KR101590758B1

KR101590758B1 - 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법

Info

Publication number: KR101590758B1
Application number: KR1020140107046A
Authority: KR
Inventors: 전광희
Original assignee: 전광희
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2016-02-02
Anticipated expiration: 2034-08-18

Abstract

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법에 관한 것으로, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지로 구성된 폐플라스틱에 상하로 세척액을 분사할 수 있는 노즐형태의 세척장비를 이용하여 5 ~ 20분 동안 세척을 실시하고 세척액을 배출한 다음, 용수를 사용하여 1 ~ 2분 동안 세척하여 세척액에 함유되어 있는 계면활성제 성분을 제거하는 제1공정; 상기 세정된 폐플라스틱의 수분을 제거하고 건조시킨 후에 50HP의 고속분쇄기를 이용하여 입자크기가 1 ~ 5mm의 플레이크(flake) 상태로 분쇄하는 제2공정; 상기 분쇄된 폐플라스틱 플레이크 70 ~ 90중량부, ABS 수지 10 ~ 20중량부, TPU 수지 0 ~ 10중량부, 블랙 마스터배치(black M/B) 1 ~ 3중량부를 혼합한 수지조성물을 일축 용융압출기의 호퍼에 투입하고 블랜딩 및 압출을 실시하여 복합수지를 제조하는 제3공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 제1공정에서의 세척액은 담점이 40 ~ 50℃인 비이온 계면활성제로 라우릴알콜에 에틸린옥사이드가 7몰 부가된 LA(Lauryl Alcohol)-7 2중량%; 음이온 계면활성제로 폴리아크릴산 소다 2중량%; 정수제로 에틸렌디아민테트라에세틱산 소다 0.5중량%를 혼합한 수용액이며, 또한 상기 제3공정에서의 압출기의 온도는 공급부의 온도 180 ~ 190℃, 압축부의 온도 170 ~ 180℃, 계량부의 온도 165 ~ 175℃로 유지하는 것을 특징으로 하고 있다. 그리고 상기 제3공정에서 제조되는 복합수지는 충격강도 25 ~ 35Kg cm/cm, 유동성 30 ~ 40g/10min, 인장강도 350 ~ 450Kg/cm², 신장율 40 ~ 60%를 갖는다.
본 발명은 폐플라스틱, 특히 폴리우레탄(TPU)과 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지의 2성분으로 구성된 섬유연사기 드럼을 사용하여 복합수지 재생기술을 통해 일반 수지로 재사용할 수 있으므로 자원재생에 크게 기여하는 효과가 있다. 따라서 본 발명은 TPU 수지와 ABS 수지로 구성된 폐플라스틱을 재활용하여 일반적으로 많이 사용되는 ABS 수지나 ABS 복합수지를 대체함으로써 여러 가지 종류의 플라스틱 사출제품을 생산하는데 적용이 가능함은 물론, 자원의 낭비를 줄이고 재생품의 품질 또한 순수 ABS 수지가 갖는 고유의 물성을 능가하는 제품을 생산할 수 있다.

Description

열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법{Reusing method of used plastics consist of TPU and ABS complex resin}

본 발명은 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열가소성 폴리우레탄(TPU) 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지 등 2성분으로 조성된 플라스틱 제품, 특히 섬유연사기 드럼을 재활용하기 위하여 상기 연사기 드럼을 세정하고 분쇄한 다음, 여기에 ABS 수지, TPU 수지 및 블랙 마스터배치(black M/B)를 혼합한 수지조성물을 압출공정을 통해 복합수지로 제조함으로써 그 물성이 단독수지의 특성을 능가하는 정도로 향상된 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 플라스틱은 자연생태계 내에서 생분해되지 않고 오랫동안 형태를 유지하는 특성이 있다. 그래서 사용 후 버려지는 플라스틱의 재활용에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 중에서도 농업용 비닐하우스, 음료수 병 등은 각각의 성분별로 분리 배출하거나 수거하여 재사용이 비교적 용이한 편이어서 재사용에 대한 많은 연구가 진행되어 현재에는 상용화 되고 있는 기술이다.

