폐페인트의 재활용 공정 및 장치개발

정 재헌, 한 대상, 장 상목

동아대학교 화학공학과

Development of recycling process and equipment of waste-paint

Jae-Hun Jung, Dae-Sang Han, Sang-Mok Chang

Dept. of Chem. Eng., Dong-A University

서론

최근 도료의 생산이 꾸준히 증가하고 있으며 95년도의 통계자료를 보면 년간 800,000□ 정도의 생산량을 보이고 있고 금액으로는 약 1조원 이상 소요되고 있다. 그러나 현재의 도착율은 평균 50% 정도에 불과하여 약 400,000□ 정도가 폐기되고 있는 실정이다. 이러한 폐페인트의 재활용은 경제적인 측면에서 뿐만 아니라 환경보전 차원에서도 매우 중요하다.

따라서, 본 연구의 목적은 폐페인트를 액상 및 분말상으로 분리하여 처리함으로써 폐페인트의 처리효율과 재활용율을 극대화시키고, 또한 폐페인트의 소각 시에 발생하는 다량의 포스겐가스, 염화수소가스, 일산화탄소가스, 질소산화물가스, 황산화물가스 및 포름알데히드가스 등 유해가스인 휘발성 유기성분과 다이옥신의 발생을 최소로 억제하여 2차공해를 방지하고자 하는데 있다.

이론

기존의 폐페인트 슬러지 처리는 폐페인트의 수지성분을 제거하여 분말상으로 처리함으로써 쉽고 경제적으로 처리하고자 하였다. 그러나 이는 분말상으로만 처리되기 때문에 폐페인트의 재활용율이 그다지 높지 않았으며 응집체를 스크류 컨베이어에서 혼합하고 열풍으로 점성을 제거하여 건조시키기 때문에 건조효율이 미흡하고 대량처리가 곤란하며, 분쇄 및 응집체의 분리가 용이하지 않았다. 또한 가열온도의 제어가 용이하지 않아 폐페인트가 건조장치에서 연소될 때 유독가스가 발생하여 환경에 악영향을 미쳤다.

분리처리공정에서는 수거된 폐페인트를 경화 및 오염도가 큰 폐페인트는 분쇄기, 냉각장치, 조분쇄기 및 미분쇄기를 포함하는 분말상 처리공정을 통해 분말상 반제품으로 생산하는 공정과 경화 및 오염도가 적은 폐페인트는 반응조 및 분산조를 포함하는 액상 처리공정을 통해 액상의 완제품으로 생산하는 공정으로 분리 처리함으로써 그 처리효율 및 재활용율을 높일 수 있다. 건조공정에서는 전자파발진기에 의한 전자파를 주에너지원으로 하고 열풍을 보조에너지원으로 사용함으로써 건조시간을 단축시키고 건조효율을 향상시킬 수 있다.

실험장치 및 공정도

Fig.1.은 본 실험의 전체공정을 나타낸 흐름도이다. Fig.1.에 도시된 바와 같이 수거된 폐페인트는 그 경화된 상태에 따라 1차 반응조(10) 또는 1차 분쇄기(21)로 이송되며, 1차 반응조(10)로 이송된 폐페인트는 분산조(14)를 경유하여 액상의 완제품(17)이 얻어지고, 또한 1차 분쇄기(21)로 이송된 폐페인트는 냉각장치(23), 조분쇄기(24), 미분쇄기(26)를 경유하여 분말상의 반제품(28)이 얻어진다.

