KR200408350Y1 - 폐 비닐을 이용한 합성수지 판재 - Google Patents

Abstract

본 고안은 농촌의 심각한 환경문제로 대두되고 있는 농촌의 폐비닐을 이용하여 판재를 얻고자 하는 것으로, 기존의 농촌 폐 비닐속에 함유된 이물질 ,흙 등을 별도의 세척, 선별과정을 거치지 아니하고 일정 크기로 절단하여 고온, 고압의 압출기로 압출시켜 판재기판을 얻고 그 기판의 표면에 원하는 강화수지나 강화섬유재를 표면에 압출시켜 이루어지는 복합판재에 관한 것이다.

즉, 본원의 플라스틱재 판재는 폐 비닐을 수거하여 세척하지 않은 상태에서 일정크기로 컷팅하여 벌크 크기로 용융, 압출시켜 판상의 기판(substrate)을 성형하고, 상기 기판의 일측면 또는 기판의 상하 양측면 각각에 수지강화층이나 섬유강화층 중에서 선택되는 강화시트층을 적층시켜 다층구조를 이루도록 하는 것이며,

상기 수지강화층은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 또는 ABS 수지 중에서 선택되어 사용되고, 섬유강화층은 폴리에스테르계열의 부직포나 매트, 불포화폴리에스테르, 유리섬유, 에폭시수지 중에서 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 폐 비닐을 이용한 플라스틱재 판재를 제공한다.

폐 비닐수지, 수지강화층, 섬유강화층, 3중 내지 5중구조의 수지판재.

Description

폐 비닐을 이용한 합성수지 판재 {Multy layer polyethylene plate}

도 1a : 본 고안의 2중층 구조를 갖는 수지판재 사시도.

도 1b : 본 고안의 3중층 구조를 갖는 수지판재 사시도.

도 2 : 본 고안의 5중층 구조를 갖는 수지복합판재 사시도.

도 3 : 본 고안을 실시하기 위한 개략 공정도.

** 도면에 사용된 부호의 설명**

1 : 제1압출기 2, 2' : 제2압출기

3, 3' : 섬유소재 와인더 4 : 압압로러

5 : 접착제 도포로러 6 : 열압기(Hot press)

7 : 컷터 8 : 낵각실

10 : 폐 비닐수지 기판 20 : 수지강화층

30 : 섬유보강층 40 : 수지판재

50 : 수지복합판재

근대 산업화 발전과 함께 발전한 플라스틱 산업은 석유화학공업의 발전으로 더욱 눈부시게 발전하여 최근에는 플라스틱의 생산수준이 그 나라 경제규모를 가늠하는 척도로 인식될 만큼 각종 분야에서 플라스틱제품이 활발하게 사용되고 있고 플라스틱의 우수한 재질 특성으로 인해 그 사용량이 매년 10%이상 증가하는 것으로 보고 되고 있으며 이에 따라 사용 후 버려져 발생되는 폐플라스틱의 발생량도 매년 증가추세에 놓여 있다.

그러나 현재 폐플라스틱의 재활용율은 국가마다 다소 차이는 있으나 대략 15%에서 40%이내에 그치고 있어 그 나머지 많은량이 매립이나 소각에 의해 일부 처리되고 있는 실정이며 폐플라스틱류는 매립 시 부피가 커서 매립 효율을 저하시키고 또한 난분해성으로 인해 매립지 조기 안정화를 저해하며, 소각에 의한 처리 시는 일부 열 에너지를 이용할 수 있는 부분이 있지만 많은 경제적인 손실을 초래하고 또한 다이옥신 등 유독성 가스를 배출하여 사회적인 문제를 야기시키고 있다.

따라서 폐프라스틱류의 재활용은 국가의 산업발전에 크게 영향을 미치기 때문에 이를 해결할 수 있는 재활용제품의 기술개발이 절실히 필요한 시점이고 또한 국가에서도 재활용을 장려하여 여러 지원시스템을 운영하고 있는 실정이다.