하지만 2성분 이상 혼합된 복합 플라스틱의 재활용 기술은 아직까지 많이 개발되고 있지 못하고 있다. 예를 들면, 2성분 이상의 복합 플라스틱의 재활용 방법으로 각각의 수지를 종류별로 분리하여 재사용하거나 2성분 외에 다른 제3의 플라스틱 수지를 첨가하여 재사용하는 방법이 있다. 이러한 경우, 제3의 성분이 기존 플라스틱의 물리화학적 물성에 영향을 미치고 또한 재활용에 따르는 원료의 가격 상승요인으로 작용하여 재활용의 경제적 효과가 반감되는 경우가 있다. 따라서 이러한 복합성분으로 구성된 플라스틱 폐기물들은 주로 매립 또는 소각하는 방법으로 처리되고 있는 실정이다.

참고로, 섬유연사기는 폴리에스테르 필라멘트 섬유의 합사공정에 적용되는 기계로 기계부품 중에서 가장 중요한 드럼 부분은 TPU/ABS 복합수지로 제조된 원통 형태의 플라스틱 사출성형 제품이다. 본 발명에서 재활용하고자 하는 폐플라스틱으로 연사기 드럼은 면이 균일하고 일정한 탄성을 유지해야 필라멘트를 균일하게 합사하거나 꼬임을 일정하게 유지할 수 있기 때문에 상기 연사기 드럼은 평균적으로 2 ~ 3년 주기로 교체되는데, 이때 발생되는 연사기의 드럼은 전량 소각하거나 폐기 처분하고 있어 자원의 낭비가 막대하므로 본 발명에서는 주기적으로 교체되어 버려지는 TPU/ABS 수지로 구성된 실린더 드럼을 재활용하는 기술을 연구하였다.

위와 같이, 섬유연사기 드럼은 장기간 사용으로 인해 표면에 이물질 등이 부착되어 세척공정이 필요하고 이때 효과적인 세정작업을 수행하기 위해 적절한 세정제 및 기계적인 공정이 요구된다. 특히 섬유연사기 드럼은 실린더 형태로 내부가 비어있는 원통 형태로 일반적인 세척공정에서는 쉽게 오염물질의 제거가 곤란하다. 이로 인하여 본 발명에서는 실린더 드럼을 세척하는 공정에서 좀 더 효과적으로 이물질을 제거하기 위해 상하에서 노즐을 통해 물을 분사하는 장치를 적용하였다.

그리고 세척공정에서 거품과 오염물질의 재부착을 방지할 수 있는 특수 계면활성제를 적용하였으며, 세척 후 건조한 드럼은 분쇄공정을 거쳐 입자크기를 1 ~ 5mm로 분쇄하였다. 이렇게 절단된 수지는 냉각장치 및 가열장치가 동시에 부착된 용융압출기를 사용하여 복합수지로 가공되며, 특히 TPU/ABS 복합수지는 2가지 성분의 고분자수지가 열적 물리적 특성이 상이하여 일반적인 압출방법으로 재활용하는 것이 현재까지 불가능하였다. 그러나 본 발명에서는 수지 복합체의 조성을 최적의 상태로 조절함과 아울러, 압출기의 용융온도 및 냉각온도를 조정하여 복합수지의 용융압출이 가능한 방법을 개발하여 본 발명을 완성한 것이다.

본 발명과 관련하여 폐플라스틱을 이용하여 복합수지를 제조하는 종래기술을 살펴보면, 대한민국 등록특허공보 제10-0884222호(공고일 : 2009. 02. 17)에서는 사용이 끝난 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체(ABS) 수지에 폴리카보네이트(PC)를 첨가하여 수지를 재생함으로써 사용이 끝난 플라스틱의 재생 처리 시의 품질 열화를 방지하고 재생수지의 품질을 향상시키는 방법을 제공하고 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0109905호(공개일 : 2006. 10. 23)를 보면, 소량의 고형 이물이 혼재되어 있는 폐플라스틱 재료의 분쇄물에 광차폐성 안료 또는 광차폐성 필러 등의 광차폐성 성분을 혼합하고, 이 혼합물을 가열 용융하여 얻어지는 특정한 명도와 광투과도를 나타내는 재생 수지 조성물이 외관상 결함이 없는 합성수지 제품의 제조에 유효하게 이용할 수 있는 고형 이물을 함유하는 폐플라스틱 재료 분쇄물로부터 얻은 재생 수지 조성물을 개시하고 있으나, 상기 종래의 기술은 모두 기존 폐플라스틱에 제3의 플라스틱 수지 등을 첨가하여 플라스틱 폐기물을 재활용하는 방법에 관한 것이고 TPU/ABS 수지 등과 같은 복합수지성분으로 구성된 폐플라스틱을 재활용하는 방법에 대한 기술은 제시하지 못하고 있는 상태이므로 그 경제적 효과에 많은 문제점이 있는 것으로 인식된다.

