KR20240099939A - 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법 및 그 재생 수지 펠렛 - Google Patents

폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법 및 그 재생 수지 펠렛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 농촌 지역 등에서 많이 발생하는 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법 및 그 재생 수지 펠렛에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법 및 그 재생 수지 펠렛은 가. 폐비닐을 세척 및 분쇄하는 단계와, 나. 상기 가단계를 마친 폐비닐에 열을 가하여 용융하고, 상기 용융되는 폐비닐 용용물을 스크류에 의해 일방향으로 이송하는 단계와, 다. 상기 폐비닐 용융물이 최종적으로 110 내지 130 메쉬(mesh) 크기의 다공을 통과하는 단계와, 라. 상기 다공을 통과한 폐비닐 용융물을 소정 형태의 펠렛 더미로 압출하여 성형하는 단계와, 마. 상기 펠렛 더미를 절단하여 소정 단위의 재생 수지 펠렛을 완성하는 단계를 포함한다. 이와 같이 본 발명에 따른 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법을 이용하면, 재생 수지 펠렛의 품질을 높일 수 있는 장점이 있다.

Description

폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법 및 그 재생 수지 펠렛{Method of manufacturing recycled resin pellet using waste vinyl}
본 발명은 농촌 지역 등에서 많이 발생하는 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법 및 그 재생 수지 펠렛에 관한 것이다.
농촌 지역에서는 폐비닐이 상당히 많이 발생하는데, 폐비닐을 그래도 방치할 경우 오랫동안 썩지 않고 환경을 오염시킨다. 이에, 최근에는 폐비닐을 회수하여 사출원료로 재사용하는 기술에 대한 관심이 커지고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2058066호(등록일자;2019년12월16일)에는 ‘폐비닐 세척장치 및 이를 이용한 폐비닐 재활용방법’이 개시되어 있다. 이 선행특허를 살펴보면, 수거한 폐비닐을 세척 및 분쇄 등의 과정을 전처리하고, 전처리한 폐비닐을 소정 온도로 용융한 다음, 소정 형태로 압출, 성형함으로써, 비닐 제조의 원료가 되는 재생 수지 펠렛을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
그러나, 상기와 같은 방법으로 제조되는 폐비닐 재생 수지 펠렛은 순도 및 강도가 낮고, 색상 등이 불균일하여 신재와 비교하여 품질 차이가 큰 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-2058066호(등록일자;2019년12월16일)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 순도 및 강도를 높일 수 있고 균질화하여 품질을 향상시킬 수 있는 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법 및 그 재생 수지 펠렛을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법은, 가. 폐비닐을 세척 및 분쇄하는 단계와, 나. 상기 가단계를 마친 폐비닐에 열을 가하여 용융하고, 상기 용융되는 폐비닐 용용물을 스크류에 의해 일방향으로 이송하는 단계와, 다. 상기 스크류에 의해 이송되는 폐비닐 용융물을 최종적으로 110 내지 130 메쉬(mesh) 크기의 다공을 통해 배출하는 단계와, 라. 상기 다공으로부터 배출된 폐비닐 용융물을 소정 형태의 펠렛 더미로 압출하여 성형하는 단계와, 마. 상기 펠렛 더미를 절단하여 소정 단위의 재생 수지 펠렛을 완성하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 다단계는, 상기 다공이 균일하게 형성된 다공판을 상기 스크류 끝단 측에 배치하여 상기 스크류에 의한 이송이 끝나는 단계에서 이루어지고, 상기 다공판은 교체 및/또는 세척하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 다단계에서 다공을 통해 배출되는 상기 폐비닐 용융물의 배출량 및/또는 배출속도에 따라 상기 다공판의 교체 및/또는 세척시기를 기호, 알림등 및 경고음 중 적어도 하나로 알릴 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛은 상기한 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법 및 그 재생 수지 펠렛에 의하면, 폐비닐 용용물이 최종적으로 110 내지 130 메쉬 크기의 다공을 통해 배출됨으로써, 이물질, 미용용 응집물 및 기포 등이 제거되어 순도 및 강도가 높아질 수 있고, 순도, 강도 및 색상 등이 균질해질 수 있어 품질이 현저히 향상될 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조과정을 나타내는 공정도이고,
도 2는 도 1에 나타낸 공정 중 용융 단계 및 용융 후처리 단계를 위한 장치를 나타낸 사시도이고,
도 3은 도 2에 나타낸 장치의 일부를 절개하여 도시한 측면도이고,
도 4는 도 3에 도시된 다공판의 사시도이고,
도 5는 도 3의 다공판의 메쉬에 따른 인장강도 변화를 나타낸 그래프이고,
도 6은 도 3의 다공판의 메쉬에 따른 압출성형기 내의 압력변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1에 ‘S1’을 참조하는 바와 같이, 농사에 사용 후 폐기되는 폐비닐을 수거하여 폐비닐에 붙어있는 흙먼지나 농산물 찌꺼기 등을 제거하는 세척작업을 하고, 폐비닐을 잘게 분쇄한다.
