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문제 정의
- 열변형온도 역시 virgin PET에 비해 낮은 값들을 보였는데 이는 혼합되어 있는 일부의 PN] 의한 영향으로 사료된다. 따라서 혼합 재생 PET의 기계적 특성 및 열적 특성의 향상을 위해 상용화제의 투입에 따른 영향을 조사하기로 하였다.
- 있다. 본 연구에서는 자동차 부품류 중에서 air filter media 소재인 PET와 framed PP의 혼합폐플라스틱으로 발생되는 edge scrap 및 교체부품형태의 post-consumer waste에 대한 재활용을 위해 수거된 부품을 파쇄 처리하여 상용화제 투입에 따른 기계적 특성 및 열적 특성을 조사하였다. 사용된 상용화제는 세 가지, 즉 EVA, MBS, 그리고 재생 PVB이며, 배합비는 3~10wt.
제안 방법
- Air filter 폐 부품 및 edge 불량품으로부터 발생되는 PET/PP scrap의 파쇄 및 건조공정을 거쳐 single screw extruder(L/D=30, screw diameter, 45 mm)를 사" 용하였다. 압출조건으로써 바렐의 온도는 250℃, screwrpme 30으로 고정하고 이어 strand die, air cooler 및 hot cutter를 거쳐 재생 PET/PP chip을 제조하였다.
- 이들 상용화제를 PET/PP 복합폐플라스틱에 3~10wt.%까지 배합하여 용융압출공정을 거礼 시험편 제조를 통해 인장, 굴곡, 충격시험을 통해 상용화제의 유형 및 조성비변화에 따른 기계적 특성을 조사함과 아울러 열적 특성의 변화의 시험을 통해 PET/PP 혼합폐플라스틱의 재활용 응용 가능성을 조사하였다.
- 사용된 상용화제는 세 가지, 즉 EVA, MBS, 그리고 재생 PVB이며, 배합비는 3~10wt.%로 한정하여 배합, 용융압출공정을 거쳐 각 배합 비율별 시료를 제조하였다.
- 7, 10wt.%를 혼합하여 용융 블렌딩을 실시하였고, 사출형혼련 장치를 사용하여 시험편을 제작, 인장시험을 실시하였다.
- Air filter media로 사용되었거나 생산과정 중의 edge scrap으로부터 발생되는 PET 혼합폐플라스틱의 재생 chip 을 이용하여 인장, 굴곡, 충격 및 HDT, 연화온도를 각각 측정하였다. 이들에 대한 결과는 먼저 인장시험으로부터인 장강 도는 165.
- KSM 3006 1호형 시험편을 제작하여 EVA(VA=28%), MBS, 재생 PVB를 사용하여 이들의 함량을 3, 5, 7, 10wt.%를 혼합하여 용융 블렌딩을 실시하였고, 사출형혼련 장치를 사용하여 시험편을 제작, 인장시험을 실시하였다.
- KSM 3008 규격에 의한 시험편을 제작하여 EVA(VA=28%, VC 590), MBS, 재생 PVB 칩을 사용하여 이들의 함량을 3, 5, 7, 10wt%를 혼합하여 용융 블렌딩을 실시하였고, 사출형 혼련 장치를 사용하여 시험편을 제작, 굴곡시험을 실시하여 굴곡강도 및 굴곡탄성율을 조사하였다.
- KSM 3055 규격에 의하여 실시하였으며, Izod 충격시험편은 12.7 mmx 64 mmx 3 mmT로 커팅한 후 45° 각도로 2.5 mm 길이로 V-cutting하여 notched sample 을 제작, 하나의 시료당 10개의 시험편으로 시험하여 상용화제의 유형 및 조성비 변화에 따른 Izod 충격강도를 조사하였다.
- 상용화제의 배합 및 용융 압출작업은 상용화제와 재생 PET/PP의 배합비 별로 압출기를 이용하여 용융 블렌딩을 실시하여 블렌드 chip을 각각 제조하였다. 이들 블렌드 chip을 이용하여 시험편제조용 혼련형 사출기를 이용하여 인장, 굴곡, 충격 시험편을 각각 제조하였다.