대한민국 등록특허공보 제10-0884222호(공고일 : 2009. 02. 17) 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0109905호(공개일 : 2006. 10. 23)

본 발명의 목적은 폐플라스틱, 특히 사용연한이 종료된 섬유연사기의 드럼은 폴리우레탄(TPU)과 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지가 실린더 내부와 외부로 부착되고 가공된 형태로 분쇄하거나 절단하여 혼합하더라도 서로 다른 성분이 균일하게 혼합되지 못하는 단점을 해소하기 위해 상기 드럼을 세정 및 분쇄한 다음, 압출시의 블랜딩 조성 및 온도조건의 변화를 통해 복합수지를 제조함으로써 그 물성이 단독수지의 특성을 능가하는 정도로 향상된 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법은, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지로 구성된 폐플라스틱에 상하로 세척액을 분사할 수 있는 노즐형태의 세척장비를 이용하여 5 ~ 20분 동안 세척을 실시하고 세척액을 배출한 다음, 용수를 사용하여 1 ~ 2분 동안 세척하여 세척액에 함유되어 있는 계면활성제 성분을 제거하는 제1공정; 상기 세정된 폐플라스틱의 수분을 제거하고 건조시킨 후에 50HP의 고속분쇄기를 이용하여 입자크기가 1 ~ 5mm의 플레이크(flake) 상태로 분쇄하는 제2공정; 상기 분쇄된 폐플라스틱 플레이크 70 ~ 90중량부, ABS 수지 10 ~ 20중량부, TPU 수지 0 ~ 10중량부, 블랙 마스터배치(black M/B) 1 ~ 3중량부를 혼합한 수지조성물을 일축 용융압출기의 호퍼에 투입하고 블랜딩 및 압출을 실시하여 복합수지를 제조하는 제3공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 제1공정에서의 세척액은 담점이 40 ~ 50℃인 비이온 계면활성제로 라우릴알콜에 에틸린옥사이드가 7몰 부가된 LA(Lauryl Alcohol)-7 2중량%; 음이온 계면활성제로 폴리아크릴산 소다 2중량%; 정수제로 에틸렌디아민테트라에세틱산 소다 0.5중량%를 혼합한 수용액이며, 또한 상기 제3공정에서의 압출기의 온도는 공급부의 온도 180 ~ 190℃, 압축부의 온도170 ~ 180℃, 계량부의 온도 165 ~ 175℃로 유지하는 것을 특징으로 하고 있다. 그리고 상기 제3공정에서 제조되는 복합수지는 충격강도 25 ~ 35Kg cm/cm, 유동성30 ~ 40g/10min, 인장강도 350 ~ 450Kg/cm², 신장율 40 ~ 60%를 갖는다.

본 발명은 폐플라스틱, 특히 폴리우레탄(TPU)과 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지의 2성분으로 구성된 섬유연사기 드럼을 사용하여 복합수지 재생기술을 통해 일반 수지로 재사용할 수 있으므로 자원재생에 크게 기여하는 효과가 있다. 따라서 본 발명은 TPU 수지와 ABS 수지로 구성된 폐플라스틱을 재활용하여 일반적으로 많이 사용되는 ABS 수지나 ABS 복합수지를 대체함으로써 여러 가지 종류의 플라스틱 사출제품을 생산하는데 적용이 가능함은 물론, 자원의 낭비를 줄이고 재생품의 품질 또한 순수 ABS 수지가 갖는 고유의 물성을 능가하는 제품을 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 폐플라스틱 재활용 방법에 적용한 압출기의 공급부, 압축부, 계량부 등을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 적용한 압출기의 냉각장치에서 제품이 배출되는 상태를 나타내는 실물사진이다.
도 3은 본 발명에 의해 제조된 복합수지를 나타내는 실물사진이다.