세척작업은 브러시 등으로 폐비닐을 털어내고, 세척수로 씻어낸 다음, 탈수 건조하는 과정으로 이루어질 수 있다.
분쇄작업은 분쇄실에 유입된 폐비닐을 분쇄실 내 칼날을 이용하여 절단하는 과정으로 이루어질 수 있다.
상기한 세척작업과 분쇄작업은 둘 중에 어느 하나의 작업이 선 진행되고, 나머지 작업이 후 진행될 수도 있고, 동시에 함께 진행될 수도 있다.
다음으로, 도 1의 ‘S2’및 도 2, 도 3을 참조하는 바와 같이, 세척 및 분쇄작업을 마친 폐비닐 분쇄물(1-1)에 소정 온도의 열을 가하여 반죽과 같은 상태로 용융하고, 이와 같이 용융되는 폐비닐 용용물(1-2)을 스크류(10)에 의해 일방향으로 이송한다.
예컨대, 스크류 하우징(12) 상부에 위치된 호퍼(11)를 통해 폐비닐 분쇄물(1-1)을 넣으면, 스크류 하우징(12)에 구비된 히터(20)에 의해 스크류 하우징(12)에 유입된 폐비닐 분쇄물(1-1)이 용융된다. 이와 동시에 스크류 하우징(12) 내 스크류(10)가 모터(14)의 동력에 의해 회전하여, 폐비닐 분쇄물(1-1)이 용융되면서 회전하는 스크류(10)에 의해 스크류(10)의 끝단 측에 위치된 배출구(미도시)로 이송된다. 한편, 회전하는 스크류(10)에 의해 이송되는 폐비닐 용융물(1-2)은 스크류 하우징(12) 내 필터(미도시)에 의해 여과처리될 수 있다.
다음으로, 도 1의 ‘S3’및 도 2, 도 3을 참조하는 바와 같이, 폐비닐 용융물(1-21)이 최종적으로 110 내지 130 메쉬(mesh) 크기의 다공(30a)을 통과하여 미세화 및 균일화될 수 있게 한다.
바람직하게는 상기한 다공(30a)이 균일하게 형성된 다공판(30)을 스크류(10) 끝단 측, 즉 스크류 하우징(12)의 배출구 측에 배치하여, 스크류 하우징(12) 내에서 용융되는 폐비닐 용용물(1-2)이 스크류(10)에 의한 이송이 끝나는 단계에서 회전하는 스크류(10)에 의한 이송력에 의해 다공판(30)의 다공(30a)을 통과할 수 있게 한다. 따라서, 폐비닐 용용물(1-2)이 스크류(10)에 의해 이송되는 동안 충분히 용융될 수 있어 미세한 다공(30a)을 용이하게 통과할 수 있으며, 폐비닐 용융물(1-2)이 다공(30a)을 통과할 수 있게 장치나 동력을 별도로 추가할 필요가 없어 폐비닐을 재생하는 장점인 경제성 장점을 가질 수 있고, 회전하는 스크류(10)에 의한 이송력에 의해 폐비닐 용융물(1-2)이 미세한 다공(30a)을 막힘없이 충분히 통과하면서 스크류 하우징(12)으로부터 배출될 수 있다. 이처럼 폐비닐 용용물(1-2)이 110 내지 130 메쉬 크기의 다공(30a)을 통과하는 작업에 의해, 폐비닐 용용물(1-2) 내 기포가 터져 소멸될 수 있고, 덜 용융되어 덩어리진 폐비닐 용융물 응집체 및 이물질이 배출되지 못하게 걸러짐으로써, 다공(30a)을 통과한 폐비닐 용융물(1-2)은 균질하고 부드러운 반죽 상태가 되고, 이물질 및 기포 등이 제거되어, 추후 펠렛 더미로 압출 성형될 때 압출 저항 등이 크게 감소하여 압출 성형이 불량없이 용이하게 이루어질 수 있고, 추후 압출 성형된 재생 수지 펠렛의 순도 및 강도가 향상될 수 있다. 