KR101054473B1 - 폴리에스테르/폴리에틸렌 필름 폐기물의 재활용 방법 및 이를 이용하여 제조된 중합물 칩 - Google Patents

폴리에스테르/폴리에틸렌 필름 폐기물의 재활용 방법 및 이를 이용하여 제조된 중합물 칩 Download PDF

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Abstract

본 발명의 PET/PE 필름 폐기물의 재활용 방법은 PET/PE 필름 폐기물을 필름 분쇄기를 이용하여 대략 가로×세로가 1∼3 ㎜ 정도의 크기로 분쇄하고, 상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입하여 호퍼로부터 압출기 단부까지의 온도 구배가 240, 255, 255, 255, 250 ℃이고, 압출기의 압력이 50∼53 kgf/㎠ 이고, 스크류의 속도가 1500∼2000 rpm인 조건하에서 압출하고, 상기 압출물을 25∼30 ℃의 수조에서 냉각시키고, 펠렛타이져(pelletizer)에 의하여 펠렛상의 중합물 칩으로 제조하는 단계로 이루어진다. 상기 호퍼로부터 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물이 압출기로 투입될 때, 10∼15 kg/hr의 속도로 투입되도록 상기 호퍼 상부에서 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다. 필요에 따라, 상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입할 때 엘라스토머계 수지나 폴리에틸렌 수지를 더 부가하여 압출할 수 있다.
PET/PE 필름, 압출기, 온도 구배, 스크류, 펠렛타이져, 재활용

Description

폴리에스테르/폴리에틸렌 필름 폐기물의 재활용 방법 및 이를 이용하여 제조된 중합물 칩{Process of Recycling Polyester/Polyethylene Film Waste and Polymerization Chip Produced therewith}
발명의 분야
본 발명은 폴리에스테르/폴리에틸렌 필름 폐기물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 폴리에스테르/폴리에틸렌 필름 폐기물을 재활용하여 사출물, 압출물, 및 압축물을 제조할 수 있는 중합물 칩을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
발명의 배경
폴리에스테르/폴리에틸렌(PET/PE) 이층 필름 및 이를 포함하는 다층 필름은 포장재 필름을 비롯하여 매우 다양한 용도에 사용되고 있다. 여기서는 PET/PE 이층 필름 및 이를 포함하는 다층 필름을 모두 "PET/PE 필름"으로 통칭한다. 여기서 PE는 LDPE, LLDPE, HDPE 등과 같은 각종 PE 필름을 포함한다.
PET와 PE는 용융온도를 비롯하여 물성들이 서로 다르기 때문에, PET/PE 필름은 재활용하기가 용이하지 않다. 따라서 PET/PE 필름 폐기물의 대부분은 소각하여 처리하여 왔다. 그러나 이러한 소각처리는 또 다른 환경오염을 야기시키고 있고, 자원을 낭비하는 측면이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 PET/PE 필름으로부터 PET 필름과 PE 필름을 각각 분리하여 재활용하는 방법이 일부 실시되고 있으나, 이들을 분리하는 작업 역시 많은 비용이 들기 때문에 활성화되지 못하고 있다. 다시 말해서 PET/PE 필름을 재활용할 수 있는 경제적인 방법은 아직까지 개발되지 못하고 있다.
PET/PE 필름은 액정 디스플레이(LCD: liquid crystal display)를 포장하기 위한 포장재료로 다량 사용되고 있다. LCD 포장재인 PET/PE 필름을 제조하는 과정에서는 다량의 PET/PE 필름 폐기물이 발생하고 있으며, 이러한 폐기물 역시 처리하기에 많은 애로사항이 있다. 실질적으로 이러한 폐기물은 재활용을 할 수 없기 때문에, 폐기물 처리에 막대한 비용이 소요되고 있다.