본 발명에 따른 폐플라스틱의 재활용 방법은, 열가소성 폴리우레탄(TPU) 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지로 구성된 폐플라스틱에 상하로 세척액을 분사할 수 있는 노즐형태의 세척장비를 이용하여 5 ~ 20분 동안 세척을 실시하고 세척액을 배출한 다음, 용수를 사용하여 1 ~ 2분 동안 세척하여 세척액에 함유되어 있는 계면활성제 성분을 제거하는 제1공정; 상기 세정된 폐플라스틱의 수분을 제거하고 건조시킨 후에 50HP의 고속분쇄기를 이용하여 입자크기가 1 ~ 5mm의 플레이크(flake) 상태로 분쇄하는 제2공정; 상기 분쇄된 폐플라스틱 플레이크 70 ~ 90중량부, ABS 수지 10 ~ 20중량부, TPU 수지 0 ~ 10중량부, 블랙 마스터배치(black M/B) 1 ~ 3중량부를 혼합한 수지조성물을 일축 용융압출기의 호퍼에 투입하고 블랜딩 및 압출을 실시하여 복합수지를 제조하는 제3공정을 포함하여 이루어진다.

이하에서는 본 발명의 각 단계별 공정을 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 예시하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

먼저, 제1공정은 열가소성 폴리우레탄(TPU) 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지로 구성된 폐플라스틱에 상하로 세척액을 분사할 수 있는 노즐형태의 세척장비를 이용하여 5 ~ 20분 동안 세척을 실시하고 세척액을 배출한 다음, 용수를 사용하여 1 ~ 2분 동안 세척하여 세척액에 함유되어 있는 계면활성제 성분을 제거하는 과정으로, 통상의 플라스틱 부품은 장기간 사용으로 인해 표면에 이물질 등이 부착되어 세척공정이 필요하고 이때 효과적인 세정작업을 수행하기 위해 적절한 세정제 및 물리적인 공정이 요구된다. 특히 섬유연사기 드럼은 실린더 형태로 내부가 비어있는 원통 형태로 일반적인 세척공정에서는 쉽게 오염물질의 제거가 곤란함에 따라 본 발명에서는 섬유연사기 드럼과 같은 폐플라스틱 제품을 세척하는 공정에서 좀 더 효과적으로 이물질을 제거하기 위해 상하에서 노즐을 통해 물을 분사하는 장치를 적용하였다.

그리고 본 발명에서는 수많은 실험을 거듭한 결과, 상기 제1공정에서의 세척액은 담점이 40 ~ 50℃인 비이온 계면활성제로 라우릴알콜에 에틸린옥사이드가 7몰 부가된 LA(Lauryl Alcohol)-7 2중량%; 음이온 계면활성제로 폴리아크릴산 소다 2중량%; 정수제로 에틸렌디아민테트라에세틱산 소다 0.5중량%를 혼합한 수용액을 사용하는 것이 세척효과와 환경적인 측면에서 가장 바람직한 것으로 조사되었다. 즉, 섬유연사기에 사용되는 실린더 드럼은 볼트와 너트 등을 분리하여 세정을 실시하는데, 상기 세척액 수용액은 실린더 드럼에 오염되어 있는 오일, 실리콘, 기타 이물질의 효과적인 제거를 수행하기 위한 비이온 계면활성제로 라우릴알콜에 에틸린옥사이드가 7몰 부가된 LA(Lauryl Alcohol)-7을 2중량% 정도 첨가하였고, 세정된 오일 및 이물질의 재부착 방지를 위해서는 음이온 계면활성제로 폴리아크릴산 소다를 2중량% 정도로 첨가하였으며, 또 세정공정에서 효율을 높이기 위해 물속의 금속이온 성분을 킬레이팅할 수 있는 정수제로 에틸렌디아민테트라에세틱산 소다를 0.5중량% 정도 혼합함으로써 상기 제1공정에서의 세정효과를 극대화 할 수 있다.

제2공정은 상기 세정된 폐플라스틱의 수분을 제거하고 건조시킨 후에 50HP의 고속분쇄기를 이용하여 입자크기가 1 ~ 5mm의 플레이크(flake) 상태로 분쇄하는 과정으로, 이렇게 절단된 분쇄 수지는 압출기에 투입하기 적당한 상태로 냉각장치 및 가열장치가 동시에 부착된 용융압출기를 사용하여 재생 복합수지로 가공되며, 특히 TPU/ABS 복합수지는 두 가지 고분자 수지의 열적 물리적 특성이 서로 상이하여 일반적인 압출방법으로 재활용하는 것이 현재까지 불가능하였으나, 본 발명에서는 수지의 조성을 적당하게 조절하고 압출기의 용융온도 및 냉각온도를 조정하여 최적의 복합수지 압출가공이 가능한 방법을 개발한 것이다.