한편, 건축 및 토목 분야에서는 콘크리트 구조물을 일정한 형태로 성형하기 위하여 사용되는 거푸집이나, 발코니, 내장재 등이 다향한 형태로 판재가 사용되고 있는바, 종래 건축용 판재류에는 목재합판, 태고합판, 플라스틱합판, 폐수지를 압출하여 제조한 판재 또는 금속판 등 다양한 종류의 판재들이 개시되어 있는바, 목재합판은 방수성이 떨어져 여러 번 반복 사용하는 것이 불가능하고, 폐 자재를 이 용한 합판은 견고성이 떨어지고 경량화, 휨강성, 및 시공성에 있어서 만족스럽지 못하여 그 적용이 기피되고 있는 실정이다.

즉, 다양한 종류의 혼합 폐플라스틱류를 용융,압출 성형하여 제작한 합성수지 판재가 제공되고는 있지만, 이는 목재 합판에 비해 수명이 길고 수밀성이 좋다는 장점을 갖고 있으나 제품 자체의 중량이 많이 나가는 문제점을 갖고 있고, 경량화를 통한 시공성의 용이함을 확보하기 위해 혼합 폐플라스틱에 폐면, 폐지, 톱밥 등을 첨가하여 용융, 압출하여 성형하는 거푸집 패널용 판재가 제시되기도 하였으나, 이는 표면이 거칠고 콘크리트 타설 후 거푸집 패널면과 콘크리트의 접합면에 탈형이 잘 되지 않는 즉, 박리의 어려움이 있고, 휨강성이 약하여 휘어지거나 파손되는 등의 문제점이 있어 왔다.

본 고안은 상기의 제반 문제점을 감안하여 주로 농촌이나 각종 산업현장에서 버려지는 폐비닐을 이용한 합성수지 판재를 제공하고자 하는 것으로서, 현재 농촌에서 주로 사용되고 있는 농업용 비닐하우스와 작물성장의 촉진 및 잡초 성장을 방지하기 위하여 사용되고 있는 비닐의 수명은 길어야 1년이며, 이러한 비닐은 한번 사용되고 난 후에는 흙과 같은 이 물질이 다량 묻어 있어 소각을 시키고자 하여도 흙을 포함한 다량의 이물질이 포함되어 있어 연소가 쉽지 않을 뿐 아니라, 억지로 연소를 시킨다 하여도 다량의 연기와 악취 등으로 대기오염의 문제로 민원을 야기하는 문제점 등으로 인하여 수거하지도 못하고, 소각도 하지 못한는 난감한 상태에서 농촌의 여기 저기 비닐더미로 모아져서 매년 40만톤 가량의 비닐더미가 새롭게쌓여가며 환경오염을 가중시키는 원인이 되고 있다.

폴리에틸렌 비닐류는 비중이 0.95~0.97, 녹는점이 약 134℃, 분자량은 수십만으로 전기적·기계적·화학적 성질이 뛰어난 열가소성 물질로 그 유용성을 잘 알고 있음에도 상기와 같이 폐비닐이 방치되어 있는 것은 폐비닐을 재활용하기 위해서는 폐비닐 등에 함유되어 있는 흙과 같은 다양한 이물질을 폐비닐과 분리시키기 위하여 절단 및 세척을 실시하여 분리시키는 공정을 수행해야 하는바, 오늘날과 같은 고임금 조건하에서는 이를 재 활용하여 재생물품을 만들어 판매하는 것으로는 경제적 수지타산을 맞출 수 없기 때문에 경제성 문제로 방치되고 있는 실정이다.

따라서, 본원은 상기의 제반 문제점을 감안하여 농촌에 방치되어 환경유해물질로만 인식되어 버려저 있는 폐비닐을 유용하게 활용하는 방법을 찾아 보고자 하는 기술적 과제를 갖고 출발하는 것이며, 상기 농촌 폐기물인 폐 비닐만이 갖는 특성을 살린 합성수지 판재를 제공하고자 하는 고안의 목적을 갖는다.

