피복직물조각으로부터 열가소성 플라스틱을 회수하는 방법 및 장치
제1도는 본 발명의 방법에 대한 주단계 블럭선도. 제2도는 본 발명의 장치 및 방법에 대한 계통도.
본 발명의 가소성(plastic) 피복직물조각으로부터 열가소성 플라스틱(thermo-plastics)을 회수하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특별히, 열가소성 피복직물조각을 저온학적으로 분쇄하고, 직물조각에서 상기 열가소성 플라스틱을 분리, 회수하는 것에 관한 것이다. 피복직물이란 전형적으로 면사, 나일론, 레이욘, 폴리에스테르 및 이들의 화합물과 같은 직물에 폴리비닐클로라이드(PVC) 또는 비닐을 피복한 것으로서, 이들 직물은 자동차의 장식품, 가구류, 벽지 및 여행하물 같은 다양한 가공제품에서 찾아 볼 수 있다. 비닐과 직물스크림(scrim)의 결합시, 제작되는 피복직물을 최종사용자에게 출하시키기 전에 가장자리를 다듬는다. 오늘날, 비닐피복직물의 제조자들 사이에서는 이러한 직물 백킹(backing)에서 비닐을 분리해내는 경제적인 방법이 없기 때문에, 수천만 파운드의 PVC가 유실된 다고 평가해 왔던 것이다. 이러한 분리를 성취하는 화학적 방법들 즉, 미국특허 제3, 624, 009 ; 3, 836, 486 및 3, 873, 411호에 기술되어 있는 방법들은 오늘날까지 PVC를 회수하는 경제적인 공정들이라고 생각하지 않았다. 저온 취약화를 이용하는 종래의 많은 회수공정들은 미국특허 제2, 879, 005 ; 3, 614, 001 ; 3, 666, 185 ; 3, 718, 284 ; 3, 768, 739 ; 3, 885, 744 ; 3, 749, 322 ; 4, 020, 992 ; 4, 225, 990 및 4, 251, 034호와 그안에 제시된 참고문헌에 명시되어 있다. 종래의 저온공정들은 열가소성 피복제를 취약하게 하고 상기 가소성 피복제가 결합된 물질로부터 열가소성 필라스틱을 유리시키는데 효과적이었다. 그러나, 단독 또는 혼합되어 사용되든지간에 모든 종래공정들은, 이러한 유리화후에 직물로부터 열가소성 플라스틱을 분리하는 수단에 대해서는 서술하지도 제안하지도 않았다. 특히, 미국특허 제2, 879, 005호 또는 미국특허 제4, 020, 992호에 기술된 저온분쇄, 충격 및 체분리단계들과 미국특허 제3, 885, 744호에 기술된 공기분리수단과의 조합에 의한 PVC회수가 매우 빈약함을 알 수 있었다. 본 분야에서 통상의 지식을 가진자가 선택된 참고문헌의 방법에 따라할 수 있는 방법 및 장치에 비해, 본 발명은 열가소성 플라스틱으로 피복된 직물찌꺼기에서 적어도 다량의 열가소성 플라스틱을 회수하는 경제적인 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 본 방법의 구성은 다음과 같다 : (a) 열가소성 플라스틱이 취약화될때까지, 피복직물을 저온으로 냉각한다. (b) 냉각된 피복직물을 회전 충격분쇄기로 보낸다. (c) 분쇄기에서 직물을 충격하여 직물로부터 열가소성 플라스틱을 유리시킨다. (d) 유리된 열가소성 플라스틱과 직물을 다단진동망수단(multi-deck vibrati onal screening means)에 공급한다. (e) 상기 진동망수단에 공급된 공급물을 굵은직물, 열가소성 세립자 및 제3세그멘트로 분리한다. (f) 제3세그멘트를 상기 망수단으로부터 분급기로 보낸다. (g) 상기 망수단으로부터의 제3세그멘트를 분급그에서 굵은 열가소성 생성물과 직물세립자로 분리한다. 직물피복제에 있어서 PVC 대신 사용될 수 있는 열가소성 물질이나 수지의 예를 들자면, 스티렌, 아크릴로니트릴, 분자당 최대 탄소수가 8인 적어도 하나의 지방족 모노-1-올레핀을 갖는 올레핀류 및 PET (폴리에틸렌테르프탈레이트)의 중합체와 공중합체들이다. 