KR102427316B1 - 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기물로 분류되어 있는 폐펄라이트 및 폐합성수지를 재활용하여 환경오염을 막고, 폐기처리에 소요되는 비용을 절감하며, 경량화 및 열전도율 향상에 따라 친환경 건축물 마감재로 활용할 수 있도록 개선된 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐기물로 분류되어 있는 폐펄라이트 및 폐합성수지를 재활용하여 환경오염을 막고, 폐기처리에 소요되는 비용을 절감하며, 경량화 및 열전도율 향상에 따라 친환경 건축물 마감재로 활용할 수 있도록 개선된 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 바닥재의 기재를 형성하는 목질 합판은 아무리 밀도가 높아도 목질 섬유와 목질 섬유를 결합시키기 위하여 통상적으로 사용하는 수지들은 근본적으로 수분의 침투를 저지할 수가 없는 단점이 있고, SPC(Solid Plastic Composite 또는 Stone Plastic Composite) 판재의 경우 일반 복합판재 보다 상대적으로 석재분말이 고밀도로 형성되어 표면강도와 내구성이 좋은 장점이 있다.
반면, 유연성이 떨어질 뿐만 아니라 제품의 무게감이 많이 높아져 제품의 제조 및 운송시 작업자들의 운반이 어렵거나 제품의 운송시 개별 제품의 무게가 많이 나가기 때문에 전체 제품의 운송량에 한계가 있었을 뿐만 아니라 제품의 유연성이 떨어져 바닥에 변형이 오거나 경사나 굴곡이 있는 시공장소에는 보강공사를 하여야만 하였다.
한편, 한국가스공사의 5년간 폐펄라이트 처리현황을 살펴보면, 매년 약 10억원의 비용으로 폐기물처리업체에 위탁하고 있고, 폐기물업체는 환경오염이 발생하는 매립으로 대부분 처리하고 있어 자원 낭비는 물론, 폐기비용에 따른 비용낭비가 심파고, 불법폐기시 유발되는 환경문제도 따른다.
그런데, 폐펄라이트는 인체에 무해한 친환경재료임은 물론, 물질 자체의 다양한 장점(경량, 불연, 친환경, 흡음, 단열)이 있음에도 불구하고, 그 치명적 결함(저강도, 수분흡수) 때문에 대부분 폐기처분하였으며, 그나마 최근에 다공질성(수분흡수)을 이용하여 원예농업용으로 국하되어 재활용되고 있는 추세이나 수량이 너무 적어 큰 효용가치가 없는 상태이다.
본 발명은 상술한 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 폐기물로 분류되어 있는 폐펄라이트 및 폐합성수지를 재활용하여 환경오염을 막고, 폐기처리에 소요되는 비용을 절감하며, 경량화 및 열전도율 향상에 따라 친환경 건축물 마감재로 활용할 수 있도록 개선된 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 폐펄라이트 소결단계, 폐합성수지 파쇄단계, 폐원료 혼합단계, 혼합된 폐원료 압출성형단계를 포함하는 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법에 있어서; 상기 폐펄라이트 소결단계는 수거된 폐펄라이트를 세척, 건조한 상태에서 소결로에 넣고 소결로를 회전시키면서 1000℃의 온도로 30-40분 가열하는 단계이고; 상기 폐합성수지 파쇄단계는 수거된 폐합성수지에 붙어 있는 이물질을 분리한 후 10-20mm 크기로 1차 파쇄하는 제1과정, 1차 파쇄물을 컨베어로 이송시키면서 자력선별하여 금속이물질을 다시 분리한 후 건조하는 제2과정, 건조된 1차 파쇄물을 2-5mm의 크기로 2차 파쇄하는 제3과정으로 이루어지며; 상기 폐원료 혼합단계는 폐펄라이트 소결체 35-45중량%, 난연제 5-10중량%, 폐구리분말 1-1.5중량% 및 나머지 폐합성수지 파쇄물을 리본믹서기에 넣고, 100-150rpm의 속도로 60분간 믹싱하는 단계이고; 상기 혼합된 폐원료 압출성형단계는 성형기를 통해 건축용 마감재로 사용될 복합판재 형태로 압출하는 단계인 것을 특징으로 하는 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 혼합된 폐원료 압출성형단계 후 복합판재 표면 보호코팅단계를 더 수행하되, 상기 복합판재 표면 보호코팅단계는 폴리카보네이트수지 100중량부에 대해 칼슘메틸실란트리오레이트 25중량부, 탄화규소 나노분말 10중량부, 리튬실리케이트 10중량부, 에틸아세테이트 10중량부로 이루어진 표면코팅액을 스프레이코팅하는 단계인 것에도 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 폐기물로 분류되어 있는 폐펄라이트 및 폐합성수지를 재활용하여 환경오염을 막고, 폐기처리에 소요되는 비용을 절감하며, 경량화 및 열전도율 향상에 따라 친환경 건축물 마감재로 활용할 수 있도록 개선된 효과를 얻을 수 있다.