Fig.1. Flow Diagram of Process

1: 집수조                     2, 8, 11, 13, 15: 이송펌프

3, 5: 배출구                  4: 커팅장치

7: 건조장치                   9, 18, 19: 가스배출구

10: 1차 반응조                12: 2차 반응조

14: 1차 분산조                16: 2차 분산조

17: 완제품                    20, 22, 25: 이송컨베이어밸트

21: 1차 분쇄기                23: 냉각장치

24: 조분쇄기                  26: 미분쇄기

28: 반제품                    31, 32, 33, 34, 36: 배기닥트

35: 1차 집진기                37: 이송라인

38: 2차 집진기

Fig.2.는 건조장치(7)의 내부를 개략적으로 나타낸 것으로 컨베이어밸트(49), 단열외용기(52), 도파관(51), 전자파발진기(42)로 구성되어져 있다. Fig.2.에 도시된 바와 같이 병렬로 연결된 다수의 전자파발진기(42)에서 발생된 전자파는 각각의 도파관(51)으로 하향 전송되어 컨베이어벨트(49)에 의해 이송되는 폐페인트의 상부에 조사된다. 컨베이어벨트(49) 하부에는 금속반사판(40)을 설치하여 폐페인트의 중량에 의해 벨트가 처지는 현상을 막고, 또한 전자파발진기(42)로부터 발생되는 전자파를 반사시켜 폐페인트의 건조효율을 높인다. 건조된 폐페인트는 그 경화도에 따라 이송펌프(8) 또는 이송컨베이어벨트(20)를 통해 액상 처리과정 또는 분말 처리과정으로 분리된다. 도파관(51)에는 전자파발진기(42)에서 발생된 전자파가 반사되지 않도록 아이솔레이터(43)를 설치하였다. 또 반사파 및 진행파를 건조장치(7)의 외부에서 체크할 수 있도록 파워모니터가 설치되어 있으며 임피던스조정기(47)로 전자파의 강도를 조절한다.

Fig.2. Drying Equipment

40: 금속반사판                42: 전자파발진기

43: 아이솔레이터              47: 임피던스조정기

49: 컨베이어밸트              50: 전자파흡수체

51: 도파관                    52: 단열외용기

결과 및 토론

오염도가 낮은 자동차용 폐페인트 2000g를 150∼250℃의 건조장치에서 2450MHz의 전자파를 조사함과 동시에 100℃의 열풍을 가하여 건조시켰다. 전자파를 10분, 15분 및 25분 동안 조사한 후 각각의 페이스트상 시료를 탈포기를 사용하여 증기를 완전히 제거하고, 톨루엔을 페이스트상 수지 기준으로 10% 첨가하여 프라이머용 페인트를 제조하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 25분 동안 전자파를 조사한 시료는 그 일부가 연소되기 때문에 바람직하지 않았으며, 10분 및 15분 동안 전자파를 조사한 시료로 제조된 프라이머용 페인트는 수포현상은 발생되지 않았으나 이를 피도포물에 적용한 결과 표면이 거칠었다.

10분, 15분, 25분 전자파를 조사하여 얻어진 페이스트상 시료를 탈포기로 탈포시키지 않은 상태에서는 실험 1과 동일한 실험을 실시하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 탈포하지 않고 제조된 프라이머용 페인트를 피도포물에 적용한 결과 잔존 수분양이 많기 때문에 수포현상이 발생하여 바람직하지 않았다.

15분 동안 전자파를 조사한 시료를 탈포시킨 후, 톨루엔을 페이스트상 수지 기준으로 10% 첨가하고 스탠드밀 및 진동밀을 사용하여 완전히 분산 처리하여 프라이머용 페인트를 제조하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

시 험 항 목	규 격	탈포	미탈포	탈포·분산
질화성수지분	20 이상	33	33	35
지방산분	22 이상	37	37	37
수분	0.5 이하	0.33	0.52	0.28
연화도(NS)	7 이상	9	7	9
건조시간(경화150℃)	30 분이내	26	26	25
도막 강도시험 (연필경도)	B 이상	B 이상	B 이상	B 이상

Table.1. Comparison of properties of product produced in respective process

Table.1.에서와 같이 탈포하여 제조된 프라이머용 페인트를 피도포물에 적용한 결과 단지 표면이 거칠고 티불량이 있을 뿐 페인트로서의 물성은 만족스러웠다. 그러고 탈포하여 분산처리에 의해 폐페인트를 재활용한 프라이머용 페인트는 그 물성이 우수한 것으로 판명되었다.

참고문헌

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2. Jeffrey C. Johnson and Andrew Slater 미국특허 제 4980030호(1988).

3. 大河內, 立川正直, 竹內賢太郞:塗裝□塗料, 300, 50(1978).

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5. 김영성, 선도원, 이영우, 손재익:화학공학과 기술, 11(4), 238(1993).

6. 김정호:화학공학과 기술, 12(1), 46(1994).

7. 원수수:화학장치, 6, 63(1996).