비닐클로라이드 단중합체들과 공중합체들은 피복용으로 가장 널리 사용되고 있으며, 본 발명에 있어서 바람직한 열가소성 플라스틱으로 간주된다. 본 발명에 있어서 열가소성 플리그틱의 냉각온도는 대략 -90∼-160℃이며, -100∼-120℃가 바람직하다. 온도가 약 -90℃보다 높으면, 직물에서 비닐을 유리시키는데 불충분하였으며, 반면에 온도가 약 -160℃보다 낮으면, 공정에 있어서 경제적 잇점이 없다. 본 발명은 직물을 피복하는데 사용된 열가소성 플라스틱의 회수에도 널리 적용할 수 있으므로 PVC에 대한 특별한 참고자료와 함께 이하에 기술하였다. 제1도를 참조해 보면, PVC로 피복된 직물조각은 제립기(1)로 공급된다. 상기 직물조각이 파편화, 분쇄 또한 비교적 작은 조각으로 된 후에 이 조각들은 저온냉장고(2)로 이송되게 된다. 이러한 냉장고(2)내의 조각들은 PVC가 직물로부터 유리되는 회전충격분쇄기(3)로 보내지기 전에, 바람직한 저온으로 냉각된다. 그후, 비닐과 직물이 다단진동망(4)에 보내짐으로서 이곳에서 미국표준체를 기초로 하여 대략 60메쉬이하, 바람직하게 80메쉬이하인 입자크기를 갖는 비닐세립자와 4메쉬보다 크며 바람직하게 16메쉬 이상인 직물보풀이 분리되어진다. 잔존하는 비닐과 직물입자는 그 크기가 약 4메쉬, 바람직하게 16메쉬 내지 80메쉬이며, 이들은 직물세립자와 굵은 PVC생성물을 분리시키는 공급분급기(5)로 이송된다. 제2도는 본 발명에 대한 바람직한 실례를 도시한 것으로서 제립기(8)에 공급된 비닐피복직물폐기물이 제립기(8)에 의하여 약 1/2인치이하의 조각으로 세분된다. 제립기는 코네티컷, 벌린에 있는 Polymer Mach-inary Corporation에서 판매된 것이 적합하다. 제립기(8)에서 나온 조각들은 1/2인치 망(9)을 통과한 뒤 콘베이어(10)를 지나 호퍼(12)로 이송되고 이로부터 조각들은 펜실베이니아주 알렌타운에 있는 Air Products and Chemicals, Inc.에서 판매된 크리오-그라인드(CRYO-GRIND) 냉동기와 같은 저온냉동기(14)로 공급된다. 이 조각들은 1 내지 50RPM으로 작동하는 2중 솔리드-플라이트 스크류(13)를 통해 냉동기시 스템으로 공급된다. 솔리드-플라이트 스크류는 표준 컷-플라이트 콘베이어 스크류의 사용시 발생되는 물질조각들의 브릿징(bridging) 문제를 피하게 한다. 액체질소는 PVC를 약 -120℃ 이하로 냉각하기 위해 다지관(15)을 통해 냉동기(14)로 분무된다. 냉각된 조각들은 냉동기(14)의 출구로부터 중턱에 의해 회전충격 분쇄기(16)로 낙하되어 교반 및 충격됨으로서 PVC가 직물백킹으로부터 유리된다. 본 발명에 적합한 회전충 격분쇄기로서 "더블류" 또는 워드(Ward)" 헤드형태로된 표준분쇄기 헤드를 갖는 Mikro-pulverizer free-swinging 해더분쇄기와 같은 것이 Micro Pulverizing Machine Product Company에서 시판되고 있다. 알맞은 형태의 회전분쇄기에 대한 더욱 완전한 설명은 1979년 5월 31일에 출원된 출원번호 제44, 296호와 Air Products and Chemicals, Inc.에 양도된 미국특허 제4, 273, 294에 기술되어 있는바, 관련기술은 본원에 참고로 기재하였다. 특히, 상기 회전분쇄기에 표준 헤링본(herringbone)이나 구형호울의 망(screen)이 다수의 디플렉터 라이닝(17)으로 대치되는데, 이 라이닝은 충격분쇄기(16)의 입구(18)에 바로 인접하여 분쇄실(20)의 전폭에 걸쳐 있으며 분쇄실(20)의 회전축을 중심으로 하여 5°-60°(바람직하게 20°-50°, 더욱 바람직하게 40°-50°)의 개구(22)가 형성되어 있다. 