구체적으로, 본 고안의 목적은 폐비닐을 세척하지 않은 상태에서 다량의 무기물을 함유한 폐비닐을 벌크단위로 절단시켜 고온,고압으로 용융시켜 합성수지제 기판을 제조한 후 그 양면에 신생수지나 제3의 기능성 수지를 적층시킨 구조의 판재를 제공하여 일정한 강도를 갖고, 휨 강성 등의 물성이 우수하고 외관이 미려한 합성수지 판재를 제공하여 건축,토목용 거푸집용 판재 뿐만 아니라 발코니, 내장재 등 다양한 용도에 사용할 수 있는 판재를 제공하고자 하는 목적을 갖는다.

상기 종래의 기술분야 및 종래 기술의 문제점에서 언급 하였듯이 폐 비닐은 흙과 같은 이물질이 다량 묻어있어 소각을 시키고자 하여도 연소가 쉽지 않을 뿐 아니라, 억지로 연소를 시킨다 하여도 좀처럼 연소되지도 않으면서 지독한 연기와 악취 등을 발생하는 문제점 등으로 인하여 수거하여 매립하지도 못하고, 소각도 하지 못하는 난감한 상태의 폐 비닐을 처리하는 방안을 찾던 중, 폐비닐을 세척하지 않은 상태, 즉 다량의 흙을 포함한 무기물을 함유한 상태에서 벌크단위로 절단 만 시켜 고온,고압으로 용융시켜 합성수지제 판재 제조를 시도한 결과 그 판재가 가볍우면서도 일정 강도를 갖고, 휨강성 등의 물성이 우수하며, 방음효과도 있음을 확인하고 본원고안을 완성하게 되었다.

또한 본원은 폐 비닐 수지기판에 내충격성, 기계적 강도를 증가시키기 위해 강화섬유를 접합시키거나 폴리우레탄계 접착제를 사용하는 경우 강력한 접착력을 갖는 판재를 제조할 수 있음을 확인하고 본 고안을 완성하기에 이르렀다.

본원 고안은 농촌의 폐비닐을 이용하여 1차압출공정을 거쳐 판재로 압출한 후 그 표면에 고밀도폴리에틸렌이나 폴리프로필렌으로 압출 피복하여 휨성이나 강성을 증가시키며, 가격면에서 저렴하게 목재대용으로 사용 할 수 있는 플라스틱 판재를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 일 실시예 태양에 따르면, 농촌의 여기 저기 비닐더미로 모아 쌓여있는 폐비닐을 컷터기가 부착된 폐기물 수집기로 적당한 크기 바람직하게는 50 ~ 100 ㎝ 정도의 크기로 컷팅하여 공장으로 운반하고, 세척하지 않은 상태에서 50 ~ 100 ㎝ 정도의 벌크 그기 그대로 압출기의 홉퍼로 유입시켜 폐 비닐을 약 150~200℃에서 용융, 압출시켜 판상의 기판(substrate)을 성형하고, 상기 기판의 일측면 또는 기판의 상하부 양측면 각각에 강화시트층을 적층시켜서 2중층의 판재 또는 3중층의 판재를 얻을 수 있다.

상기 강화시트는 판재의 사용 목적과 용도에 따라 선택되어 사용될 수 있는바, 합성수지류로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또 는 ABS수지 등이 사용될 수 있으며, 또한 판재 기판에 소정의 강성을 부여하기 위하여 유리섬유시트 또는 SMC(Sheet Molding Compound)시트 등도 사용될 수 있다.

