기계적인 응력하에서 해섬되는 종이 등의 물질로부터 플라스틱 등의 점탄성 물질을 분리시키는 방법 및 그 장치

기계적인 응력하에서 해섬되는 종이 등의 물질로부터 플라스틱 등의 점탄성 물질을 분리시키는 방법 및 그 장치

이제까지, 플라스틱, 고무 및 다른 점탄성 물질을 종이, 판지 및 상자와 같은 셀룰로오스 섬유를 함유한 물질로부터 분리하는 것은, 섬유 매트릭스의 광범위한 해섬 및 적어도 2가지 이상의 물질 스트림, 즉 수분 함량이 높은 셀룰로오스 함유 슬러지 및 불수용성 플라스틱의 스트림을 초래하는 후속 단계의 분리에 의해 수행되는 습식 분리 방법을 사용하여 이루어져 왔다. 상기 방법은 상당한 에너지 입력량과 기계 장치를 필요로 한다. 전술한 경우에, 종이의 해섬은 습식 연삭 밀에서 수행되고, 예컨대 파쇄 공정에서 수분은 플라스틱과 종이 중량의 몇배 이상 첨가된다. 여기서 특히, 수분을 제거하는데 막대한 양의 에너지가 요구된다. 소위 마찰식 분리기는 플라스틱으로부터 충전재, 오염물 또는 다른 물질의 슬러지를 분리하는 데 사용된다. 각각의 경우에, 섬유질이 풍부한 유동은 예컨대 진동 또는 바닥 스크린을 사용하여 탈수되어야만 한다. 또한, 수분 함량은 통상 챔버 필터 압착과 같은 압착에 의해 감소되지만, 여전히 제품 내에는 50% 이상의 높은 수분 함량이 남아있게 된다. 폐기물에서 일반적인 경우인, 종이 섬유질이 풍부한 물질이 사용될 수 없다면, 높은 수분 함량은 페기물의 열을 이용하는 경우에 건조 또는 폐기물을 쏟아 내는데 따른 비용의 증가를 초래한다. 마찬가지로, 플라스틱은 특히, 예컨대 종이와 풍부한 폴리에틸렌 피막의 조합체에 의해 피복된 피막이 많은 경우에 반드시 탈수되어야 하며, 이는 기계적인 건조기에 의해 양호하게 수행된다. 결국, 변형된 원심분리기 또는 원심 탈수기가 사용된다. 어떤 경우에는 전체적으로 분리를 위한 입력량이 상당한 비용을 초래하고 높은 에너지 입력량으로 인해 경제적으로 바람직하지 않은 열 (후)건조가 요구될 수 있다.

이 분야에서 다양한 연구가 수행되었다. 예컨대, 루이스 제튼의 1993년 뒤셀도르프 VDI-Verlag의 "Stoffliches Kunststoffrecycling und die Rolle des Wassers in Aufbereitungstechink beim Verwerten von Kumststoffen"과, 1992년 비스바덴의 EWvK, Entwicklungsgessellschaft fur die Wiederverwertung von Kunststoffen에 의해 편집된 기술 연구서 "Stoffliches Kunststoffrecycling, Part 2" 를 들 수 있다.

또한, 정전기의 충전을 이용하는 종이와 플라스틱의 건식 분리 방법이 이미 공지되어 있다. 여기서 중력 분리기를 사용하는 분리는 예컨대 독일 특허 제3,227,874호와 독일 특허 제4,225,977호에 개시되어 있다. 상기 방법은 상당한 결함을 안고 있다. 충전 물질은 기하학적 형상에 관하여 특별한 전제 조전을 충족하여야만 한다. 또한 매우 높은 건조 정도를 요구한다. 작업에 사용되는 입력량도 상당하다. 또한 상기 방법은 확고하지 않게 결합된 복합 물질 및 확고히 결합된 복합 물질의 분리를 허락하지 않는다.

본 발명은 종이, 판지, 상자 또는 셀룰로오스 섬유를 함유하는 다른 제품과 같이 높은 기계적인 응력하에서 해섬(解纖)되는 다른 물질로부터 플라스틱 및 고무와 같이 상온에서 점탄성(粘彈性)을 나타내는 물질을 분리하는 장치와 방법에 관한 것이다.