본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 전에, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니되며, 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따른 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법은 폐펄라이트 소결단계, 폐합성수지 파쇄단계, 폐원료 혼합단계, 혼합된 폐원료 압출성형단계를 포함한다.
이때, 폐펄라이트 소결단계는 다공성을 갖는 펄라이트의 특성 때문에 재활용할 수 있는 범위가 매우 제한적이었던 것을 상기 소결단계를 거쳐 기공을 수축시킴으로써 강도를 향상시키고, 이를 통해 재활용 범위를 넓힐 수 있도록 한 것이다.
즉, 수거된 폐펄라이트를 세척, 건조한 상태에서 소결로에 넣고 1000℃까지 가열하여 폐펄라이트의 질량이 30-40%까지 줄어들도록 소결하는 단계이다.
이것은 소결로를 회전시키면서 1000℃의 온도로 30-40분 가열하면 달성될 수 있다.
그리고, 폐합성수지 파쇄단계는 수거된 폐합성수지에 붙어 있는 이물질들(흙, 먼지, 부착물, 돌멩이, 금속류, 일반쓰레기 등)을 평면분리기로 분리하고, 분리된 폐합성수지를 10-20mm 크기로 1차 파쇄하는 제1과정; 1차 파쇄물을 컨베어로 이송시키면서 자력선별하여 금속이물질을 다시 분리한 후 건조하는 제2과정; 건조된 1차 파쇄물을 2-5mm의 크기로 2차 파쇄하는 제3과정;을 포함한다.
이때, 폐합성수지는 PP(polypropylene), PE(Polyethylene), HDPE(high density polyethylene), LDPE(low density polyethylene), PVC(polyvinyl, choloride), PS(polystyrene), ABS(acrylonitrile butadiene styrene), 폐통신케이블 등이 될 수 있다.
그리고, 상기 제2과정은 1차 파쇄된 파쇄물중 배출된 것을 모아 터널형태로 된 건조컨베어에 통과시킴으로써 수분함량 1-5%를 유지하도록 건조한다.
아울러, 상기 제3과정은 파쇄날이 드럼면에 돌설된 2개의 파쇄드럼 사이로 건조물을 투입하여 크기 2-5mm로 2차 파쇄하는 단계이다.
이 경우, 상기 크기로 파쇄해야 하는 이유는 후속공정에서 원료를 혼합할 때 믹싱비율을 정확하게 계량하기 위함이며, 특히 분산성을 좋게 하여 성형성을 높이기 위함이다.
특히, 상기 제3과정 후 후처리과정이 더 수행될 수 있는데, 상기 후처리과정은 회전하는 드럼체 내부에 물 2ℓ를 기준으로 아세트산 150g, 수산화나트륨 150g, 탄산칼슘 300g 및 과산화수소수 50g을 넣고, 2차 파쇄물을 투입한 상태에서 150rpm의 속도로 1시간 동안 회전교반한 다음 꺼내어 건조하는 과정이다.
이렇게 하게 되면, 약산인 아세트산과 강염기인 수산화나트륨이 반응하여 아래 반응식과 같이 중화반응되면서 물이 생기고, 아세트산나트륨이 만들어진다.
CH3COOH + NaOH → H2O + CH3COONa
이에 따라 얻어진 아세트산나트륨은 물 속에서 아세트산이온(CH3COO-)과 나트륨이온(Na+) 상태로 존재하고, 이들은 폴리에틸렌수지를 비롯한 합성수지를 연화시키면서 풀어 헤쳐지게 하여 뭉친 부분없이 균일하게 펼쳐진 상태가 되어 용융성형성을 좋게 하면서 표면에 잔류된 미생물과 바이러스를 살균하게 된다.
이 과정에서, 탄산칼슘은 이들 이온들의 활동을 촉진하도록 돕게 되고, 그 과정에서 과산화수소수는 기포 발생을 더욱 촉진시키게 되어 위에서 설명한 반응을 촉진하게 된다.
뿐만 아니라, 폐원료 혼합단계는 폐펄라이트 소결체 35-45중량%, 난연제 5-10중량%, 폐구리분말 1-1.5중량% 및 나머지 폐합성수지 파쇄물을 리본믹서에 넣고, 100-150rpm의 속도로 60분간 믹싱하는 단계이다.
이때, 난연제는 할로겐계 난연제, 인계난연제, 무기난연제, 기타 난연제 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
아울러, 할로겐계 난연제로는 DBDPO, TBBA, DBDPE, BDDP, BPS, TCPP, TCEP, 염화파라핀 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 인계 난연제로는 TPP, TXP, CDP, RDP, TCP, Melamine-PolyPhosphate 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 무기난연제는 붕산아연, Al(OH)3, Mg(OH)2, Sb2O3 중에서 선택된 어느 하나를 사용할 수 있다.
또한, 기타 난연제는 멜라민시아누레이트를 사용할 수 있다.