- 수거된 상태의 혼합 폐플라스틱안 PET+PP의 재활용효율의 극대화를 위해 분쇄과정을 거쳐 pet의 가수분해를 막기 위해 건조 후 용융 압출하여 혼합폐플라스틱의 물성 향상을 위해 compatibilizer를 비율별로 투입하여 물성을 조사하고 응용분야를 조사하였다. 그러나 이들 PET의 재활용 공정은 몇 가지 단점을 가지고 있다.
- 7 mm X 100 mmx3 mmT 시험편으로 제작하여 시험에 사용하였다. 시험편 받침대간 거리를 100mm, 18.5kgf/cm2 하중에서 50QCZhi의 승온속도로 측정하였으며, 항온 조의 매체는 silicone oil(디메칠실록산, 동점도 500cSt)을 사용하여 시험하여 상용화제의 유형 및 조성비 변화에 따른 HDT를 조사하였다.
- 압출조건으로써 바렐의 온도는 250℃, screwrpme 30으로 고정하고 이어 strand die, air cooler 및 hot cutter를 거쳐 재생 PET/PP chip을 제조하였다. 이들 재생 chipe 다시 진공건조과정을 경유하여 상용화제와의 용융 블렌딩시에 시험재료로 사용하였다.
- 이들 블렌드 chip을 이용하여 시험편제조용 혼련형 사출기를 이용하여 인장, 굴곡, 충격 시험편을 각각 제조하였다.
- ), Plasticized PVB(polyvinyl butyral)의 세 가지를 사용하였다. 이들 세 가지 물질을 상용화제로 사용하는데 따른 이유는 PET의 극성 고분자와 PP의 비극성 특성을 함께 상용화시키기 위한 방법으로서 한 분자 구조내에 극성과 비극성을 함께 가지고 있는 구조의 화합물을 선택하였다. 이들 상용화제는 PET/PP 혼합플라스틱 스크랩 기준 조성비를 3~ 10wt%로 한정하였다.
- 시료별로 10개씩을 제작하여 시험하였다. 이들 시험 조건은 23℃에서 50mm/mine| cross head speed로 하였으며, 이들로부터 인장강도(Tensile strength, kgf/ cm2), 인장탄성율(Tensile modulus, kgf/cm2), 파단신율 (break strain, %)을 조사하였으며, 이들 데이터는 상용화제의 유형별, 함량별로 비교하였다.
- 7 mmx 100mmx 3 mmT 크기로 제작하였으며, 하나의 시료당 10개를 제조, 시험하였다. 항온 항습의 조건하에서 cross head speed를 2.5 mm/miu의 속도로 시험하였고, 이들 시험으로부터 굴곡강도(flexural strength, kgf/cm2) 및 굴곡탄성 율(flexural modulus, kgf/cm2X 각각 조사하여 상용화제의 유형별, 함량별로 비교하였다.
대상 데이터
- KSM 3008 규격에 의한 시험을 실시하였으며, 시험편은 시험편 커터를 이용하여 절단하여 사용하였다. 시험편은 12.
- 및 용융 블렌딩에 사용되었다. 또한 시험편 제조용 사출기 (L/D=20, screw diameter 20 mm)를 사용하여 인장 시험편 (KSM 3006 1호형 시험편), 굴곡시험편 (12.7 mmx 100 mmx 3 mmT, KSM 3008규격), Izod 충격시험편(64 mmx 12.7 mmx 3 mmT, KSM 3055)을 제조하였다. 이 사출형 시험편제조기는 혼련장치가 장착된 screw> 사용하여 압출공정으로 제조된 상용화제를 적용한 칩들을 이용하여 각 시험편을 제조할 때 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 기기는 sin임e screw extnider(L/D =30, screw diameter, 45 rnm)로서 PET/PP scrap의 chip 제조 및 용융 블렌딩에 사용되었다. 또한 시험편 제조용 사출기 (L/D=20, screw diameter 20 mm)를 사용하여 인장 시험편 (KSM 3006 1호형 시험편), 굴곡시험편 (12.