따라서 본 발명자는 PET/PE 필름 폐기물을 소각하거나 또는 다른 방법으로 폐기하지 않고 재활용하여 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 중합물 칩(chip)을 제조할 수 있는 본 발명을 개발하기에 이른 것이다.
본 발명의 목적은 PET/PE 필름 폐기물을 재활용할 수 있는 새로운 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 PET/PE 필름 폐기물을 소각하거나 또는 다른 방법으로 폐기 처리하지 않음으로써 폐기처리 비용을 절감하고, 나아가 재활용할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 PET/PE 필름 폐기물을 PET와 PE로 분리하지 않고 직접 용융시켜 중합물 칩을 제조함으로써 PET/PE 필름 폐기물을 재활용할 수 있는 새로운 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 PET/PE 필름 폐기물을 재활용하여 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 중합물 칩을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 PET/PE 필름 폐기물의 재활용 방법은 PET/PE 필름 폐기물을 필름 분쇄기를 이용하여 대략 가로×세로가 1∼3 ㎜ 정도의 크기로 분쇄하고, 상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입하여 호퍼로부터 압출기 단부까지의 온도 구배가 240, 255, 255, 255, 250 ℃이고, 압출기의 압력이 50∼53 kgf/㎠ 이고, 스크류의 속도가 1500∼2000 rpm인 조건하에서 압출하고, 상기 압출물을 25∼30 ℃의 수조에서 냉각시키고, 펠렛타이져(pelletizer)에 의하여 펠렛상의 중합물 칩으로 제조하는 단계로 이루어진다.
상기 호퍼로부터 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물이 압출기로 투입될 때, 10∼15 kg/hr의 속도로 투입되도록 상기 호퍼 상부에서 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 펠렛상으로 제조된 중합물 칩은 100 ℃의 대류식 오븐에서 4시간 이상 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
필요에 따라, 상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입할 때 엘라스토머계 수지나 폴리에틸렌 수지를 더 부가하여 압출할 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
본 발명은 폴리에스테르/폴리에틸렌 필름 폐기물을 재활용하여 사출물, 압출물, 및 압축물을 제조할 수 있는 중합물 칩을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
PET/PE 필름 폐기물은 재활용되지 못하고 거의 전량 소각처리하여 왔다. 물론 부분적으로 PET와 PE로 분리하여 재활용하는 방법이 개발되기도 하였으나 이들의 분리가 원활하지 않고 또한 분리비용이 추가로 소요되기 때문에 활성화되지 못하고 있다. 이처럼 PET/PE 필름 폐기물을 재활용하지 못하는 이유로는 이들의 현격한 용융온도의 차이로 인하여 함께 용융시킨다는 생각을 하지 못하였기 때문이다. 그리고 PET/PE 필름 폐기물은 필름 상태이기 때문에 이러한 필름 상태의 폐기물을 압출기를 이용하여 용융시켜 재활용한다는 생각을 하지 못하였던 것이다. 본 발명에서는 이러한 고정관념을 타파하여 PET/PE 필름 폐기물도 PET와 PE로 분리하지 않 고 직접 압출기에서 용융시키는 방법을 개발한 것이다.
우선 본 발명에서는 PET/PE 필름 폐기물이 호퍼로부터 압출기에 원활하게 공급될 수 있는 방법을 연구하여 PET/PE 필름 폐기물을 분쇄기로 분쇄하는 전처리를 행하였다. 즉 PET/PE 필름 폐기물을 필름 분쇄기를 이용하여 대략 가로×세로가 1∼3 mm 정도의 크기로 분쇄하고, 상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입한 것이다. 또한 분쇄된 필름은 압출기에 공급될 만큼 자체 하중이 충분하지 못하기 때문에 호퍼의 상부에서 가압을 하여 줄 필요가 있다. 상기 호퍼로부터 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물이 압출기로 투입될 때, 10∼15 kg/hr의 속도로 투입되도록 상기 호퍼 상부에서 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다. PET/PE 필름 폐기물을 필름 분쇄기를 이용하여 대략 가로×세로가 1∼3 mm 정도의 크기로 분쇄하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 1 mm 이하의 사이즈로 분쇄할 수도 있지만 불필요한 분쇄비용을 증가시킬 수 있고, 3 mm 이상의 사이즈로 분쇄하는 경우 호퍼에서 압출기로 투입되는 과정이 양호하지 않은 결과가 나타날 수 있다.