더욱 상세히 설명하자면, 플라스틱과 종이의 분리는 폐기물의 처리와 폐기 물에 함유된 내용물을 인출하는 데 있어 매우 중요하다. 플라스틱과 종이 또는 다른 셀룰로오스 제품을 모두 함유한 혼합 페기물은 대량으로 발생한다. 따라서, 예컨대 듀얼리스 장치(Duales System;독일산)에 의해 수행된 수집물로부터 미리 분류된 플라스틱 팩키지, 특히 소위 혼합된 조각들은 종이 라벨을 포함하는 부적절하게 분류된 물질인 종이와 종이-플라스틱 혼합물을 상당한 비율로 포함하고 있다.

도 1은 본 발명의 방법을 수행하는 장치의 종단면도이고,

도 2는 도 1의 AA'선을 따라 절취한 횡단면도이다.

따라서, 본 발명의 목적은 플라스틱 및 고무와 같은 점탄성 물질을 높은 기계적인 응력하에서 해섬되는 종이, 판지 및 상자와 같은 물질로 부터 분리하는 방법을 제공하는 데 있으며, 경제적인 견지에서도 유용하며, 처리 기술면에서도 간단하다는 장점을 갖는다. 예컨대, LDPE, HDPE, PP, 폴리스틸렌, PVC, PET, 그리고 ABS가 플라스틱으로 취급될 수 있다.

놀랍게도, 플라스틱 및 고무와 같은 점탄성 물질은 플라스틱과 섬유 함유 물질의 혼합물을 높은 가속 및 충격력에 노출시킴으로써 기술적으로 간단한 건식 방식으로 종이와 같은 섬유 함유 물질로부터 분리될 수 있다는 것이 밝혀졌는데, 섬유질을 함유한 물질은 충격력에 의해 해섬되고 스크린 바스켓의 적절한 개구부를 통해 방출되는데 반해 해섬되지 않은 플라스틱은 케이싱의 내부에 남게 되어 축선 방향으로 제거된다. 이러한 종이와 플라스틱의 건식 분리에 가속 및 충격력의 인가 또는 원심력을 사용하는 본 발명은 이제까지 원심력은 고체-액체 상 및 액체-액체 상을 분리하는데에만 사용되어 왔기 때문에 놀라운 것으로 평가된다.

따라서, 본 발명은 기계적인 응력하에서 해섬되는 종이 등의 물질로부터 플라스틱 및 고무 등의 점탄성 물질을 건식 분리시키는 방법에 관한 것으로, 여기서, 분리될 물질은 반경 방향, 축선 방향 및 접선 방향으로 큰 충격력과 높은 가속을 받게 되고, 섬유성 물질의 대량 유동과 점탄성 물질의 대량 유동은 개별적으로 인출되며, 상기 방법은 점탄성 물질과, 기계적인 응력하에서 해섬되는 물질이 본질적으로 복합 물질로서 존재하며, 섬유성 물질만이 상기한 충격력의 작용하에 해섬되고 점탄성 물질로부터 분리되며, 점탄성 물질은 본질적으로 파쇄되지 않은 상태로 상기 대량 유동 내에서 인출된다.

바람직하기로, 분리될 물질은 50 mm 이하의 크기로 거칠게 파쇄된다.

또한 본 발명은 볼 발명에 따른 방법을 수행하는 장치에도 관련된 것으로, 이 장치는 본질적으로 원통형 또는 다각형상이고, 재킷의 구멍(2)을 구비하며, 섬유질이 분리된 물질의 통과를 허락하는 스크린 바스킷(1)을 구비하고, 이 스크린 바스켓의 내부에는 블레이드(4)가 부착된 회전 가능한 구동 샤프트(3)가 동일축으로 배치된다. 상기 구동 샤프트는 예컨대, 전기 모터(도시 생략)를 사용하는 벨트 구동 장치를 구비한 플랜지(5)를 통해 구동된다. 블레이드의 직경은 이 블레이드의 단부와 케이싱 사이의 간격을 남기는 상대적인 크기를 갖는다. 기하학적 형상에 따라 파쇄될 물질의 크기는 가변적이다.

충전측에서, 케이싱의 제1 블레이드의 직경은 다음 블레이드의 직경보다 작아서, 충전된 분리될 물질 혼합물이 케이싱 내에서 더 나은 분포를 갖게 된다.