- 본 연구에서 사용된 원료는 자동차의 parts중의 하나인 Air filter media의 제조과정 및 사용 후 폐기된 제품들을 파쇄한 상태의 scrap을 재활용하기 위한 방법을 모색하기 위하여 전처리 과정을 거치지 않고 사용하였다. PET의 경우 결정성, 극성 polymei로서 수분에 의한 가수분해에 민감하기 때문에 가수분해를 막기 위해 150℃ 에서 진공 건조하여 사용하였고, 세척공정 없이 사용하였다.
- 본 연구에서는 상용화제로 EVA(VA=28%), MBS (methyl methacrylate butadiene styrene copolymer), recycled PVB(polyvinyl butyral)를 사용하였다. 이 세 가지의 공중합체 및 PVB를 상용화제로 사용한 이유는 선행 연구에서 언급한 바와 같이 air filter media와 name으로 사용되는 PET와 PP의 화학구조에서 볼 수 있듯이 PET는 극성 고분자이고 PP는 전형적인 비극성고분자이므로 이들의 혼합체는 비상용성 블렌드를 이루기 때문에 상용화제로 사용하는 공중합체 내의 극성과 비극성을 같이 가지고 있어 블렌드를 이루는 두 고분자 사이의 상호작용을 일으킬 수 있는 매체로서의 역할을 기대하였다.
- 본 연구에서는 자동차 부품류 중에서 air filter media 소재인 PET와 framed PP의 혼합폐플라스틱으로 발생되는 edge scrap 및 교체부품형태의 post-consumer waste에 대한 재활용을 위해 수거된 부품을 파쇄 처리하여 상용화제 투입에 따른 기계적 특성 및 열적 특성을 조사하였다. 사용된 상용화제는 세 가지, 즉 EVA, MBS, 그리고 재생 PVB이며, 배합비는 3~10wt.%로 한정하여 배합, 용융압출공정을 거쳐 각 배합 비율별 시료를 제조하였다.
- 이때 사용된 상용화제는 세 가지로서 극성과 비극성을 공유하고 있는 polymer를 선택하였고, 이들 상용화제는 다음과 같다. 상용화제는 Ethylene vinylacetate copolymer(EVA, VA=28%, VC 590, S EETEC), MBS (methyl methacrylate butadiene styrene copolymer, MB838, LG Chem.), Plasticized PVB(polyvinyl butyral)의 세 가지를 사용하였다. 이들 세 가지 물질을 상용화제로 사용하는데 따른 이유는 PET의 극성 고분자와 PP의 비극성 특성을 함께 상용화시키기 위한 방법으로서 한 분자 구조내에 극성과 비극성을 함께 가지고 있는 구조의 화합물을 선택하였다.
- PET의 경우 결정성, 극성 polymei로서 수분에 의한 가수분해에 민감하기 때문에 가수분해를 막기 위해 150℃ 에서 진공 건조하여 사용하였고, 세척공정 없이 사용하였다. 시료로는 PET/PP 혼합폐플라스틱의 세 가지 상용화제를 사용하였다. 이들 상용화제는 Ethylene vinylacetate copolymer但VA, VA=28%, VC 590, SEETEC), MBS(Methyl methacrylate butadiene styrene copolymer, MB838, LG Chem.
- 이 사출형 시험편제조기는 혼련장치가 장착된 screw> 사용하여 압출공정으로 제조된 상용화제를 적용한 칩들을 이용하여 각 시험편을 제조할 때 사용하였다. 시험 및 분석 장치로는 UTMflnstron 4400series), Resil Impact Iester(Ceast Co., Model No. 6957, Italy), HDT/VICAT Iester(Ceast Co., Model No. 6911, Italy) 를 사용하였다.
- 시험편은 12.7 mmx 100mmx 3 mmT 크기로 제작하였으며, 하나의 시료당 10개를 제조, 시험하였다. 항온 항습의 조건하에서 cross head speed를 2.
- 실시하였다. 시험편은 30mmx30mmx3mmT 로 커팅하여 사용하였으며, 사용 load는 1 kgf로 실시하였으며, 샘플의 승온용 전열매체는 500cSt의 동점 도를 갖는 실리콘 오일을 사용하여 시험하였다.
- 이들 두 시험법은 플라스틱의 열적 특성중의 하나로 3 아ation testei로부터 시험하였으며, 시험편은 12.7 mm X 100 mmx3 mmT 시험편으로 제작하여 시험에 사용하였다. 시험편 받침대간 거리를 100mm, 18.