압출기 내로 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 투입하면, 압출기 내에서 용융이 일어나는데, 이때 작업을 원활하게 하기 위해서는 압출기의 공정 조건을 PET/PE 필름에 적합하도록 설정해야 한다. 압출기의 공정 조건에서 가장 중요한 것은 압출기의 온도 조건이다. PE는 약 120 내지 150 ℃의 용융점을 갖는 반면, PET는 약 250 ℃ 정도의 용융점을 갖기 때문에 PET/PE 필름을 용융시키기 위한 온도 조건은 호퍼에 투입하여 호퍼로부터 압출기 단부까지의 온도 구배가 240, 255, 255, 255, 250 ℃가 되어야 한다. 이 보다 낮은 온도 구배 조건을 유지하면 PET가 용융되지 않는 경우가 발생하고, 이 보다 높은 온도 구배 조건을 유지하면 불필요한 에너지를 소비함은 물론 용융된 고분자의 물성에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 못하다.
다음으로 압출기의 압력조건이 중요한데, 이는 50∼53 kgf/㎠ 범위가 바람직하다. 압력이 50 kgf/㎠ 이하인 경우에는 작업성이 양호하지 않으며, 압력이 53 kgf/㎠ 이상인 경우에는 용융된 고분자의 물성에 영향을 미치게 되어 바람직하지 못하다. 이러한 압력 조건하에서 압출기의 스크류 속도는 1500∼2000 rpm 범위에서 유지시킨다. 스크류 속도를 1500 rpm 이하로 유지하면 원하는 작업이 진행되지 않으며, 스크류 속도를 2000 rpm 이상으로 운전하면 압출기에 무리가 가기 때문에 좋지 않다.
압출기로부터 용융압출되어 나온 스트랜드(strands)는 수조에서 냉각시킨다. 수조의 온도는 상온으로 유지하는 것이 바람직하며, 바람직하게는 25∼30 ℃의 수조에서 냉각시킨다. 역시 수조의 온도가 25 ℃ 이하이거나 30 ℃ 이상인 경우에는 중합물의 물성에 영향을 미치기 때문에 바람직하지 못하다.
냉각 수조에서 냉각된 스트랜드는 펠렛타이져(pelletizer)에 의하여 펠렛상의 중합물 칩으로 제조된다.
상기 펠렛상으로 제조된 중합물 칩은 100 ℃의 대류식 오븐에서 4시간 이상 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
필요에 따라, 상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입할 때 엘라스토머계 수지나 폴리에틸렌 수지를 더 부가하여 압출할 수 있다. 부가되는 엘라스토머계 수지나 폴리에틸렌 수지는 전체 수지에 대하여 약 1∼40 중량%인 것이 바람직하 다. 이 부가되는 양은 최종 사용하고자 하는 중합물 칩의 용도에 따라 결정될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이 부가되는 양은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 의하여 용이하게 실시될 수 있다.
부가되는 엘라스토머계 수지의 대표적인 예로는 EPDM(ethylene propylene diene M-class rubber)이 있고, 부가되는 폴리에틸렌 수지의 대표적인 예로는 LDPE(low density polyethylene)가 있다.
본 발명은 LCD와 같은 IT 전자제품의 포장재로 사용되는 PET/PE 필름의 폐기물 처리에 아주 유용하다. 이들 포장재인 PET/PE 필름은 대부분 정전기 방지를 위한 처리나 알루미늄 박막처리와 같은 용도에 따른 다양한 처리가 되어있는 것으로, 필름의 제조과정에서 발생하는 다량의 폐기물을 본 발명의 방법에 의하여 재활용할 수 있다.