분쇄실(20)은 7000RPM까지의 속도로 작동하는 회전축(18) 위에 선회가능하게 설치된 다수의 헤머(21)들을 포함하고 있다. 디플렉터 라이닝(17)의 개구(22)는 분쇄기(16)로 들어오는 취약화된 조각의 최소 70%가 분쇄기의 입구(18)를 회전해서 통과되기 전에 분쇄기를 빠져나올 수 있도록 완전하게 방해가 없어야 할 것이다. 분쇄기(16)로 들어가는 취약화된 물질의 적어도 85%, 바람직하게 적어도 95%가 입구(18)를 지나기전에 분쇄기에서 개구(22)를 통해 빠져 나와야 바람직한 것이다. 이러한 특성이 없이는 직물보풀이 분쇄실(20)에 쌓여지게 되어 분쇄기(16)는 과부하를 받게 된다. 분쇄기(16)으로부터 분리된 PVC와 직물조각들은 중력 또는 다른 방법에 의해 운반되어 제2도에 도시되어 있는 바와같이 수평으로부터 적합하게 경사진 다단진동망(23)에 공급된다. 망은, 일리노이즈, 시카고의 Prater Indestrial Products, Inc.에서 제조된 것이 접합하다. 1단 이상의 망으로서 PVC세립자 즉, 굵은직물조각과 제3세그멘트(굵은 PVC와 직물세립자로 구성되는)간의 바람직한 분리에 충분하다할지라도, 가장 효과적인 분리를 하기 위하여서는 3단망이 이상적이었다. 먼저 분쇄기(16)를 나온 물질은 4메쉬망(24)과 접촉하여 가장 큰 직물보풀 또는 덩어리가 출구(25)를 통해 제거된다. 가장 작은 직물섬유들은 4메쉬의 망(24)을 통과한 뒤 집성체로 되고, 출구(28)을 통해 제거되기 전에 16메쉬의 망(26)의 꼭대기에 쌓인다. 만약 16메쉬의 망을 빼고 단지 4메쉬의 망만을 사용한다면, 다량의 보풀이 공그분굽기로 운반되어 PVC회수에 있어서 손실이 생기게 된다. 망(26)을 통과하는 대부분의 물질은 공기분급기(33)로의 통로인 출구(32)을 통과하기 전에 60메쉬, 바람직하게 80메쉬의 망(30)에 쌓인다. 60-80메쉬의 망을 통과하는 PVC세립자들은 제립기(8)에 공급되는 비닐의 50%이하, 바람직하기로는 25%미만에 달한다. PVC세립자는 출구(34)를 통해 제거저장 및 PVC 재분쇄생성물로의 사용을 위해 콘베이어(35)를 통해 운반된다. 망(30)의 정부에 보유된 16-80메쉬의 물질을 분리하는데 적합한 공기분급기(33)는 켄러키, 플로렌스에 있는 Sweco. Inc.에서 생산되는 Fluid Bed Reclaimer 이었다. 직물세립자와 굵은 PVC의 혼합물은 콘베이어(38)을 통해 진동망(23)으로부터 호퍼(40)으로 운반된다. 이 혼합물은 호퍼(40)로부터 입구(42)를 통해 투입되는 공기와 항류접촉하여서 다공진동판(44) 위로 떨어진다. 판(44)와 2번째 다공진동판(45)사이의 공간은 공기의 분배를 돕고 직물세립자와 굵은 PVC간의 예리한 분리를 돕는 다수의 금속볼(46)로 채워져 있다. 굵은 PVC 생성물이 판(44), 볼(46) 및 판(45)를 서서히 통과하고, 분급기(33) 하부에 있는 무거운 입자의 배출도관(chute)(48)로부터 회수된다. 본 발명의 방법과 장치는 다음 실시예의 참조에 의해 더욱 예증된다. [실시예 1] PVC를 지지한 직포면직물의 조각물질을 제2도에 도시된 일반적인 방법에 따라 처리한다. 표 1은 조각물로부터 비닐 생성물을 회수하여 얻어진 결과를 요약한 것이다. 특히, 조각물질을 회전식 나이프 제립기(8)에서 과립화시킨후, 1/2인치 망을 통해 처리한다. 제립기(8)에서 나온 생성물을 55갈론의 섬유드럼에 수집·저장한다. 그후, 상기 물질을 드럼에서 저온냉동기(14)로 수동 공급한다. 이 냉동기로부터 충격분쇄기(16)으로 중력에 의해 통과시킨다. 조작변수는 다음과 같다 : 충격분쇄기로부터 나온 물질을 55갈론의 섬유판드럼에 수집·저장한다. 