특허와 논문으로 본 PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 동향 Trend on the Development of Commercial Technology for Feedstock Recycling and High End Products from PET Wastes by the Patent and Paper Analysis원문보기
1990년대에 들어서면서 폐플라스틱을 화학적으로 재활용하여 환경문제나 경제적 문제를 해결해보려는 노력이 증대되었고, 이 추세에 따라 폐 PET를 화학적으로 재활용하여 원료화하려는 시도가 활발해졌다. 본 연구에서는 PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1974년에서 2013년까지의 미국, 유럽연합, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였으며, 기술의 정의에 의해 필터링 하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술 등에 따라 분석하여 고찰하였다.
1990년대에 들어서면서 폐플라스틱을 화학적으로 재활용하여 환경문제나 경제적 문제를 해결해보려는 노력이 증대되었고, 이 추세에 따라 폐 PET를 화학적으로 재활용하여 원료화하려는 시도가 활발해졌다. 본 연구에서는 PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술에 대한 특허와 논문을 분석하였다. 분석범위는 1974년에서 2013년까지의 미국, 유럽연합, 일본, 한국의 등록/공개된 특허와 SCI 논문으로 제한하였다. 특허와 논문은 키워드를 사용하여 수집하였으며, 기술의 정의에 의해 필터링 하였다. 특허와 논문의 동향은 연도, 국가, 기업, 기술 등에 따라 분석하여 고찰하였다.
Since 1990s, efforts to recycle the waste plastics by chemical methods have increased. And in accordance with this trend, attempts have become active to use the waste PET as raw materials of chemical industries. In this article, the patents and papers for development of commercial technology for fee...
Since 1990s, efforts to recycle the waste plastics by chemical methods have increased. And in accordance with this trend, attempts have become active to use the waste PET as raw materials of chemical industries. In this article, the patents and papers for development of commercial technology for feedstock recycling and high end products from PET wastes were collected and analyzed. The open patents of USA (US), European Union (EP), Japan (JP), and Korea (KR) and SCI journals from 1974 to 2013 were investigated. The patents and papers were collected using key-words and filtered by the definition of the technology. The patents and papers were analyzed by the years, countries, companies, and technologies and the technical trends were discussed in this paper.
Since 1990s, efforts to recycle the waste plastics by chemical methods have increased. And in accordance with this trend, attempts have become active to use the waste PET as raw materials of chemical industries. In this article, the patents and papers for development of commercial technology for feedstock recycling and high end products from PET wastes were collected and analyzed. The open patents of USA (US), European Union (EP), Japan (JP), and Korea (KR) and SCI journals from 1974 to 2013 were investigated. The patents and papers were collected using key-words and filtered by the definition of the technology. The patents and papers were analyzed by the years, countries, companies, and technologies and the technical trends were discussed in this paper.
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문제 정의
특정 주제에 대한 연구에서, 특허 및 논문 등의 기술 동향에 대한 사전 분석 작업은 기존에 수행되었던 관련 기술들의 연구 내용을 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 향후 연구의 방향을 설정하기 위한 중요한 자료를 제공할 수 있으며, 연구 내용이 중복되는 것을 사전에 방지하는 역할도 한다. 따라서 본 연구에서는 최근 관심이 높아지고 있는 폐 PET 자원의 화학 원료화 및 고부가 활용 분야를 중심으로 한국, 미국, 일본, 유럽의 특허와 논문을 분석함으로써 관련기술의 현황 및 동향을 고찰하고자 한다.
본 연구에서는 향후 국내 폐 PET 자원의 활용성 증대를 위한 기술개발을 추진하는데 있어서 사전 동향 자료를 제공함으로써 관련 연구자들에게 도움을 주고자 하였다. 특정 주제에 대한 연구에서, 특허 및 논문 등의 기술 동향에 대한 사전 분석 작업은 기존에 수행되었던 관련 기술들의 연구 내용을 파악할 수 있을 뿐만 아니라, 향후 연구의 방향을 설정하기 위한 중요한 자료를 제공할 수 있으며, 연구 내용이 중복되는 것을 사전에 방지하는 역할도 한다.
이를 처리하기 위한 매립 및 소각은 소중한 화학자원의 경제적 손실이기도 하다. 이러한 환경 및 경제적 문제들을 다룰 수 있는 PET의 재활용 및 재처리에 관한 다양한 방법들을 제시하였다. 그중 폴리에스터 폐자원의 화학원료화가 매력적인 방법으로 각광받고 있다.
