KR101873224B1 - 폐 lcd 유리의 재활용 방법 및 이의 응용 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐 LCD 유리의 재활용 방법 및 이의 응용에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐 LCD 패널에 습식 분리 방법을 적용하여 편광필름과 유리를 분리한 후 분리된 유리를 회수하는 방법으로 수행되는 폐 LCD 유리의 재활용 방법과 상기 방법으로 회수된 유리를 미분화한 유리 분말을 이용하여 유리장섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 편광필름 분리 효과가 우수한 편광필름 분리액을 이용한 습식 분리 방법을 적용함으로써 폐 LCD 패널로부터 높은 회수율로 유리를 회수할 수 있다. 또한 본 발명에 따라 회수된 유리는 이물질 함량이 적으며 분말화되어 고부가가치 재활용이 가능한 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 편광필름 분리 효과가 우수한 편광필름 분리액을 이용한 습식 분리 방법을 적용함으로써 폐 LCD 패널로부터 높은 회수율로 유리를 회수할 수 있다. 또한 본 발명에 따라 회수된 유리는 이물질 함량이 적으며 분말화되어 고부가가치 재활용이 가능한 장점이 있다.
Description
본 발명은 폐 LCD 유리의 재활용 방법 및 이의 응용에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐 LCD 패널에 습식 분리 방법을 적용하여 편광필름과 유리를 분리한 후 분리된 유리를 회수하는 방법으로 수행되는 폐 LCD 유리의 재활용 방법과 상기 방법으로 회수된 유리를 미분화한 유리분말을 이용하여 유리장섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.
LCD 유리는 고 난이도의 품질관리를 통해 제조된 고부가가치 제품이다. LCD 유리는 STN(Super-Twisted Nematic)용과 TFT용으로 구분되며 각각의 유리 조성도 다르다. STN용 유리 기판은 구동방식의 특성상 평탄한 표면이 요구되므로 LCD 제조 공정에 적합한 strain point가 550℃ 이하인 박판의 소다붕규산염(soda borosilicate) 유리가 사용된다. 또한 Na2O나 K2O 같은 알칼리 산화물에 의해 발생하는 알칼리 이온의 표면 확산에 의하여 투명전도막이 손상되기 때문에 이를 방지하기 위하여 실리카(silica) 보호막을 먼저 기판 유리 표면에 형성시킨다. STN용 LCD는 제조 가격이 저렴한 반면 색감이 나쁘고 정면에서만 보이기 때문에 최근에는 거의 이용되지 않고 있다. 현재 대부분의 LCD에는 TFT LCD가 사용되고 있는데 소다붕규산염계 유리로는 TFT 제조 공정 온도를 충족시킬 수 없기 때문에 strain point가 높고 열팽창계수가 낮은 무알칼리 알루미노붕규산염(alumino borosilicate)계 유리가 사용된다.
국내에서 발생하는 폐 LCD 유리는 공정 폐유리와 사용 후 폐유리이다. 폐 LCD 유리의 발생 가능성이 있는 곳은 지극히 제한적이며, 초기 조성이 유지되기 때문에 폐 LCD 자체의 화학적 조성 차이는 크지 않다. 폐 LCD 유리의 재활용을 위해서는 재생 유리의 조성 균일화와 불순물(금속, 유기물 등)의 제거 기술의 개발이 수반되어야 하지만 국내의 폐디스플레이와 LCD 패널 유리 재활용 관련 기술의 개발이 매우 미흡하여 패널 유리는 전량 매립하고 있는 실정인 바, 이에 대한 연구가 필요하다.
본 발명은, 폐 LCD 패널에 습식 분리 방법을 적용하여 편광필름과 유리를 분리한 후 분리된 유리를 회수하는 방법으로 수행되는 폐 LCD 유리의 재활용 방법을 제공한다. 또한 상기 방법으로 회수된 유리를 미분화한 유리분말을 이용하여 유리장섬유를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은, 폐 LCD 패널을 분쇄한 후 분리액에 혼합하여 편광필름을 습식 분리한 다음 유리를 선별하는 단계를 포함하여 구성되는 폐 LCD 유리의 재활용 방법을 제공한다.