여기에서, 폐구리분말은 열전도성을 높이기 위한 것으로, 1mm 이하의 크기로 분쇄된 상태로 첨가된다.
덧붙여, 상기 폐원료 혼합단계에서 리본믹서에 투입된 혼합물 100중량부에 대해, 혼합물이 용융되는 과정에서 바인딩력, 열수축저항력, 변형억제력, 유연화성 등을 확보하도록 메틸살리실레이트 10중량부, 피로메트리산 15중량부, 녹차 분말 10중량부, 세리사이트 분말 5중량부를 더 첨가할 수 있다.
이때, 메틸살리실레이트(Methyl Salicylate)는 무색의 액체로서 비중은 1.18이고, 비점은 223℃이며, 융점은 -9℃로서 착향과 폐합성수지의 연화에 기여하여 재활용할 수 있는 재료의 폭을 넓히기 위해 첨가된다.
또한, 피로메트리산은 열수축성을 억제하고 슬립성을 강화시켜 원료 성형시 성형성을 좋게 하고, 내구성을 증진시키기 위해 첨가된다.
뿐만 아니라, 녹차분말은 수은, 납과 같은 중금속을 분해 제거하는 효과를 가진 천연 분말로서, 특히 녹차는 세균 증식을 억제하므로 친환경성을 증대시키는 작용도 하게 된다.
그리고, 세리사이트(Sericite) 분말은 표면에 대한 접착면적을 넓혀주어 부착력을 배가시키는 친수성 광물로서 바인딩성을 강화시켜 내구성을 증대시키기 위해 첨가된다
아울러, 혼합된 폐원료 압출성형단계는 성형기를 통해 건축용 마감재, 특히 바닥재로 사용될 복합판재 형태로 압출하는 단계이다.
상기 혼합된 폐원료 압출성형단계 후 복합판재 표면 보호코팅단계가 더 수행될 수 있다.
상기 복합판재 표면 보호코팅단계는 폴리카보네이트수지 100중량부에 대해 칼슘메틸실란트리오레이트 25중량부, 탄화규소 나노분말 10중량부, 리튬실리케이트 10중량부, 에틸아세테이트 10중량부로 이루어진 표면코팅액을 스프레이코팅하는 단계이다.
이때, 칼슘메틸실란트리오레이트는 방수특성을 강화시키기 위해 첨가되며, 탄화규소 나노분말은 방열점착성 강화를 위해 첨가되고, 리튬실리케이트(Lithium silicate)는 방수성 도막 형성에 기여하고 내오염성을 강화시키며, 에틸아세테이트는 나노분말들의 분산안정제로서 분산되는 과정에서 서로 엉기거나 미분산됨으로써 방열 특성이 저하되는 것을 막기 위해 첨가된다.
이렇게 함으로써, 열전도특성은 물론 폐펄라이트의 경량화 특성과 친환경성, 인체무해성이 반영된 건축용 마감재를 구현할 수 있게 된다.
Claims (2)
- 폐펄라이트 소결단계, 폐합성수지 파쇄단계, 폐원료 혼합단계, 혼합된 폐원료 압출성형단계를 포함하는 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법에 있어서;
상기 폐펄라이트 소결단계는 수거된 폐펄라이트를 세척, 건조한 상태에서 소결로에 넣고 소결로를 회전시키면서 1000℃의 온도로 30-40분 가열하는 단계이고;
상기 폐합성수지 파쇄단계는 수거된 폐합성수지에 붙어 있는 이물질을 분리한 후 10-20mm 크기로 1차 파쇄하는 제1과정, 1차 파쇄물을 컨베어로 이송시키면서 자력선별하여 금속이물질을 다시 분리한 후 건조하는 제2과정, 건조된 1차 파쇄물을 2-5mm의 크기로 2차 파쇄하는 제3과정으로 이루어지며;
상기 폐원료 혼합단계는 폐펄라이트 소결체 35-45중량%, 난연제 5-10중량%, 폐구리분말 1-1.5중량% 및 나머지 폐합성수지 파쇄물을 리본믹서기에 넣고, 100-150rpm의 속도로 60분간 믹싱하는 단계이고;
상기 혼합된 폐원료 압출성형단계는 성형기를 통해 건축용 마감재로 사용될 복합판재 형태로 압출하는 단계인 것을 특징으로 하는 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 혼합된 폐원료 압출성형단계 후 복합판재 표면 보호코팅단계를 더 수행하되, 상기 복합판재 표면 보호코팅단계는 폴리카보네이트수지 100중량부에 대해 칼슘메틸실란트리오레이트 25중량부, 탄화규소 나노분말 10중량부, 리튬실리케이트 10중량부, 에틸아세테이트 10중량부로 이루어진 표면코팅액을 스프레이코팅하는 단계인 것을 특징으로 하는 폐펄라이트와 폐합성수지를 재활용하여 경량화가 가능하고 열전도특성이 우수한 복합판재 제조방법.
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