상기 기판과 강화시트가 안정적으로 고착되게 하기 위하여 바인더결합제가 사용될 수도 있으나, 더욱 바람직하게는 폐비닐 기판이 압출됨과 동시에 신제 고밀도폴리에틸렌이나 또는 제3의 신제 수지가 압출되며 압압롤을 거치면서 일체화시켜 냉각되며 사용 규격으로 컷팅되어 사용될 수 있다.

일반적으로 농촌에서 사용되는 폐 비닐류의 융점은 대략 130~170℃ 범위를 가짐으로 압출기에서 용융온도를 150~200℃ 정도로 유지함으로써 상대적으로 많은 비율을 차지하는 폴리에틸렌(PE) 분쇄물은 용해되고, 고융점을 갖는 흙 등의 무기물은 폴리에틸렌(PE) 등의 열가소성수지에 입자상으로 분산되며 상기 용융된 폴리에틸렌(PE) 용융물에 의해 결합된다. 이와 같이 입자상으로 기판에 분포되어 있는 토분 등의 입자상의 분쇄물은 판재의 경량화를 이룰 뿐 아니라 차음효과를 갖고 있고 있음을 확인하였다.

본원은 폐 비닐 혼합물을 압출기에서 150~200℃의 온도, 50~100kgf/㎠의 압력 범위에서 압출시켜 일정 두께를 갖는 판상의 폐 비닐수지기판을 성형함으로 개시된다.

상기 제조된 판상의 폐 비닐수지기판을 이용하는 방법은 다양한 분야로 적용될 수 있을 것인바, 출원인은 판상의 폐 비닐수지기판의 일면에 섬유강화층을 압착시키고 열경화성수지 접착제를 도포하거나 열경화성수지에 함침시킨 후 열압착시키거나 또는 접착제를 도포한 후 냉압기(Cold Press)로 가압하는 공정에 의하여 강도가 높은 합성수지판을 얻을 수 있음을 확인하였다.

본 고안의 기술사상을 구체화하기 위한 일실시예의 제조방법을 도면을 참조하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 기본구성은 우선 토분 등의 무기물을 포함한 폐 비닐 혼합물을 압출기에서 150~200℃의 온도 범위에서 50~100kgf/㎠ 압력으로 압출시켜 당업자가 필요에 따라 사용하고자 하는 용도에 적합하도록 늘이거나 줄여서 두께가 조절되어 만들어지는 폐 비닐수지 기판(10)을 기재로하여 시작된다.

본원은 폐 비닐을 주원료로 하여 압출시 사용 용도의 필요에 따라 가공조제로 탄산칼슘(CaCO3), 카본블랙, 유 .무기안료 중에서 선택되는 안료 또는 산화방지제, UV안정제 등에서 선택하여 사용될 수 있는바, 산화방지제 또는 UV안정제는 판재가 햇빛에 의하여 노화되거나 산화되는 것을 방지하기 위하여 폐수지의 0.1 내지 5% 중량 범위내에서 사용하는 경우 수지의 물성을 변형시키기 않으므로 바람직하다.

상기 판상의 폐 비닐수지 기판(10)의 일면에 또는 양면에 수지강화층(20)을 형성하는 경우에도 압출되어 나오는 판상의 폐 비닐수지 기판(10)의 잔열이 완전히 식기 전에 상기 폐 비닐수지 기판(10)과 비슷한 계열의 수지로 고밀도폴리에틸렌 수지를 사용한 수지강화층(20)을 압압롤러를 이용하여 압착시키면, 폐 비닐수지 기판(10)의 잔열에 의하여 완벽하게 접착이 이루어져 수지강화판재를 이룰 수 있으며, 이를 폐 비닐수지 기판(10)의 일측으로 형성하는 경우 도 1a의 2중층의 수지강화판재를 얻을 수 있고, 폐 비닐수지 기판(10)의 양측으로 형성하는 경우 도 1b의 3중층의 수지강화판재를 얻을 수 있게 된다.

