는 경우에는 경제적으로 불리하다.

상기 2차 압출기의 주입구에는 1차 압출기로부터 나온 용융물 중 연소되지 않은 이물질을 걸러 줄 수 있는 망이 설치될 수 있으며, 이것에 의하여 2차 압출기로 도입되는 용융물에는 이물질이 전혀 포함되지 않게 된다. 또한, 2차 압출기의 배출구에는 원판(1)이 장착되며, 상기 원판에는 다수의 통공(2)이 존재하여 2차 압출기로부터 통공의 크기에 해당하는 직경을 갖는 펠렛화 된 재생수지가 생산된다.

상기 단계 4)는 2차 압출기로부터 나온 긴 펠렛상의 재생수지를 냉각시키는 단계로서, 바람직하게는 펠렛상의 재생수지를 물에 침지시켜서 수행된다. 바람직한 물의 온도는 5~25℃이다. 냉각된 펠렛상의 재생수지는 단단하게 굳어지며, 다음의 절단 단계로 이어진다.

상기 단계 5)는 냉각된 펠렛상의 재생수지를 포장 및 보관하기에 적당한 크기로 절단기를 사용하여 절단하는 과정으로서, 5~7mm 길이로 절단되는 것이 바람직하다. 이로서 과립형태의 재생수지의 제조가 완성되며, 완성된 재생수지는 포장과정을 거치게 된다.

상기 단계 1) 내지 단계 5)의 과정의 각 장치들은 순차적으로 연결되어 자동화된 공정으로 수행될 수 있다. 특히, 1차 압출기는 2기 이상을 사용할 수 있으며, 2기 이상의 1차 압출기의 각 배출구는 2차 압출기의 투입구에 함께 연결된다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 더욱 상세하게 설명한다.

[ 실시예 ]

1. 재생수지의 제조

에틸렌 비닐 아세테이트 및 폴리에틸렌을 주원료로 하는 수지 스크랩을 분쇄기로 평균 30mm 크기로 분쇄하고, 1차 압출기의 온도를 350℃로 하여 1차 해가교시켰다.

1차 압출기를 통하여 나오는 1차 해가교된 용융물 100중량부에 대하여 신소 재 수지인 에틸렌 비닐 아세테이트 6중량부와 저밀도 폴리에틸렌 4중량부를 2차 압출기 투입구에 투입하고, 350℃의 온도에서 2차 해가교시키고, 2차 해가교된 용융물을 2차 압출기 내의 1차 냉각장치에서 150℃의 온도로 냉각시키고, 다음으로 2차 압출기 내의 1차 가열장치에서 200℃의 온도로 가열시키고, 2차 압출기 내의 2차 냉각장치에서 110℃의 온도로 냉각시키고, 마지막으로 2차 압출기 내의 2차 가열장치에서 260℃의 온도로 최종가열하여 펠렛화시켰다.

2차 압출기를 통하여 나오는 펠렛을 20℃의 물로 냉각시키고, 5mm 크기로 절단하여 재생수지를 제조하였다.

재료(중량부)	재생수지	신소재 수지
에틸렌 비닐 아세테이트	6	60
저밀도 폴리에틸렌	4	40
재생수지	100	-

2. 재생수지 발포체의 제조

상기 얻어진 재생수지와 신소재 수지 100중량부에 대하여 다음 표 2의 함량으로 각 성분들을 첨가하여 재생수지 발포체(실시예)와 신소재 수지 발포체(비교예)를 얻었다.

성분(중량부)	실시예	비교예
CaCO₃	20	20
AC(azodicarbonamide)	10	10
DCP(dicumylperoxide)	1	1
스테아르산	1.2	1.2
ZnO	1.5	1.5
카본블랙	0.5	0.5

3. 물성 측정

상기 2에서 얻어진 재생수지 발포체(실시예)와 신소재 수지 발포체(비교예)로 에틸렌 비닐 아세테이트 스폰지를 제조하고, 물성을 측정하여 그 결과를 다음의 표 3에 나타내었다.

시험항목	단위	결과		시험방법
시험항목	단위	실시예	비교예	시험방법
강도(C-타입)	Scale	26±1	27±1	KS M 6518
인장강도	kg/cm³	9	10	KS M 6518
신장율	%	143	125	KS M 6518
비중	g/cc	0.06	0.06	KS M 6519
수축율	%	1.0	1.0	에이징 오븐 (aging oven) (70℃, 40분)

상기 표 3에서 나타난 바와 같이, 신소재 수지와 재생수지를 혼합하여 사용한 실시예를 신소재 수지만을 사용한 비교예와 각 물성을 비교할 때, 강도, 인장강도, 비중 및 수축율에 있어서 거의 동일한 물성을 나타내었으며, 신장율에 있어서는 비교예보다 더욱 우수한 결과를 나타냈음을 알 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 제조방법에 의하여 제조된 재생수지는 재생수지 자체의 포장 및 보관상의 우수성뿐만 아니라, 그 물성이 신소재 수지와 유사하여, 수지 제품에 다량으로 첨가되더라도 신소재 수지만을 사용한 제품과 동등한 정도의 물성을 나타내어 경제적인 효과가 우수하다.

Claims

다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생수지 제조방법:

1) 에틸렌 비닐아세테이트 또는 폴리에틸렌 수지 스크랩을 분쇄하는 단계;

2) 분쇄된 수지 스크랩을 250~390℃의 온도로 1차 압출기에서 1차 해가교시키는 단계;

3) 하기 i)~v)의 단계들을 통해 펠렛을 얻는 단계;

ⅰ) 1차 압출기를 통하여 나오는 1차 해가교된 용융물 100중량부에 대하여 신소재 수지 3~15중량부를 2차 압출기 투입구에 투입하고, 250~390℃의 온도에서 2차 해가교시키는 단계,

ⅱ) 상기 2차 해가교된 용융물을 2차 압출기 내의 1차 냉각장치에서 130~160℃의 온도로 냉각시키는 단계,

ⅲ) 상기 ⅱ) 단계에서 얻어진 용융물을 2차 압출기 내의 1차 가열장치에서 180~240℃의 온도로 가열시키는 단계,

ⅳ) 상기 ⅲ) 단계에서 얻어진 용융물을 2차 압출기 내의 2차 냉각장치에서 100~120℃의 온도로 냉각시키는 단계, 및

ⅴ) 상기 ⅳ) 단계에서 얻어진 용융물을 2차 압출기 내의 2차 가열장치에서 250~290℃의 온도로 최종가열하여 펠렛화시키는 단계;

4) 펠렛을 냉각시키는 단계; 및

5) 냉각된 펠렛을 절단하는 단계.
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제1항에 있어서, 단계 3)에서 신소재 수지는 에틸렌 비닐 아세테이트 및 폴리에틸렌 중 1종 이상인 것을 특징으로 하는 재생수지 제조방법.
제1항에 있어서, 단계 3)의 i)단계에서 오일을 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 재생수지 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 오일은 유동파라핀인 것을 특징으로 하는 재생수지 제조방법.