참고로, 폴리우레탄(PU)은 탄성, 내마모성, 가공성이 우수하여 산업 및 소비재, 부품 등에 다양하게 사용되는데, 폴리우레탄의 종류에 따라 그 물성의 차이가 있으므로 용도에 맞는 제품의 선택이 중요하며, 통상의 폴리우레탄은 열가소성(열로 녹여 성형함)과 열경화성(액상을 열로 굳힘)으로 구분할 수 있다. 한편, 열가소성 폴리우레탄(TPU, Thermoplastic Poly Urethane)은 열로 녹여 제작됨으로 압출, 진공성형, 열접착, 고주파가공이 가능하고 압출, 사출의 방식으로 작업함으로써 별도의 첨가제 없고 차후에 열을 가하면 다시 녹아 재활용이 가능하며, 또 압출성형, 사출성형, 캘린더(Calender)성형 등이 가능하고 가공성이 용이한 열가소성의 폴리우레탄 엘라스토머로 뜨거운 물이나 강산, 극성용제 등에 약한 문제는 있으나, 가공기술이 개량되어 우수한 특성과 생산성을 살려 엔지니어링 플라스틱의 용도뿐만 아니라 스포츠용품, 생활용품, 산업용품등에도 폭넓게 적용되고 있다.

또한, ABS 수지의 정식 명칭은 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 공중합체(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene copolymer) 수지로서, 기본적으로 부타디엔 고무를 변형해서 만든 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체인 ABS 수지는 내충격성이 큰 부타디엔 단위체, 내열성이 좋은 아크릴로니트릴 단위체, 공중합체에 강도를 부여하는 스티렌 단위체로 속성의 균형을 이룬다. ABS 수지는 구조적인 부분에서 금속을 대체할 수 있는 공업용 플라스틱으로 사출성형과 중공성형, 압출성형에 사용되며, 그 제법과 사용하는 수지의 조성 및 분자량, 고무의 종류, 조성, 입자지름, 가교도, 그래프트율, 수지와 고무와의 비율 등을 바꾸거나 혹은 제4의 새로운 성분을 첨가함으로써 그 성질을 대폭적으로 바꿀 수 있는 것으로 알려져 있다.

마지막으로 제3공정은 상기 분쇄된 폐플라스틱 플레이크 70 ~ 90중량부, ABS 수지 10 ~ 20중량부, TPU 수지 0 ~ 10중량부, 블랙 마스터배치(black M/B) 1 ~ 3중량부를 혼합한 수지조성물을 일축 용융압출기의 호퍼에 투입하고 블랜딩 및 압출을 실시하여 복합수지를 제조하는 과정으로, 상기 압출기의 온도는 공급부의 온도 180 ~ 190℃, 압축부의 온도 170 ~ 180℃, 계량부의 온도 165 ~ 175℃로 유지하는 것이 ABS 수지와 TPU 수지의 융점을 고려해 볼 때 제조공정상 바람직하다. 이로 인하여 상기 제3공정에서 제조되는 복합수지는 충격강도 25 ~ 35Kg cm/cm, 유동성 30 ~ 40g/10min, 인장강도 350 ~ 450Kg/cm², 신장율 40 ~ 60%로서, 일반 ABS수지를 대체하여 사용 가능한 물리적 특성을 갖는다.

그리고 상기 블랙 마스터배치(black M/B)는 흑색 안료(pigment)로 착색된 마스터배치(Masterbatch)를 말하며, 플라스틱 및 고무원료에 배합제를 혼합하는 공정에서 배합제를 미리 처방보다 높은 농도로 섞어 반죽한 마스터배치는 플라스틱 및 고무에 혼입해 각 배합제의 계량을 정확하게 할 수 있고 분산을 좋게 하며, 또 작업 중의 흩날림도 방지할 수 있어 플라스틱 성형가공의 생산성을 높이기 위해 꼭 필요한 제품이라 할 수 있는데, 이에 관한 사항은 당해 기술 분야에서 이미 잘 알려져 있으므로 자세한 설명을 생략한다.