또한, 폐비닐 용용물(1-2)이 110 내지 130 메쉬 크기의 다공(30a)을 통과하는 작업에 의해, 덩어리진 폐비닐 용용물 응집체가 다공을 통과하지 못하고 정체되는 동안 열에 의해 충분히 용융되고, 회전하는 스크류(10)에 의한 이송력에 의해 다공판(30)에 마찰되고, 미세 다공(30a)에 의한 칼날 효과에 의해 절삭됨으로써, 응집이 풀어진 후 다시 다공(30a)을 통과할 수 있기 때문에 스크류 하우징(12)에 잔존하여 폐기되는 폐비닐 용용물 잔존량이 현저히 줄어들 수 있어 생산성도 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이 다공(30a)의 크기가 작으면 작을수록 폐비닐 용융물(1-2)이 미세화 및 균일화되어, 펠렛의 공극률이 줄어듦에 따라 펠렛의 밀도가 높아지는 등 펠렛의 물리적 특성이 향상될 수 있고, 또한 펠렛의 기계성 물성 및 색상 등의 균일도가 높아짐에 따라 품질이 향상될 수 있다. 하지만, 다공(30a)이 130 메쉬 이상으로 직경이 너무 작아지면, 폐비닐 용용물(1-2)에 이송력을 부여하는 스크류(10)의 부하가 급격히 상승되고, 미세한 다공(30a)이 자주 막혀서 생산 속도가 현격히 줄어들며, 공정 중에 셧다운(shtu down)될 수 있고, 폐비닐 용융물(1-2)이 미세한 다공(30a)을 통과하지 못하고 스크류 하우징(12)에 정체됨에 따라 과용용으로 인해 물성이 변형되거나 타서 눌러 붙는 문제가 발생되어 역으로 기계적 물성 및 품질이 현격히 저하되고, 과용융 및 미세화에 의해 다공(30a)을 통과한 폐비닐 용융물(1-2)의 물성이 액상에 가까워져 펠렛 더미(2)로의 압출 성형 가공성이 떨어지는 역효과가 있다. 그리고, 다공(30a)이 110 메쉬 이하로 직경이 커지면, 폐비닐 용융물(1-2)의 미세화 및 균일화 효과가 크지 않아서 신재 수지 대비 본 발명의 펠렛(2)을 이용한 재생 수지의 인장강도 등의 기계적 물성이 및 품질이 많이 떨어진다.
따라서, 상술한 바와 같이 다공(30a)을 미세한 크기로 형성하되, 역효과 등을 고려하면, 110 내지 130 메쉬 이하로 형성하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도 1의 ‘S4’를 참조하는 바와 같이, 다공(30a)을 통과한 폐비닐 용융물은 압출 성형기(40)에 의해 소정 형태의 펠렛 더미(2)로 압출되어 성형되고, 도 1의 ‘S5’를 참조하는 바와 같이, 압출 성형된 펠렛 더미(2)가 절단되어 소정 단위의 재생 수지 펠렛으로 완성될 수 있다.
한편, 도 5는 메쉬에 따른 인장강도에 대한 그래프이고, 도 6은 메쉬에 따른 압출성형기(40) 내의 압력에 대한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 메쉬에 따른 인장강도를 파악하기 위하여, 다음과 같은 실험을 진행하였다.
먼저, 메쉬 별로 압출된 펠렛더미(2)들을 일정한 양으로 용융시켜 동일한 길이, 두께 및 폭으로 된 판상의 다수의 시험재료를 성형하였다.