- 시료로는 PET/PP 혼합폐플라스틱의 세 가지 상용화제를 사용하였다. 이들 상용화제는 Ethylene vinylacetate copolymer但VA, VA=28%, VC 590, SEETEC), MBS(Methyl methacrylate butadiene styrene copolymer, MB838, LG Chem.), Plasticized PVB(polyvinyl butyral) 의 세 가지를 사용하였다.
- 압출조건으로써 바렐의 온도는 250℃, screwrpme 30으로 고정하고 이어 strand die, air cooler 및 hot cutter를 거쳐 재생 PET/PP chip을 제조하였다. 이들 재생 chipe 다시 진공건조과정을 경유하여 상용화제와의 용융 블렌딩시에 시험재료로 사용하였다. 이들 재생 아dp의 제조 공정도를 Fig.
- 혼합폐플라스틱인 재생 PET/PP 및 상용화제 배합 시료에 대한 인장시험은 KSM 3006의 1호형 시험편을 각 시료별로 10개씩을 제작하여 시험하였다. 이들 시험 조건은 23℃에서 50mm/mine| cross head speed로 하였으며, 이들로부터 인장강도(Tensile strength, kgf/ cm2), 인장탄성율(Tensile modulus, kgf/cm2), 파단신율 (break strain, %)을 조사하였으며, 이들 데이터는 상용화제의 유형별, 함량별로 비교하였다.
이론/모형
- KSM 3055 시험방법에 의하여 시험편을 제조하여 시험하였고, 상용화제의 유형 및 조성비에 따라 Izod 충격강도를 조사하여 Fig. 7에 나타내었다. 상용화제를 배합하지 않은 PET/PP 혼합폐플라스틱의 Izod 충격강도는 3.
- KSM 3065 시험방법에 의하여 시험편을 제작, 3 station HDT tester®- 이용하여 시험하여 상용화제의 종류별 조성비에 따른 HDT 값들을 Fig. 8에 보였다. PET/PP 혼합폐플라스틱에 대한 HDT는 68.
- KSM 3076 시험방법에 의하여 시험편을 제작, 3 station VICAT testerl- 이용하여 시험하여 상용화제의 종류와 조성비의 증가에 따른 vic건 연화온도를 Fig. 9 에 나타내었다. PET/PP 혼합플라스틱 scrap의 vicat 연화온도는 137.
- 또한 vicat 연화온도는 KSM 3076 규격에 의한 시험법으로 실시하였다. 시험편은 30mmx30mmx3mmT 로 커팅하여 사용하였으며, 사용 load는 1 kgf로 실시하였으며, 샘플의 승온용 전열매체는 500cSt의 동점 도를 갖는 실리콘 오일을 사용하여 시험하였다.
성능/효과
- PVB를 상용화제로 배합하였을 때에는 5wt.% 의 조성비에서 최대값 280.9kgf7cm을 보이고 그 이상의 배합비에서는 굴곡강도가 감소하는 경향을 보였다. 따라서 Fig.
- 1℃이었고, 상용화제 EYA에 대한 HDT만 5wt.%까지 증가하다가 그 이상의 배합비에서는 감소하는 경향을 보이고 있으며, MBS와 PVB의 경우 전체적으로 HDT 값들은 상용화제의 조성비가 증가함에 따라 선형적으로 감소하는 경향을 보이고 있다. 특히 PVB에서는 조성비 증가에 따라 감소폭이 컸음을 볼 수 있었다.
- 3 kgf/cn?의 최대값을 갖으며 EV仏의 조성입가 증가함에 따라 위로 볼록한 곡선을 그리는 것을 볼 수 있었으며, 상용화제 MBS를 배합하였을 때에도 상용화제인 MBS를 3wt.%를 배합하였을 때최대값인 315.7kgf/cm을 보이며 EVA의 조성입가 증가함에 따라 위로 볼록한 곡선을 그리는 것을 볼 수 있었다. PVB를 상용화제로 배합하였을 때에는 5wt.