또한 상기 기판(10)의 일면에 또는 양면에 섬유강화층(30)을 형성하여 판재의 강도를 높일 수도 있는바, 폐 비닐수지 기판(10)의 일측으로 형성하는 경우 2중층의 섬유강화판재를 얻을 수 있으며, 폐 비닐수지 기판(10)의 양측으로 형성하는 경우 3중층의 섬유강화판재를 얻을 수 있고, 또한 상기 3중층 섬유강화판재 양측으로 수지강화층(20)을 형성하는 도 2에 제시되는 구조의 5층구조의 복합판재 제공도 가능할 것임은 자명하다.

섬유강화층(30)은 판재의 강도를 높일 뿐 아니라, 상기 수지강화층(20)과 폐 비닐수지 기판(10)이 잘 부착되도록 하는 역할도 하는 것으로 상기 수지강화층(20)에 사용된 열가소성수지와 비슷한 계열의 섬유로서 폴리에스테르계열의 부직포 또는 매트를 사용할 수 있으며, 불포화 폴리에스테르, 에폭시수지 등의 열경화성수지, 유리섬유류 중에서도 선택되어 사용될 수 있으며, 섬유를 별도로 가공하지 않고 사용하는 것도 가능하지만, 보다 바람직하게는 0.1 내지 50 ㎛의 두께가 되도록 압착하여 강도가 증가되도록 가공하여 사용하는 것이 부착력을 좋게 하며, 상기 섬유강화층(30)은 기계적 강도와 내충격성을 갖게 되므로 판재에 접착하였을 때 판재의 강도를 높이는 역할을 하게 된다.

상기 폐 비닐수지 기판(10)을 제조하는데 사용되는 열경화성수지는 멜라민수지, 페놀수지, 요소수지, 에폭시수지에서 선택되는 수지가 사용될 수 있으며 상기 예시한 2층이나, 3층 또는 5층 구조의 복합판재를 열압착기(Hot Press)를 이용하여 60 ~ 120 ℃에서 500 ~ 1500kgf/㎠의 압력으로 열압착하여 제조할 수 있다.

상기 제조공정에서 폐 비닐수지 기판(10)과 수지강화층(20) 또는 폐 비닐수지 기판(10)과 수지강화층(20) 사이에 섬유강화층(30)을 형성시키는 경우 등에 부착력을 증가시키기 위하여 일반적인 접착제가 아닌 폴리우레탄계 접착제를 사용 할 수 있는바, 폴리우레탄계 접착제는 두께가 조정되는 롤러를 통과하면서 일정한 두께로 도포되는 것이 바람직하며, 도포 된 후 분사부를 통해 물을 뿌려 우레탄 반응을 생성시키고, 냉압기(Cold Press)로 상온에서 가압하여 접착시키는 공정이 선택되어 사용될 수 있다.

상기 폴리우레탄계 접착제를 사용하는 경우 섬유강화층(30)과 폐 비닐수지 기판(10)사이로 침투되어 매우 강력한 접착력을 나타내며, 발열이 일어나므로 프레스는 별도의 열을 가할 필요가 없이 상온에서 냉압기(Cold Press)로 가압하여도 완벽하게 접착이 이루어진다.

본 고안에 따른 복합판재의 일예를 도면을 참고하여 설명하면 다음과 같다.

도 1a는 본 고안의 폐 비닐수지 기판(10)과 수지강화층(20)이 2중층을 이루는 개괄도이며, 도 1b는 폐 비닐수지 기판(10)을 중간층으로 형성하고 폐 비닐수지 기판(10)의 양면을 수지강화층(20)이 감싼 3중층 구조의 수지판재(40)를 나타내고 있다.

도 2는 폐 비닐수지 기판(10)과 수지강화층(20) 중간에 섬유보강층(30)을 형성한 5층구조를 갖는 수지복합판재(50)를 나타내고 있다.