제안 방법
따라서 PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 관련 특허 및 논문 분석을 실시하였다. 특허의 경우 1974년에 처음 출원되어, 1990년대 초반까지 미미한 특허활동을 나타냈다.
Table 4와 같이 모노머화 기술, 폴리올화 기술에 관한 2개의 기술 분야로 나누어 분석하였다. 모노머화 기술은 글리콜리시스, 메타놀리시스, 하이드롤리시스, 혼성해중합 기술에 관한 4개의 세부기술로 나누었으며, 폴리올화 기술은 불포화 폴리에스터, 폴리우레탄, 표면코팅 기술에 관한 3개의 세부기술로 분류하였다.
PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 관련 특허와 논문을 분석하기 위하여 관련된 모든 특허와 논문을 검색하여 분석하는 것이 이상적이지만, 모든 것을 수집하는 데는 한계가 있으므로 우선 자료의 검색 범위를 설정할 필요가 있다. 본 연구에서는 특허의 공개 또는 등록일 및 논문의 게재연도는 제한하지 않았으며, 키워드는 특허의 명칭, 요약, 청구항에 제한을 두어 검색 하였다. 이에, 1974년부터 2012년까지 등록 또는 공개된 특허와 1982년부터 2013년까지 게재된 논문이 검색되었으며, Table 1과 같은 검색 DB를 사용하여 진행하였다.
대상 데이터
PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 관련 논문은 1982년에 처음 출원되어, 1990년대 중반까지 미미한 논문게재를 보였다. 1997년부터 최근까지 활발한 논문활동을 나타내고 있으며, 2013년에 21건의 가장 많은 논문을 게재하였다.
대상특허와 논문 검색을 위해 PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술과 관련된 키워드를 선정하였고, 상기 기술에 맞춰 각각의 키워드를 연산자로 조합하여 Table 2와 같은 유효데이터를 추출하였다.
논문과 특허는 Scopus DB 및 WIPS DB를 사용하여 한국, 미국, 일본, 유럽연합, PCT 특허로 제한하였다. 본 연구에서는 검색된 특허와 논문의 요약문을 검토하여, 선정된 특허 601건과 논문 191건을 대상으로 분석하였다. 특허의 경우, 출원 후 1년 6개월 이후에 공개되는 특허제도의 특성상 2012년도부터 미공개 특허가 존재하므로 분석 결과의 유효기간은 2011년까지인 것으로 볼 수 있다.
본 연구에서는 특허의 공개 또는 등록일 및 논문의 게재연도는 제한하지 않았으며, 키워드는 특허의 명칭, 요약, 청구항에 제한을 두어 검색 하였다. 이에, 1974년부터 2012년까지 등록 또는 공개된 특허와 1982년부터 2013년까지 게재된 논문이 검색되었으며, Table 1과 같은 검색 DB를 사용하여 진행하였다. 논문과 특허는 Scopus DB 및 WIPS DB를 사용하여 한국, 미국, 일본, 유럽연합, PCT 특허로 제한하였다.
성능/효과
2는 특허의 국가별 특허출원 건수를 나타낸 그래프이다. PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 관련 특허 601건 중, 일본특허가 324건으로 53.9%의 가장 큰 점유율을 차지하였으며, 다음으로 미국특허가 141건(23.5%) 한국특허는 75건(12.5%), 유럽특허는 61건(10.1%)의 점유율을 보이고 있다.
List of the core papers로 정리하여 나타내었다. PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 관련 핵심특허 36건 중 29건이 모노머화 기술 관련 특허로 나타났으며, 나머지 7건이 폴리올화 기술 관련 특허인 것으로 나타났다. 핵심논문의 경우, 총 16건 중 13건이 모노머화 기술 관련 논문으로 나타났으며, 나머지 3건이 폴리올화 기술 관련 논문인 것으로 나타났다.
6%를 나타냈다. 국가별 기술의 점유율 및 현황을 살펴보면, 일본, 미국, 유럽특허는 모두 모노머화 기술 관련 특허가 더 많이 출원된 것으로 나타났다. 특히 일본특허의 경우, 모노머화 기술 관련 특허가 215건, 폴리올화 기술 관련 특허가 109건으로 106건의 현저한 차이를 보였다.