상기 분리액은 편광필름 분리용 조성물을 포함하여 구성되고, 상기 편광필름 분리용 조성물은, 분리용 조성물 전체 100 중량% 기준으로, 에틸렌다이아민테트라아세트산(ethylenediaminetetracetic acid) 5 ~ 15 중량%; 수산화칼륨 0.5 ~ 5 중량%; 메타규산 나트륨·펜타하이드레이트(sodium metasilicate·pentahydrate) 5 ~ 15 중량%; 옥토시놀(octoxinol) 5 ~ 15 중량%; 및 잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법을 제공한다.
상기 편광필름 분리용 조성물은 저해제(inhibiter)를 더 포함할 수 있으며 함량은 2 ~ 12 중량%일 수 있다.
상기 저해제는 폴리비닐옥사졸리돈, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐이미다졸폴리아민 N-옥사이드 및, N-비닐피롤리돈과 N-비닐이미다졸의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
폐 LCD 패널의 분쇄
상기 폐 LCD 패널은 10 ~ 50 mm 크기의 칩 형상으로 분쇄될 수 있고, 더욱 바람직하게는 20 ~ 30 mm 크기의 칩 형상으로 분쇄될 수 있다. 재활용 처리용량과 공정 효율을 고려할 때 상기 범위로 분쇄하는 것이 바람직하다.
폐 LCD 패널 원판을 분쇄하지 않고 재활용 할 경우, 봉지재 제거에 어려움이 있으며, 불순물의 제거 효율이 떨어질 수 있고 재활용 공정의 처리량이 감소하는 문제가 있다.
습식 분리
상기 폐 LCD 패널을 분쇄한 후 분리액에 혼합하는 단계는, 분리액 500 ~ 2000 ml당 분쇄한 폐 LCD 패널 100g의 비율로 혼합하는 방법으로 수행할 수 있다.
상기 분리액은 편광필름 분리용 조성물을 5~50 v/v%로 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 10 ~ 30 v/v%로 포함할 수 있다.
상기 분리액은 분리용 조성물이 증류수에 희석된 형태일 수 있다.
상기 습식 분리는 폐 LCD 패널을 분쇄한 후 분리액에 투입한 후 30 ~ 60℃의 온도에서 1 ~ 5 시간동안 교반하는 방법으로 수행될 수 있다. 더욱 바람직하게는 50 ℃의 온도에서 3 시간 동안 교반하는 방법으로 수행될 수 있다. 폐 LCD 패널의 경우 유리와 필름이 접착되어 있어 물리적으로 분리하기는 어려움이 있으며, 상기 온도 및 시간의 범위에서 습식 분리를 수행하는 경우 폐 LCD 패널의 유리와 편광필름이 용이하게 분리될 수 있다.
유리 선별
상기 유리를 선별하는 단계는, 혼합물의 크기 차이를 이용하는 방법으로 수행할 있다. 이때 재활용이 가능한 유리는 회수하고 분리된 편광필름은 폐기한다.
혼합물을 분리하기 위해서는 선별이 필수적이며, 비중, 표면의 물리화학적 성질, 자성, 색 및 광택, 전기전도도, 형상, 경도 및 연성, 열분화, 마찰계수, 전도성, 열전도, 내연성, 내식성 등을 이용하여 선별할 수 있다. 상기 유리를 선별하는 단계는 비중선별, 중액선별, 자력선별, 정전선별, 부유선별, 색선별, 분광법, 열점착법 등을 적용하여 수행할 수 있으나, 공정이 단순화되어 상용화 공정 구축에 적합한 진동체를 이용한 선별법을 적용하는 것이 바람직하다.
ITO 침출
상기 재활용 방법은 ITO 침출 단계를 더 포함할 수 있다. ITO 침출 단계는 3~5몰의 염산, 황산, 질산, 또는 이들의 혼합산이나 산화제(H2O2)를 이용(3~5몰)하여 수행할 수 있으며 바람직하게는 산화제(H2O2)를 이용하는 것이 좋다.