PET/PE 필름 폐기물로부터 제조된 본 발명의 중합물 칩은 각종 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 재료로 활용할 수 있다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 구체화될 것이며, 하기의 실시예는 본 발명의 범위를 제한하거나 한정하고자 하는 것은 아니며, 예시적인 목적으로 본 발명을 명확히 하고자 하는 것이다.
실시예 1
출원인 회사에서 생산되는 Al-PET/LLDPE 포장재 필름의 폐기물을 본 발명의 방법에 따라 재활용하기 위한 중합물 칩을 제조하였다. 이 폐기물은 3.6 MFI(melt flow index, g/10분)를 갖고, 밀도는 1 g/cm3 이었다. 상기 PET/PE 필름 폐기물을 필름 분쇄기를 이용하여 대략 가로×세로가 2 mm 정도의 크기로 분쇄하고, 상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입하여 호퍼로부터 압출기 단부까지의 온도 구배가 240, 255, 255, 255, 250 ℃이고, 압출기의 압력이 52 kgf/㎠ 이고, 스크류의 속도가 1800 rpm인 조건하에서 압출하였다. 상기 압출물을 28 ℃의 수조에서 냉각시키고, 펠렛타이져(pelletizer)에 의하여 펠렛상의 중합물 칩으로 제조하였다. 상기 호퍼로부터 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물이 압출기로 투입될 때, 12 kg/hr의 속도로 투입되도록 상기 호퍼 상부에서 적절히 가압하였다. 상기 펠렛상으로 제조된 중합물 칩은 100 ℃의 대류식 오븐에서 5시간 동안 건조시켰다.
상기에서 제조된 중합물 칩의 물성을 측정한 결과, 인장강도는 87 kg/cm2, 굴곡강도는 138.2 kg/cm2, 굴곡탄성률은 6433 kg/cm2, 신율은 86 %, 아이조드 충격강도는 10.067 kg.cm/cm, 멜트 인덱스는 3.6 g/10분, 비중은 1, 열변형 온도는 66.7 ℃이었다. 이러한 물성은 본 발명의 중합물 칩이 각종 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 재료로 활용하기에 충분한 범위의 물성이다.
실시예 2
실시예1에서 상기 호퍼에 10 중량 %의 EPDM을 부가하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하였다. EPDM은 금호폴리켐(주)의 제품으로 0.870의 밀도를 갖 는다. 여기서 제조된 중합물 칩의 물성을 측정한 결과, 인장강도는 70 kg/cm2, 굴곡강도는 74.8 kg/cm2, 굴곡탄성률은 30170 kg/cm2, 신율은 800%, 아이조드 충격강도는 19.917 kg.cm/cm, 멜트 인덱스는 3.8 g/10분, 비중은 0.979, 열변형 온도는 58.3 ℃이었다. 이러한 물성은 본 발명의 중합물 칩이 각종 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 재료로 활용하기에 충분한 범위의 물성이다.
실시예 3
실시예1에서 상기 호퍼에 40 중량 %의 EPDM을 부가하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하였다. EPDM은 금호폴리켐(주)의 제품으로 0.870의 밀도를 갖는다. 여기서 제조된 중합물 칩의 물성을 측정한 결과, 인장강도는 45 kg/cm2, 굴곡강도는 41.9 kg/cm2, 굴곡탄성률은 16370 kg/cm2, 신율은 800%, 아이조드 충격강도는 22.660 kg.cm/cm, 멜트 인덱스는 2.2 g/10분, 비중은 0.939, 열변형 온도는 41.6 ℃이었다. 이러한 물성은 본 발명의 중합물 칩이 각종 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 재료로 활용하기에 충분한 범위의 물성이다.