7은 PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 분야 논문의 기술별 건수를 나타낸 그래프이다. 기술별 점유율을 살펴보면, 모노머화 기술 관련 논문이 156건으로 81.7%의 가장 큰 점유율을 차지하였고, 폴리올화 기술 관련 논문은 35건으로 18.3%를 나타냈다.
Table 6은 PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 분야 특허의 기술별 건수를 나타낸 그래프이다. 기술별 점유율을 살펴보면, 모노머화 기술 관련 특허가 375건으로 62.4%의 가장 큰 점유율을 차지하였으며, 폴리올화 기술 관련 특허는 226건으로 37.6%를 나타냈다. 국가별 기술의 점유율 및 현황을 살펴보면, 일본, 미국, 유럽특허는 모두 모노머화 기술 관련 특허가 더 많이 출원된 것으로 나타났다.
Table 7은 구축된 논문게재 DB로부터 도출된 논문게재 주요기관(Top 9) 현황을 나타낸 표이다. 논문의 게재기관 현황 및 점유율을 살펴보면, 총 건수 191건 중상위 8위권 내의 게재기관에 의한 논문건수가 49건으로 25.7%의 점유율을 차지하였으며, 터키의 Istanbul University이 11건으로 기술을 주도하고 있는 것으로 보인다. 이집트의 Egyptian Petroleum Research Institute와 인도의 University of Mumbai가 각각 7건, North Maharashtra University 6건, 그리스의 Aristotle University of Thessaloniki, 스페인의 Universidad del Pais Vasco 각각 5건, 인도의 S.
3%를 나타냈다. 세부기술별 현황을 살펴보면, 모노머화 기술은 글리콜리 시스 기술 관련 특허가 가장 많이 출원된 것으로 나타나고, 폴리올화 기술은 폴리우레탄 기술 관련 특허와 불포화폴리에스터 기술 관련 특허가 주를 이루고 있는 것으로 보인다. 논문의 게재기관 현황을 살펴보면, 터키의 Istanbul University이 11건으로 기술을 주도하고 있는 것으로 보인다.
8는 PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술 분야 논문의 세부기술별 건수를 나타낸 그래프이다. 세부기술별 현황을 살펴보면, 모노머화 기술은 글리콜리시스 기술 관련 특허가 가장 많이 출원된 것으로 나타났고, 폴리올화 기술은 폴리우레탄 기술 관련 특허와 불포화폴리에스터 기술 관련 특허가 주를 이루고 있는 것으로 보인다.
모노머화 기술의 경우, 글리콜리시스 기술 관련 특허가 71건, 하이드롤리시스 기술 관련 특허 46건, 페타놀리시스 기술 관련 특허 22건, 혼성해중합 기술 관련 특허가 17건의 순으로 나타났다. 폴리올화 기술의 경우, 폴리우레탄 기술 관련 특허가 16건으로 가장 많이 출원되었으며, 다음으로 불포화폴리에스터 기술 관련 특허 14건, 표면코팅 기술 관련 특허가 5건으로 미미한 특허출원을 보였다.
1%를 나타냈다. 한국국적 출원인은 60건(10.1%), 독일국적 출원인 22건(3.7%), 이탈리아국적 출원인 8건(1.3%), 체코국적 출원인 7건(1.2%), 멕시코와 프랑스국적 출원인 각각 6건(1.0%), 사우디아라비아국적 출원인 5건(0.8%), 스위스국적 출원인 4건(0.7%), 호주와 벨기에국적 출원인 각각 3건(0.5%), 영국, 룩셈부르크, 네덜란드국적 출원인 각각 2건(0.3%), 루마니아, 브라질, 스페인국적 출원인 각각 1건(0.2%)의 순으로 나타났다.
후속연구
PET 폐자원의 화학원료화 및 고부가 활용기술은 일본이 한국보다 현저히 우위에 있으므로, 독창적인 연구개발을 통해 원천/핵심특허를 선점해야 할 필요가 있다. 또한 국내외에서 상대적으로 특허출원이 부진한 폴리올화 기술의 주요출원인 및 발명자 등을 파악하여 공백특허 및 IPC(국제특허분류)를 연구개발에 집중시켜 중복 방지와 권리충돌 등의 문제 발생을 미연에 방지할 필요가 있는 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
PET로 인해 나타날 수 있는 문제점은?