충격분쇄기로부터 나온 물질을 드럼에서 진동망(23)으로 수동 공급한다. 분리된 생성물의 형태와 양은 다음과 같다 : 상기 망으로부터 나온 +11메쉬의 직물생성물 스트림은 찌꺼기라 생각되어 버렸다. -60메쉬의 PVC생성물은 드럼에 수집하여 유용한 생성물로 사용하였다. -11+60메쉬의 물질은 드럼에 수집되고, 계속해서 Sweco Fluid Bed Reclaimer (33)으로 공급되었다. 상기의 Sweco Fluid Bed Reclaimer는 10메쉬의 망(44와 45)과 그 사이의 공간에 채워진 3/16인치의 강보올(46)로 되어 있다. 다음의 양이 회수되었다 : [실시예 2-3] 실시예 1에서의 공정단계를 실시예 2와 3에서 반복하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 요약하였다. [실시예 4] PVC를 지지한 부직포 합성직물조각은 망(23)으로부터 나온 -11 내지 +80메쉬의 물질중 일부를 0.156인치 직경의 구멍과 17%의 개방면적을 갖는 한쌍의 다공판(44와 45)을 포함하는 Sweco Fluid Bed Reclaimer에 109파운드/시간의 속도로 공급하고 그 나머지 부분을 0.066인치 직경의 구멍과 10%의 개방면적을 갖는 한쌍의 판을 포함하는 동일한 공기분급기에 304파운드/시간의 속도로 공급하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 처리한다. 전술한 과정의 결과는 표 1에 요약하였다. [표 1] * 망에 대한 총공급량의 기준 ** 제립기에 공급된 조각물질에 포함된 60중량퍼센트의 비닐을 기준 회수된 비닐의 총 수율은 드럼에 저장된 물질을 다단진동망과 공기분급기에 수동 공급하는 뱃춰작동에 기준을 두고 있다. 이에따라 드럼중의 물질을 침강시키고 생성물의 분리를 더욱 어렵게하는 매트직물중의 비닐을 트래핑(trapping)하게 된다. 제2도의 바람직한 실예에서, 회전해머 분쇄기(16)의 출구로부터 나온 물질을 다단진동망(23)의 입구로 직접중력에 의해 계속적으로 떨어뜨리고, 출구(28)로부터 나온 물질을 공기분급기(33)으로 계속하여 운송하는데, 총 비닐수율은 적어도 80 내지 85, 높게는 90중량퍼센트까지 증가되리라 본다. [대조예 AD] 본 발명의 방법과 장치를 위한 망과분급기 수단의 적합한 조합에 대해 설명하기 위해서, 5개의 대조예에 대한 결과를 표 2에 요약하였다. 각 대조예들의 공정은 실시예 1에서 서술된 것과 같이 PVC를 지지한 직포면을 제립기, 저온냉동기 및 충격분쇄기를 통과시키면서 처리하였다. 이 물질을 55갈론의 섬유드럼에 저장하여, 각각 대조에 AD에 대해 Rotex, Inc., Smico Corp., Eriez Magnetics, Inc. 및 Kason Corporation에 의해 제조된 5개의 분리진동망에 의하여 분리하였다. 각각의 경우에 있어서, 망의 크기는 가능한한 다량의 직물을 제거하는 반면, 비닐을 최대수율로 회수할 수 있도록 선택한다. 대조예에 따르는 총 결과는 대조에 A와 B에서 처럼 비닐의 총수율이 낮거나(실질적으로 50중량퍼센트 미만), 대조에 C와 D에서 처럼 회수된 생성물이 직물로 오염되어 재순환 PVC로 재분쇄하기에는 부적합하게 되었다. [표 2] * 망에 공급된 총 공급물 기준 ** 제립기에 공급된 조각물에 포함된 60중량퍼센트의 비닐을 기준 물질을 Sweco Fluid Bed Reclaimer에 통과시켜 대조예의 굵은비닐 생성물에 의한 직물세립자의 부적합한 오염을 제기함으로서 상기 물질이 유니트에 적합하게 공급되지 않거나 너무 많은 비닐이 직물세립자에 포함되게 된다. 이러한 2가지 결과에 의해서 경제적인 공정에 있어서의 최소값으로 간주되는 실질적으로 50중량퍼센트 미만으로 비닐의 총수율이 감소된다. |