위와 같이, 본 발명은 사용되고 버려지는 플라스틱 소재 중에서 단일 성분들을 쉽게 재사용이 가능하지만 복합수지 혹은 2성분 이상으로 구성된 수지들은 재사용이 어렵고 전량 폐기되는 점에 착안하여 2성분 이상의 수지조성물로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법을 발명한 것으로, 특히 섬유연사기 드럼은 고가의 엔지니어링 플라스틱인 TPU/ABS 혼합수지이다. 이에 따라 본 발명자는 실린더 드럼을 복합수지로 재생하여 물리적 특성을 살펴본 결과, 엔지니어링 플라스틱인 TPU 수지의 장점과 ABS 수지의 물성을 잘 유지할 수 있음을 확인하였으며, 신장율에서는 ABS 단독수지를 능가하는 물리적 특성을 가진다는 사실을 확인하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 수많은 실험을 거쳐 완성되었으나, 이하에서는 당업자가 용이하게 이해하고 실시할 수 있을 정도의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다.

[실시예 1]

실린더 드럼을 입자크기가 1 ~ 5mm로 분쇄한 플레이크 상태의 혼합수지 800g, ABS 수지 180g, black M/B 20g을 혼련기에 각각 투입하고 RPM 20으로 혼합하여 호퍼에 투입하였다. 투입된 수지는 46.2㎜의 스크류 직경과 30/1 = L/D 비율을 가진 Twin-Screw Extruder(SM PLATEK Co. Ltd. TEK 45, Co-rotating)를 사용하여 복합수지를 생산하였다. 압축기의 조건은 공급부의 온도는 180 ~ 190℃, 압축부의 온도는170 ~ 180℃, 계량부의 온도는 165 ~ 175℃로 유지하고 블랜딩 및 압출을 실시하여 균일한 복합수지를 제조하였다.

[실시예 2]

상기 실시예 1의 조성에서 압축기의 온도조건이 중요한 인자로 작용하였다. 압축기의 공급부 온도를 TPU 수지의 가공조건인 190 ~ 200℃로 유지할 경우 도입부에 마찰로 인한 발열현상으로 온도상승이 10℃ 정도 관찰되었으며, 최종 블렌딩된 수지조성물은 불균일한 형태를 보이는 것으로 나타났다. 그리고 공급부의 온도를 170 ~ 180℃로 유지하고 압축부의 온도를 180℃로 유지한 경우 계량부의 온도가 190℃ 이상으로 상승되어 계량부는 별도의 냉각장치를 통해 냉각을 실시하여 180℃로 유지해야 균일한 복합수지를 제조할 수 있다. 따라서 도입부의 온도를 증가시킬 경우 압축부에서 온도조정이 문제가 되고 불균일한 제품 상태를 나타내므로 본 발명에서 압출기의 온도조건은 제조공정상의 중요한 요인으로 작용한다는 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 3]~[실시예 4], [비교예 1]~[비교예 4]

상기 실시예의 1의 제조공정에서 ABS 수지를 적당량 혼합 사용해야 균일한 복합체를 형성하는 것을 알 수 있는데, 통상적으로 플라스틱 복합체는 2성분인 경우 전체 조성에서 균일한 복합체를 형성하는 경우도 있으나, 특별한 경우 일정 비율의 조성만이 균일한 복합체를 형성하는 경우도 있다. 본 발명에서는 이러한 성이 관찰되었는데, 각각의 수지가 첨가되는 비율을 달리하는 복합체를 [표 1]과 같은 조성으로 실시하였다.

구 분	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
실린더 드럼 Flake	900g	800g	700g	600g	950g	1000g
ABS 수지	100g	200g	300g	400g	50g	-
Black M/B	20g	20g	20g	20g	20g	20g

상기 비교예 4에서 폐실린더 드럼 단독으로 복합화를 실시한 경우 복합체는 불균일한 형상을 나타내었다. 그런데 실시예 3 및 실시예 4와 같이 ABS 수지를 각각 100g, 200g 사용한 경우는 균일한 복합체를 형성하였으며, 또한 비교예 1, 2와 같이 ABS 수지를 각각 300g, 400g씩 사용한 경우는 표면이 불균일하게 형성되는 것이 관찰되었고 비교예 3과 같이 ABS 수지를 50g 사용한 경우도 불균일한 복합체를 형성하는 것을 확인하였다. 따라서 본 발명에서 가장 적당한 조성비는 실린더 드럼 플레이크 수지 80 ~ 90중량부를 기준으로 할 때 ABS 수지 10 ~ 20중량부, Black M/B 1 ~ 3중량부 정도를 사용하는 것이 가장 바람직하다.