미분화
상기 재활용 방법은 유리 선별 단계 또는 ITO 침출 단계 이후 미분화 단계를 더 포함할 수 있다. 미분화 단계는 디스크 밀을 이용하여 수행할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 미분화 단계를 거친 유리 분말의 평균 입도는 약 400㎛일 수 있다. 미분화된 유리 분말은 유리섬유 특히 유리장섬유 제조용으로 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 회수된 미분화된 유리 분말을 이용하여 유리장섬유를 제조하는 방법을 제공할 수 있다. 유리장섬유 제조는 원료인 유리 분말을 용융시킨 후 섬유상으로 제조하는 방법으로 수행될 수 있다. 섬유상으로의 제조는, 노즐을 통하여 수행할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니고 유리장섬유 제조에 이용되는 공지의 방법들을 모두 적용할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 회수된 미분화된 유리 분말을 용융시킨 후 섬유상으로 제조한 유리장섬유를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 편광필름 분리 효과가 우수한 편광필름 분리액을 이용한 습식 분리 방법을 적용함으로써 폐 LCD 패널로부터 높은 회수율로 유리를 회수할 수 있다. 또한 본 발명에 따라 회수된 유리는 이물질 함량이 적으며 분말화되어 고부가가치 재활용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 LCD 유리의 재활용 공정을 간략히 나타내는 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 적용된 진동체(진동스크린)를 나타내는 사진이다. 도 2b는 상기 진동체(진동스크린)의 모식도이다. 도 2c는 상기 진동체(진동스크린)로 분리된 편광필름(상단)과 컬릿(하단)을 나타내는 사진이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 회수된 유리의 미분화 단계에 적용되는 디스크 밀을 나타내는 사진이다. 도 3b는 상기 디스크 밀로 분쇄 후 회수된 유리 미분을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 LCD 유리의 재활용 공정에 따라 회수된 유리를 미분화한 후 측정한 입도 분석 결과이다(평균 입도 400 μm).
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 적용된 진동체(진동스크린)를 나타내는 사진이다. 도 2b는 상기 진동체(진동스크린)의 모식도이다. 도 2c는 상기 진동체(진동스크린)로 분리된 편광필름(상단)과 컬릿(하단)을 나타내는 사진이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 회수된 유리의 미분화 단계에 적용되는 디스크 밀을 나타내는 사진이다. 도 3b는 상기 디스크 밀로 분쇄 후 회수된 유리 미분을 나타내는 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐 LCD 유리의 재활용 공정에 따라 회수된 유리를 미분화한 후 측정한 입도 분석 결과이다(평균 입도 400 μm).
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 폐 LCD 유리의 재활용 방법은 폐 LCD 패널의 분쇄단계, 편광필름 분리용 분리액을 이용하여 편광필름을 분리하는 단계 및 유리를 선별하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 이후 ITO 침출 단계 및 유리 미분화 단계를 더 포함할 수 있다(도 1 참조).
실시예
폐디스플레이 해체 공정에서 분리된 폐 LCD 패널 100 g을 약 25~30mm 크기의 칩 형상으로 분쇄한 후, 표 1과 같은 조성으로 이루어진 분리용 조성물을 증류수에 혼합하여 제조한 편광필름 분리액 1000 ml(20 v/v%)에 투입하였다. 이후 50 ℃에서 3 시간 교반하여 습식 분리하였다. 습식 분리된 고상 혼합물은 편광필름과 컬릿, 유리 미분으로 구성된다. 이 때 분리된 편광 필름은 대략 10 ㎜ ~ 30 ㎜의 크기를 나타내었으며, 컬릿은 10 ㎜ 이하의 크기를 나타내었다. 이러한 혼합물의 크기 차이를 이용하여 진동체 선별을 실시하여 컬릿과 편광필름, 유리미분을 분리하고 진동스크린을 이용하여 유리를 회수하였다(도 2 참조).
| 성분 | 함량(중량%) |
| 에틸렌다이아민테트라아세트산 | 11 |
| 수산화칼륨 | 2 |
| 메타규산 나트륨·펜타하이드레이트 | 11 |
| 옥토시놀 | 11 |
| 물 | 65 |
| 합계 | 100 |
실험예 1: 유리 회수율 분석
유리의 회수율은 투입 유리(폐유리) 대비 회수 유리의 무게를 측정하여 계산하였다. 이때 투입된 패널에는 편광필름이 부착되어 있기 때문에 투입량에서 회수된 편광필름의 무게를 제외하였다. 상기 실시예에 따른 총 5회의 유리 회수 실험 결과, 각각의 회수율은 87.6%, 87.7%, 85.9%, 89.0%, 82.1%로 계산되었다. 5회 실시된 유리 회수 실험의 평균 유리 회수율은 86.5%이다.