도 3은 상기 도 1a, 도 1b의 2중층이나, 3중층 구조의 수지판재(40)를 제조하거나 도 2의 수지복합판재(50)를 제조하는 장치시설의 개요를 나타내고 있는바, 도 3은 제1압출기(1)에서 폐 비닐을 용융,압출시켜 폐 비닐수지 기판(10)을 만들어 제공하게 되고, 제2압출기(2)(2')에서는 신제 수지를 용융,압출시켜 폐 비닐수지 기판(10)을 양쪽에서 감싸며 신제수지를 압출시켜 3중층 구조의 수지판재(40)를 얻을 수 있음을 나타내고 있고, 도 3을 이용하여 5층구조를 갖는 수지복합판재(50)를얻는 공정에 이용하고자 할 경우에는, 제1압출기(1)에서 폐 비닐을 용융,압출시켜 폐 비닐수지 기판(10)을 만들어 제공하게 되고, 폐 비닐수지 기판(10)의 양 측면에 섬유강화층을 이루기 위해 폴리에스테르계열의 부직포나 매트, 불포화폴리에스테르, 유리섬유, 에폭시수지 중에서 선택되는 섬유소재가 와인딩(3)에서 풀리며 중간층을 형성하고(도면에는 생략되어 있으나 접착제 성분이 함께 합침되게 됨), 섬유강화층 외부 양측으로 제2압출기(2)(2')에서 신제 수지를 용융,압출시켜 폐 비닐수지 기판(10) + 섬유강화층(30) + 수지강화층(20)을 갖고 5중층 구조를 이루는 수지복합판재(50)를 얻을 수 있는 공정이 개시되어 있다.

상기와 같이 3중층 구조를 형성하든, 또는 5중층 구조를 형성하든 선택되는 공정에 의해 합침된 소재는 양쪽에서 압력이 가하지는 압압롤러(4)에 의해 압박을 받으며, 필요한 경우 접착제 도포로러(5)에서 접착제가 공정 중에 투입될 수 있으며, 열압기(Hot press : 6) 또는 냉압기(Cold press) 압박을 가해주고 필요규격으 로 컷팅되어 냉각되는 공정 등의 기술은 당업계의 공지 기술이며 상기의 공정들은 필요에 다라 전 후가 바뀌어져 실시될 수 있음도 당연하다.

본 고안에 따른 폐 비닐을 이용한 복합판재는 내수성 및 내후성이 우수하여 기존의 거푸집 판재에 비하여 10배 이상의 전용회수가 증가하는 효과가 있다.

또한 본 고안에 따른 복합 판재는 표면이 매끄러워 콘크리트 표면과의 박리가 용이하며, 판재를 떼어낸 후 미장을 하는 등의 별도의 마감처리가 필요 없으며, 외관이 미려한 장점이 있다.

또한 본 고안에 따른 판재는 거푸집용 판재뿐만 아니라 발코니, 내장재 등의 토목, 건설 현장에서 다양하게 사용할 수 있다.

Claims (3)

1. 농촌의 폐 비닐을 재활용하여 얻는 플라스틱재 판재에 있어서,

   폐 비닐을 수거하여 세척하지 않은 상태에서 일정크기로 컷팅하여 벌크 크기로 용융, 압출시켜 판상의 폐비닐 기판(substrate)을 성형하고, 상기 기판의 일측면 또는 기판의 상하 양측면 각각에 수지강화층이나 섬유강화층 중에서 선택되는 강화시트층을 적층시켜 다층구조를 이루는 것을 특징으로 하는 폐 비닐을 이용한 플라스틱판재
2. 제1항에 있어서,

   상기 수지강화층은 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 또는 ABS 수지 중에서 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 폐 비닐을 이용한 플라스틱판재.
3. 제1항에 있어서,

   상기 섬유강화층은 폴리에스테르계열의 부직포나 매트, 불포화폴리에스테르, 유리섬유, 에폭시수지 중에서 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 폐 비닐을 이용한 플라스틱재 판재.

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