[실시예 5]~[실시예 6], [비교예 5]~[비교예 8]

상기 실시예의 1과 같은 복합체 제조공정에서 물성 향상을 위해 엔지니어링 플라스틱 또는 다른 특성을 갖는 수지를 배합하여 물성 향상을 기대할 수 있는데, 본 발명에서 폐플라스틱을 사용할 경우 강도저하, 내구성 저하 등의 문제를 해결하기 위해 TPU 수지를 적당량 혼합 사용하는 실험을 실시하였으며, 그 배합 조성은 [표 2]에 나타내었다.

구 분	실시예 5	실시예 6	비교예 5	비교예 6	비교예 7	비교예 8
실린더 드럼 Flake	750g	700g	950g	900g	800g	700g
ABS 수지	200g	200g	-	-	-	-
TPU 수지	50g	100g	50g	100g	200g	300g
Black M/B	20g	20g	20g	20g	20g	20g

상기 실시예 및 비교예에서 TPU 수지를 증량하면서 블랜딩 실험을 실시하였는데, TPU 수지를 증량한 경우 균일한 복합체를 제조하는데 문제가 발생되었다. 즉 상기 실시예 3 및 실시예 4의 한도 내에서 TPU 수지를 50 ~ 100g 정도 사용한 실시예 5와 실시예 6의 경우는 비교적 균일한 복합체를 형성하였으나, 더 이상 TPU 수지를 증량한 경우 유동성 증가로 제품화가 곤란하고 압출기의 온도조정이 곤란한 문제가 발생되었다. 그러므로 폐실린더 드럼을 재생 사용하는데 있어 균일한 복합체를 제조하기 위해서는 적당량의 ABS 수지 및 TPU 수지를 혼합해야 하는 것을 확인하였는데, 상기 실시예 5 및 실시예 6에 따르면, 실린더 드럼 플레이크 수지 70 ~ 75중량부를 기준으로 할 때 ABS 수지 20중량부, TPU수지 5 ~ 10중량부, Black M/B 1 ~ 3중량부 정도를 적용하는 것이 가장 바람직하다.

따라서 상기 [표 1] 및 [표 2]에 의한 결과를 종합하면, 본 발명의 복합수지는 TPU 수지 및 ABS 수지로 구성된 폐플라스틱 플레이크 70 ~ 90중량부, ABS 수지 10 ~ 20중량부, TPU 수지 0 ~ 10중량부, 블랙 마스터배치(black M/B) 1 ~ 3중량부를 혼합한 수지조성물에 의하여 균일한 복합체를 형성할 수 있음을 확인 할 수 있다.

[실험예 1]

상기 실시예 및 비교예의 방법으로 각각 제조한 복합수지에 대한 시편을 제작하고 각각의 물리적 특성을 측정하여 재생수지로의 적용 가능성을 확인하였다. 통상적으로 수지의 물성 측정은 ASTM을 근거로 측정하였고 그 실험결과를 [표 3]에 나타내었다.

구분	단위	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
충격강도⁽¹⁾	Kg ㎝/㎝	28	35	35	38	10	5
유동성⁽²⁾	g/10min	40	35	32	35	35	25
인장강도⁽³⁾	Kg/㎠	420	450	290	280	60	41
신장율⁽⁴⁾	%	50	75	40	50	5	3

(1)ASTM D256, (2)ASTM D1238, (3)ASTM D638, (4)ASTM D412

상기 실험결과에서 보면, 본 발명의 해당하는 실시예 3 및 실시예 4의 조성은 일반적인 ABS 수지의 물성을 충분히 나타낸다는 사실을 확인할 수 있다. 그리고 ABS 수지를 더욱 증량한 경우에는 충격강도 및 유동성은 큰 변화가 없으나 인장강도 및 신장율이 급격하게 저하된다. 이것은 ABS 수지를 일정량 이상으로 증량한 경우 2성분이 균일하게 혼합되는 것이 아니라 ABS 수지 속에 TPU 수지가 분산되는 형태로 2종의 수지 계면에 불균일 현상이 발생되는 것을 의미하는 것이어서 균일한 복합체 형성이 되지 않음을 나타낸 결과이다. 따라서 일정량의 ABS 수지를 첨가해야 복합수지를 원활하게 재생할 수 있고 과량 사용은 오히려 복합체의 물성에 악영향을 미친다는 사실을 알 수 있다.