| 1회 | 2회 | 3회 | 4회 | 5회 | 평균 | |
| 폐LCD 패널 투입량(g) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 폐유리 투입량(g) | 93.8 | 92.7 | 94.4 | 91.9 | 93.1 | 93.1 |
| 회수 유리(g) | 82.2 | 81.3 | 81.1 | 81.8 | 76.4 | 80.6 |
| 회수 편광필름(g) | 6.2 | 7.3 | 5.6 | 8.1 | 6.9 | 6.8 |
| 회수율(%) | 87.6 | 87.7 | 85.9 | 89.0 | 82.1 | 86.5 |
실험예 2: 회수 유리의 미분화 및 입도 분석
회수된 유리 컬릿의 미분화 특성 파악을 위해 디스크 밀을 이용하여 유리 미분화를 실시하였다. 디스크 밀은 상용화 공정에서 다양한 제품의 분쇄에 이용되고 있다. 유리 미분은 디스크 밀의 투입구를 통해 시료가 내부로 공급된다. 디스크 밀 내부에서는 분쇄 디스크의 회전에 의해 압력과 마찰력의 효과가 발생하여 분쇄가 이루어지며 적정 크기로 분쇄된 시료는 하부의 스크린을 통해 회수된다(도 3 참조). 디스크 밀을 이용하여 분쇄된 유리 미분의 입도 분포를 분석하고 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 나타내는 바와 같이 미분화된 유리 분말의 평균 입도는 400 ㎛를 나타내는 것으로 확인되었다.
Claims (12)
- 폐 LCD 패널을 분쇄한 후 분리액에 혼합하여 편광필름을 습식 분리한 다음 유리를 선별하는 단계를 포함하여 구성되는 폐 LCD 유리의 재활용 방법으로서,
상기 분리액은 편광필름 분리용 조성물을 포함하여 구성되고,
상기 편광필름 분리용 조성물은,
분리용 조성물 전체 100 중량% 기준으로,
에틸렌다이아민테트라아세트산 5 ~ 15 중량%;
수산화칼륨 0.5 ~ 5 중량%;
메타규산 나트륨·펜타하이드레이트 5 ~ 15 중량%;
옥토시놀 5 ~ 15 중량%; 및
잔량의 물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 폐 LCD 패널은 10 ~ 50 mm 크기의 칩 형상으로 분쇄되는 것을 특징을 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 폐 LCD 패널을 분쇄한 후 분리액에 혼합하는 단계는, 분리액 500 ~ 2000 ml당 분쇄한 폐 LCD 패널 100g의 비율로 혼합하는 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 분리액은 분리용 조성물이 증류수에 희석된 형태인 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 분리액은 편광필름 분리용 조성물을 5 ~ 50 v/v%로 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 습식 분리는 30 ~ 60℃의 온도에서 1 ~ 5 시간동안 교반하는 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 유리를 선별하는 단계는, 혼합물의 크기 차이를 이용하는 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 방법은 회수된 유리를 미분화하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
- 청구항 8에 있어서,
상기 미분화하는 단계는 회수된 유리를 평균 입도 400㎛의 유리분말로 분쇄하는 것을 특징으로 하는, 폐 LCD 유리의 재활용 방법.
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| KR20220028631A (ko) * | 2020-08-31 | 2022-03-08 | 고등기술연구원연구조합 | 폐 터치패널 유리의 재활용을 위한 이물질 제거 방법 |
| CN114798688A (zh) * | 2022-04-22 | 2022-07-29 | 安徽汇容再生资源有限公司 | 一种废旧液晶面板资源化回收处理***及工艺 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009280425A (ja) * | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Sharp Corp | 無アルカリガラスのリサイクル方法およびそれにより得られるガラス材料 |
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