실시예 4
실시예1에서 상기 호퍼에 10 중량 %의 LDPE를 부가하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하였다. LDPE는 한화석유화학(주)의 제품으로 3 MFI와 0.975의 밀도를 갖는다. 여기서 제조된 중합물 칩의 물성을 측정한 결과, 인장강도는 90.3 kg/cm2, 굴곡강도는 120.9 kg/cm2, 굴곡탄성률은 6420 kg/cm2, 신율은 48%, 아이조드 충격강도는 14.825 kg.cm/cm, 멜트 인덱스는 5.1 g/10분, 비중은 0.987, 열변형 온도는 64.6 ℃이었다. 이러한 물성은 본 발명의 중합물 칩이 각종 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 재료로 활용하기에 충분한 범위의 물성이다.
실시예 5
실시예1에서 상기 호퍼에 40 중량 %의 LDPE를 부가하는 것을 제외하고는 동일한 방법으로 실시하였다. LDPE는 한화석유화학(주)의 제품으로 3 MFI와 0.975의 밀도를 갖는다. 여기서 제조된 중합물 칩의 물성을 측정한 결과, 인장강도는 99 kg/cm2, 굴곡강도는 102.3 kg/cm2, 굴곡탄성률은 6044 kg/cm2, 신율은 800%, 아이조드 충격강도는 24.232 kg.cm/cm, 멜트 인덱스는 8.4 g/10분, 비중은 0.964, 열변형 온도는 58.4 ℃이었다. 이러한 물성은 본 발명의 중합물 칩이 각종 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 재료로 활용하기에 충분한 범위의 물성이다.
본 발명은 PET/PE 필름 폐기물을 재활용할 수 있는 새로운 방법을 제공하기 위한 것으로, PET/PE 필름 폐기물을 소각하거나 또는 다른 방법으로 폐기 처리하지 않음으로써 폐기처리 비용을 절감하고, PET/PE 필름 폐기물을 PET와 PE로 분리하지 않고 직접 용융시켜 중합물 칩을 제조함으로써 PET/PE 필름 폐기물을 재활용할 수 있는 새로운 방법을 제공하고, PET/PE 필름 폐기물을 재활용하여 사출물, 압출물 또는 압축물을 성형할 수 있는 중합물 칩을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims (6)

  1. PET/PE 필름 폐기물을 필름 분쇄기를 이용하여 분쇄하고;
    상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입하여 호퍼로부터 압출기 단부까지의 온도 구배가 240, 255, 255, 255, 250 ℃이고, 압출기의 압력이 50∼53 kgf/㎠ 이고, 스크류의 속도가 1500∼2000 rpm인 조건하에서 압출하고;
    상기 압출물을 25∼30 ℃의 수조에서 냉각시키고; 그리고
    펠렛타이져(pelletizer)에 의하여 펠렛상의 중합물 칩으로 제조하는;
    단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PET/PE 필름 폐기물의 재활용 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분쇄 단계가 PET/PE 필름 폐기물을 가로×세로가 1∼3 mm 정도의 크기로 분쇄하는 것을 특징으로 하는 PET/PE 필름 폐기물의 재활용 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 호퍼로부터 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물이 압출기로 투입될 때, 10∼15 kg/hr의 속도로 투입되도록 상기 호퍼 상부에서 가압하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PET/PE 필름 폐기물의 재활용 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 펠렛상으로 제조된 중합물 칩은 100 ℃의 대류식 오븐에서 4시간 이상 건조시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PET/PE 필름 폐기물의 재활용 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분쇄된 PET/PE 필름 폐기물을 호퍼에 투입할 때 엘라스토머계 수지 또는 폴리에틸렌 수지를 더 부가하는 것을 특징으로 하는 PET/PE 필름 폐기물의 재활용 방법.
  6. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항의 방법에 따라 PET/PE 필름 폐기물로부터 제조된 중합물 칩.
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