[실험예 2]

상기 실시예 5, 실시예 6, 비교예 5 내지 비교예 8의 경우에 물성을 평가한 결과는 [표 4]에 나타내었다. 상기 실시예 5, 6, 비교예 5와 같은 조성으로 TPU 수지를 사용한 경우는 비교적 균일한 복합체 형성이 가능하지만 TPU를 증량한 경우 분쇄한 실린더 드럼에 함유된 ABS 수지의 용융온도조건이 맞지 않아 복합체 가공이 곤란하였다. 이로 인하여 본 실험에서는 가공이 가능한 수지 복합체의 물성만을 평가하였다.

구분	단위	실시예 5	실시예 6	비교예 5	비교예 6	비교예 7	비교예 8
충격강도⁽¹⁾	Kg ㎝/㎝	30	40	20	-	-	-
유동성⁽²⁾	g/10min	35	36	35	-	-	-
인장강도⁽³⁾	Kg/㎠	450	480	160	-	-	-
신장율⁽⁴⁾	%	60	150	15	-	-	-

(1)ASTM D256, (2)ASTM D1238, (3)ASTM D638, (4)ASTM D412

상기 [표 3] 및 [표 4]의 실험 측정결과를 보면, 본 발명에서는 TPU 수지를 단독으로 첨가하는 것은 물성에 문제가 있고 가공에도 문제가 따르는 것으로 조사되었다. 그러나 ABS 수지를 단독으로 첨가하거나 TPU 수지를 동시에 일정량 첨가한 경우 복합수지의 물성이 개선되고 복합체 형성도 용이하다는 것을 확인할 수 있다.

그러므로 본 발명으로 개발한 제품은 환경 친화적이고 자원 재활용 측면에서 충분히 적용 가능한 복합수지로서, 기존의 범용화된 ABS 수지를 대체하는 용도 즉, 냉장고, 세탁기, 청소기, 선풍기, 라디오, 텔레비젼, 테이프 레코더 등 가정 전기기구, 차량용 내외장 부품, 그밖에 문방구, 완구, 가방류, 구두 뒷굽, 가정용품, 주택부품, 스포츠용품 등과 같은 잡화, 방적기기, 사무기기, 재봉틀, 편직기, 시계, 광학기기, 악기, 건재, PVC 브랜드용 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 용도와 형태로 사용되어 질 수 있다.

Claims

열가소성 폴리우레탄(TPU) 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 수지로 구성된 폐플라스틱에 상하로 세척액을 분사할 수 있는 노즐형태의 세척장비를 이용하여 5 ~ 20분 동안 세척을 실시하고 세척액을 배출한 다음, 용수를 사용하여 1 ~ 2분 동안 세척하여 세척액에 함유되어 있는 계면활성제 성분을 제거하는 제1공정;
상기 세정된 폐플라스틱의 수분을 제거하고 건조시킨 후에 50HP의 고속분쇄기를 이용하여 입자크기가 1 ~ 5mm의 플레이크(flake) 상태로 분쇄하는 제2공정;
상기 분쇄된 폐플라스틱 플레이크 70 ~ 90중량부, ABS 수지 10 ~ 20중량부, TPU 수지 0 ~ 10중량부, 블랙 마스터배치(black M/B) 1 ~ 3중량부를 혼합한 수지조성물을 일축 용융압출기의 호퍼에 투입하고 블랜딩 및 압출을 실시하여 복합수지를 제조하는 제3공정;
으로 이루어짐을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1공정에서의 세척액은 담점이 40 ~ 50℃인 비이온 계면활성제로 라우릴알콜에 에틸린옥사이드가 7몰 부가된 LA(Lauryl Alcohol)-7 2중량%; 음이온 계면활성제로 폴리아크릴산 소다 2중량%; 정수제로 에틸렌디아민테트라에세틱산 소다 0.5중량%를 혼합한 수용액인 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3공정에서의 압출기의 온도는 공급부의 온도 180 ~ 190℃, 압축부의 온도 170 ~ 180℃, 계량부의 온도 165 ~ 175℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법.
제1항에 있어서,
상기 제3공정에서 제조되는 복합수지는 충격강도 25 ~ 35Kg cm/cm, 유동성 30 ~ 40g/10min, 인장강도 350 ~ 450Kg/cm², 신장율 40 ~ 60%를 갖는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 및 아크릴로니트릴부타디엔스티렌 수지로 구성된 폐플라스틱의 재활용 방법.