- 마지막으로 재생 PVB를 상용화제로 사용했을 때 3wt.%에서 약간 증가한 8856.9 kgf/cm2^ 굴곡탄성율을 보였을 뿐 이 역시 EVA의 경와 같이 상용화제의 조성비가 증가함에 따라 선형적으로 감소하는 것을 알 수 있었다. 이들 결과 역시 위의 인장 탄성 율에서 언급한 바와 같이 MBS 공중합체가 극성과 비극성을 공존하는 화학구조로 기인된 결과라고 사료된다.
- PET/PP 혼합플라스틱 scrap의 vicat 연화온도는 137.6。(2이었고, 상용화제로써 EVA를 사용하였을 때 vicat 연화온도는 위로 볼록한 포물선을 그리며 감소하는 현상을 그려 10wt.%의 E* V조성에서 vicat 연화온도가 1296C이었다.
- 1%를 보였다. 굴곡 시험의 결과로부터 굴곡강도는 269 kgf/cm% 굴곡탄성율은 8, 410 kgf? cm을 보였다.
- %에서 최대값들을 보임을 알 수 있었다. 따라서 PET/PP 혼합 폐플라스틱의 기계적 특성을 고려할 때 재활용 가능성을 확인할 수 있었다. EVA를 상용화제로 사용한 경우 배합비가 3~5wt.
- 이들 EVA를 배합 경우는 내충격성이 요구되는 응용분야로의 활용이 기대된다. 반면에 재생 PVB수지를 상용화제로 사용한 경우는 기계적 특성에서는 다른 상용화제보다 큰 값들을 갖지 못하여 예상되었던 상용화제로의 효과가 다소 떨어짐을 보였다.
- 1 kgf/cn?을 보이고 있다. 상용화제 EVA를 배합하였을 때에는 EVA의 조성비가 증가함에 따라 선형적으로 감소함을, 그리고 MBS를 상용화제로 사용했을 때 굴곡탄성율 값들이 급상승하는 것을 볼 수 있었다. 3 wt.
- %일 때 최대값인 10, 963.3 kgf/cn?을 보였으며, 전체적으로 인장탄성율 값들은 상용화제인 M侣S의 조성비가 증가함에 따라 위로 볼록한 곡선을 그리고 있다. 셋째로 재생 PVB를 상용화제로 사용하였을 때 PVB의 조성이 7wt.
- 38kgf・cm/cm2과 5.19 kgf1 cm/ cn?의 최대값을 각각 보이며 조성비의 증가에 따라 위로 볼록한 곡선을 보이고 있으며, 상용화제를 MBS로 사용했을 때는 조성비의 증가에도 불구하고 오차범위 내에서 Izod 충격강도가 변하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 상용화제의 목적 중의 하나인 toughening 효과가 가장 우수한 뛰어난 것은 EVA이며, 5wt.
- %의 조성비에서 287.3 kgf/cn?의 최대값을 갖으며 EV仏의 조성입가 증가함에 따라 위로 볼록한 곡선을 그리는 것을 볼 수 있었으며, 상용화제 MBS를 배합하였을 때에도 상용화제인 MBS를 3wt.%를 배합하였을 때최대값인 315.
- %의 조성비에서 한계 조성비를 보이고 있음을 알 수 있었다. 이들 결과 역시 위의 인장강도, 인장탄성율, 그리고 굴곡 탄성 율의 결과에서 언급한 바와 같이 MBS 공중합체 가극성과 비극성을 공존하는 화학구조를 가지고 있어 혼합 폐플라스틱인 PET7PP의 상용화제로의 역할이 적절했음을 보여주는 결과라고 보여 진다.
- 이들 결과로부터 기계적 특성 측면에서 인장, 굴곡, 그리고 충격시험 결과로 볼 때 MBS의 상용화제가 가장 뛰어난 기계적 특성을 보였고, 배합비는 3~5 wt.%에서 최대값들을 보임을 알 수 있었다.
- %에서 최대값들을 보임을 알 수 있었다. 전체적으로 볼 때 이들 세 가지 유형의 상용화제 중에서 인장강도 향상이 큰 상용화제는 MBS임을 알 수 있었다. 이는 PET/PP의 혼합 폐플라스틱의 화학구조에서 알 수 있는 바와 같이 PET는 극성고분자를, 그리고 PP는 비극성 고분자이기 때문에 비상용성 블렌드를 이루고 있다.
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