PET는 자연 미생물에 의해서는 완전히 분해되지 않고, 산업의 발달과 소비 증가에 따른 PET의 광범위한 사용과 보급에 의한 많은 PET 폐기물의 발생은 심각한 환경문제를 야기한다. 이를 처리하기 위한 매립 및 소각은 소중한 화학자원의 경제적 손실이기도 하다.
PET의 활용분야는?
플라스틱의 한 종류인 PET는 반결정성 고분자로, 가격에 비해 열안정성, 투명도, 강도 등 물성이 우수하여 필름, 음료수병, 섬유 등의 다양한 분야에서 그 활용도가 높다. 이로 인해 전체 플라스틱 시장 중 약 60 ~ 70%를 차지할 정도로 많은 양이 광범위하게 이용되고 있는데, 이에 반해 폐 PET 제품의 재이용을 위한 회수율은 세계적으로 약 25% 수준에 머무르고 있다.
폐 PET 제품의 미회수 자원은 어떻게 처리하고 있는가?
이로 인해 전체 플라스틱 시장 중 약 60 ~ 70%를 차지할 정도로 많은 양이 광범위하게 이용되고 있는데, 이에 반해 폐 PET 제품의 재이용을 위한 회수율은 세계적으로 약 25% 수준에 머무르고 있다. 나머지 미회수 자원은 소각이나 매립 등의 방법으로 처리되고 있어서 환경오염을 유발할 뿐만 아니라 활용 가능한 자원의 최종 폐기에 의한 경제적 손실도 큰 것으로 분석되고 있다. 따라서 효율적인 폐 PET 자원의 활용을 위한 기술 개발이 매우 요구되고 있는 상황이다.
참고문헌 (16)
Yamamoto, S., Aoki M., Yamagata, M., 1997: Chemical recycling of poly(ethylene terephthalate) by hydrolytic depolymerization under pressure, KOBELCO Technology Review, pp52-55.
Cao, W., Zhang, J., Li, Y., 1999: Application of supercritical fluid technique in the degradation of PET waste, Beijing Huagong Daxue Xuebao (Ziran Kexueban)/Journal of Beijing University of Chemical Technology, 26, pp74.
Yang, Y., et al., 2002: Study on methanolytic depolymerization of PET with supercritical methanol for chemical recycling, Polymer Degradation and Stability, 75, pp185-191.
Pimpan, V., Sirisook, R., Chuayjuljit, S., 2003: Synthesis of unsaturated polyester resin from postconsumer PET bottles: Effect of type of glycol on characteristics of unsaturated polyester resin, Journal of Applied Polymer Science, 88, pp788-792.
Chen, C.-H., 2003: Study of glycolysis of poly(ethylene terephthalate) recycled from postconsumer soft-drink bottles. III. Further investigation, Journal of Applied Polymer Science, 87, pp2004-2010.
Xi, G., Lu, M., Sun, C., 2005: Study on depolymerization of waste polyethylene terephthalate into monomer of bis(2- hydroxyethyl terephthalate), Polymer Degradation and Stability, 87, pp117-120.
Kim, B.-K., et al., 2008: Chemical recycling of poly(ethylene terephthalate) using a new hybrid process, Journal of Chemical Engineering of Japan, 41 pp923-928.
Abdelaal, M.Y., Sobahi, T.R., Makki, M.S.I., 2008: Chemical degradation of poly(ethylene terephthalate), International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, 57, pp73-80.
Viana, M.E., et al., 2011: Chemical recycling of PET by catalyzed glycolysis: Kinetics of the heterogeneous reaction, Chemical Engineering Journal, 173, pp210-219.
Goh, H.W., et al., 2012: Process simulation of two-stage evaporation and crystallization systems for bis(2-hydroxyethyl) terephthalate recovery, Journal of Applied Sciences, 12, pp1547-1555.
Liu, S., et al., 2013: Butanol alcoholysis reaction of polyethylene terephthalate using acidic ionic liquid as catalyst, Journal of Applied Polymer Science.
Vaidya, U.R., Nadkarni, V.M., 1987: Unsaturated polyester resins from poly(ethylene terephthalate) waste. I. Synthesis and characterization.
2001: Green PET progress, 358, pp1-5
Tawfik, M.E., 2003: Preparation and characterization of water-extended polyester based on recycled poly(ethylene terephthalate), Journal of Applied Polymer Science, 89, pp3693-3699
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