케이싱과, 블레이드를 구비한 내부 회전 샤프트는 분리될 물질 혼합물용 투입구(7)와, 드럼내에 잔존하고 회전 블레이드에 의해 이송되는 플라스틱용으로 출구(8)가 다른 단부에 마련된 박스(6) 내에 배치된다. 또한, 상기 박스(6)는 제거된 종이용 출구(9)도 구비한다. 종이의 제거를 향상시키기 위해서는 원주 방향으로 회전하는 스크래퍼(도시 생략)가 구비될 수 있다.

바람직하기로, 구동 샤프트와 블레이드 및 케이싱은 스테인레스 스틸과 같은 고강도의 내부식성 재료로 제조된다.

바람직하기로, 스크린 바스켓(1)의 외주상의 출구 또는 구멍(2)는 스크린 바스켓(1)에 대해 케이싱의 구멍을 통해 외측으로 운반되는 파쇄된 종이의 해섬 효과를 향상시키는 작용을 하는 날카로운 엣지(도시 생략)를 구비하고, 이 스크린 바스켓(1)은 박스(6)의 외부벽에 의해 지지된다.

상기 블레이드는 바람직하기로 장치 내에서 충분한 체류 시간동안 축방향으로 입자의 운동을 확보하기 위하여 경사진다. 예컨대 듀알리스 장치로부터 혼합된 파편 플라스틱에 대해서는 5도 내지 7도 범위의 경사각이 적합하다.

내부 블레이드 샤프트는 1000 내지 2000rpm 사이, 바람직하기로 1200 내지 1800rpm 범위의 속도로 회전하고, 이 회전 수는 사용된 물질 혼합물의 함수로서 조절된다. 체류 시간은 10초 내지 2분이다.

본 발명에 따르면 분리 장치를 사용하기 전에 종이의 습도가 종이와 수지의 총량을 기준으로 하여 바람직한 것으로 밝혀진 3 내지 20%의 습도로 적셔진다. 따라서 본 발명에 따르면 종래의 항상 적어도 50% 이상 대체로 70%의 습도가 유지되는 습식 장치에서와는 달리 건조법을 필요로하지 않게 된다.

충전 물질의 입자 크기와, 원하는 분리 정도에 따라서, 출구의 크기는 2mm 내지 7mm 사이에서 가변적이다.

스크린 바스켓(1)의 바람직한 형상은 이등변 또는 부등변 면을 갖는 다각형이다. 스크린 바스켓이 다각형과 같은 면으로 구성된다면, 분리 효과는 원통형 스크린 바스켓에 비해 실질적으로 증가된다.

첨부된 도면을 참조로 하여, 본 방법과 장치의 기능을 예시한다.

플라스틱과 종이의 고체 혼합물은 투입구(7)를 통해 충전되고, 후속 블레이드(4) 보다 작은 직경을 갖는 제1 블레이드에 의해 스크린 바스켓 내부에 분배된다. 도시되지 않은 구동 장치에 의해 회전하도록 배치된 블레이드(4)를 구비한 샤프트(3)는 입자가 결국 스크린 바스켓(1)에서 해섬된 종이의 축적을 초래하는 가속과 충격을 받도록 하고 이후 구멍(2)을 통해 방출되도록 한다. 동시에 상기 입자는 축선 방향으로 이동하고, 출구(8)를 통해 인출된다. 박스(6)와 스크린 바스켓(1)에 의해 구획된 체적 내에 종이의 축적물은 공압식 배출 장치(도시 생략)를 사용하여 출구(9)를 통해 인출된다.

예컨대, 본 발명에 따른 장치는 길이는 1500mm, 블레이드 직경은 950 mm(가변적임), 블레이드 단부와 케이싱 벽 사이의 간격의 폭은 케이싱의 형상에 따라, 최대 25mm, 블레이드의 개수는 4 × 11, 장치의 동력 입력량은 50 내지 80kW, 스크린 바스켓 출구는 5개, 물질 처리량은 시간당 1톤이다.

예

90.4%의 팩키지 포일과 9.6%의 코팅된 종이로 구성된 고체 혼합물을 직경이 50mm인 스크린 바스켓을 구비한 밀에 의해 파쇄시켰다. 플라스틱 내에는 종이가 균일하게 분포되고 혼합물은 건조하다. 혼합물이 장치를 통과하는 1차 가동 이후에 다음의 표 1 및 표 2에 제시된 결과가 얻어졌다.

상기 결과로 생성된 고급의 파편을 재충전하면, 다음의 결과가 얻어진다.

따라서, 2번의 가동으로 충전된 종이의 57.6%가 제거되었고, 산출량은 90.1%가 되었다.