메쉬 별로 성형된 시험재료마다, 길이방향 일측을 고정하고 동일한 속도로 길이방향 타측을 길이방향으로 파단이 발생될 때가 당겨, 각 시험재료의 파단 시 인장강도를 측정하였다. 도 5를 참고하면, 110메쉬 이상에서 인장 강도가 45Mpa 전후에서 증감하는 것을 확인할 수 있었다.
그리고, 다공판의 메쉬에 따른 압출성형기(40)의 압력을 파악하기 위하여, 스크류하우징(12) 내에 다공판 측에 압력센서(미도시)를 설치하였다.
다공판의 메쉬 별로 압출성형기(40) 내의 압력변화는 도 6과 같이 130메쉬 이후에 압력이 크게 증가하는 것으로 파악되었다.
압출성형기(40) 내의 압력이 크게 증가한다는 것은 앞에서 언급한 바와 같이, 폐비닐 용융물(1-2)이 미세한 다공(30a)을 통과하지 못하고 스크류 하우징(12)에 정체됨에 따라 과용용으로 인해 물성이 변형되거나 타서 눌러 붙는 문제가 발생되어 역으로 기계적 물성 및 품질이 현격히 저하되고, 펠렛 더미(2)로의 압출 성형 가공성이 떨어지는 역효과가 발상될 수 있다.
이에 따라, 다공판의 다공(30a)이 110 내지 130 메쉬이하의 크기의 직경으로 형성되는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.
한편, 다공판(30)은 교체 및/또는 세척하여 사용할 수 있게 스크류 하우징(12)의 배출구 측에 탈부착 가능하게 구비됨으로써, 다공(30a) 막힘으로 인한 문제를 방지할 수 있다. 이때, 다공(30a)을 통해 배출되는 폐비닐 용융물(1-2)의 배출량 및/또는 배출속도를 센서를 통해 측정하여 다공판(30)의 교체 및/또는 세척시기를 기호, 알림등 및 경고음 중 적어도 하나로 알릴 수 있다. 예컨대, 다공(30a) 막힘이 없는 초기의 배출 속도를 기준으로, 현재의 다공(30a)을 통과한 배출 속도가 소정 시간 이상 동안 소정 % 이상 감소되면, 다공판(30)의 교체 및/또는 세척시기가 도래한 것을 알릴 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 압출성형기(40)는 다공판(30) 둘레를 따라 장착되는 보조 히터가 더 장착될 수 있다.
보조 히터는 다공판(30)을 가열하여 폐비닐 용융물(1-2)이 다공판(30) 통과 시 가열온도가 유지될 수 있어, 펠렛 더미(2)로의 압출 성형 가공성이 더욱 향상될 수 있다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
1-1: 폐비닐 분쇄물 1-2: 폐비닐 용융물
10: 스크류 11: 호퍼
12: 스크류 하우징 14: 모터
20: 히터 30: 다공판
30a: 다공 40: 압출 성형기

Claims (4)

  1. 농업용 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법에 있어서,
    가. 폐비닐을 세척 및 분쇄하는 단계;
    나. 상기 가단계를 마친 폐비닐에 열을 가하여 용융하고, 상기 용융되는 폐비닐 용용물을 스크류에 의해 일방향으로 이송하는 단계;
    다. 상기 폐비닐 용융물이 최종적으로 110 내지 130 메쉬 크기의 다공을 통과하는 단계;
    라. 상기 다공을 통과한 폐비닐 용융물을 소정 형태의 펠렛 더미로 압출하여 성형하는 단계: 및
    마. 상기 펠렛 더미를 절단하여 소정 단위의 재생 수지 펠렛을 완성하는 단계;를 포함하는 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다단계는, 상기 다공이 균일하게 형성된 다공판을 상기 스크류 끝단 측에 배치하여 상기 스크류에 의한 이송이 끝나는 단계에서 이루어지고, 상기 다공판은 교체 및/또는 세척하여 사용할 수 있는 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다단계에서 다공을 통해 배출되는 상기 폐비닐 용융물의 배출량 및/또는 배출속도에 따라 상기 다공판의 교체 및/또는 세척시기를 기호, 알림등 및 경고음 중 적어도 하나로 알리는 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 폐비닐을 이용한 재생 수지 펠렛 제조방법에 의해 제조되는 재생 수지 펠렛.
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