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수지첨가제와 실리카알루미나 계열 무기물이 LDPE 수지의 열분해에 미치는 영향 비교 연구
A Comparision Study of LDPE Pyrolysis over Resin Additives and Inorganic Compounds of Silica Alumina Type

박영철   (경상대학교 화학공학과/공학연구원UU0000114  ); 최주홍   (경상대학교 화학공학과/공학연구원UU0000114  ); 김남경   (진주산업대학교 자동차공학과UU0001591  );
  • 초록

    저밀도폴리에틸렌에 첨가되는 무적제와 장수제가 수지의 열분해에 미치는 영향과 폐수지에 함께 포함되어 수집되는 황토 성분 및 촉매로서의 실리카-알루미나 계열의 무기물이 수지의 연료유 변환 반응에 미치는 영향을 열분석기(열중량분석기, 시차주사열량계)와 배치형 반응기에서 살펴보았다. TGA 실험에서 무적제, 장수제, 황토의 첨가는 LDPE 만의 열분해에 비하여 최대열분해속도 온도( $T_{max}$ )를 증가시켰다. 실리카알루미나 계열 무기물은 활성백토, 규조토, 벤토나이트, 퍼라이트, 고령토 순으로 반응속도를 증가시켰다. DSC 실험에서 무적제와 황토가 첨가되면 LDPE 수지만의 경우보다 융해열과 열분해열을 낮추는 효과를 보였다. 실리카-알루미나 계열에서는 벤토나이트 첨가 시가 융해열을 20% 정도, 열분해열은 25% 정도 감소시켰다. 회분식 반응기에서 황토를 첨가 할 경우 초기 연료유 생성 속도는 다소 낮으나 최종 오일 수율은 높아지는 효과를 보였다. 실리카-알루미나 계열의 촉매에서는 벤토나이트 첨가 시가 오일 수율 향상이 높게 나타났다. 탄소분석에서는 전체적으로 무촉매 열분해실험에서보다는 무적제나 장수제 첨가 시 생성 연료유의 탄소 수가 낮은 쪽으로 이동되었다. 황토 첨가 시는 $C_{12}$ 이하의 휘발유 성분이 감소되었다. $C_{23}$ 이하의 성분 함유량은 벤토나이트, 퍼라이트, 고령토, 활성백토 첨가 시 무촉매 열분해의 경우 보다 증가하였으나 규조토 첨가 시는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 실험에 사용된 실리카-알루미나 계열의 무기물 중 벤토나이트가 열분해열과 연료유 수율 및 연료유 특성을 고려하여 가장 유효하였다.


    The effects of resin additives and inorganic compounds addition on the thermal decomposition of low density polyethylene(LDPE) resin have been studied in a thermal analyzer(TGA, DSC) and a small batch reactor. The silica-alumina type compounds tested were kaolinite, bentonite, perlite, diatomaceous earth, activated clay and clay. The resin additives were antiforgging-agent and longevity-agent. As the results of TGA experiments, addition of antifogging-agent, longevity-agent and clay increased the temperature of the maximum reaction rate( $T_{max}$ ). The silica-alumina type inorganic materials increased the pyrolysis reraction rate in the order of activated clay, diatomaceous earth, bentonite, perlites, and kaolinite. In the DSC experiments, addition of antifogging-agent and clay decreased the heat of fusion and the heat of pyrolysis reaction. Bentonite decreased 20% of the heat of fusion and 25% of the heat of pyrolysis reaction. In the batch system experiments, the mixing of clay retarded the initial producing rate of fuel oil, but increased the yield of fuel oil. Addition of bentonite increased the yield of fuel oil from LDPE resin. Mixing of antifogging-agent and longevity-agent produced the fuel oil having lower carbon number. The amounts of the carbon number below 12 in fuel oil decreased with adding the clay. That below 23 in fuel oil increased with mixing of bentonite, perlite, kaolinite, and activated clay. But the mixing of diatomaceous earth did not affect the carbon contents of fuel oil from pure LDPE resin. In the silica-alumina type inorganic material used in this experiments, bentonite was the most effective from the pyrolysis heat, yields, and the characteristics of fuel oil.


  • 주제어

    저밀도폴리에틸렌 .   열분해 .   연료유 .   실리카 알루미나 .   무적제 .   장수제 .   열분석기.  

  • 참고문헌 (12)

    1. Seo, G., '폐고분자 물질의 액상 분해용 촉매의 제조 방법 및 이를 이용한 분해 방법,' 공개특허, 특2002-0046027(2002) 
    2. Park, D. W., '폐플라스틱 분해용 촉매 및 이 촉매를 이용한 폐플라스틱의 분해 반응,' 공개특허, 특2000-0043100(2000) 
    3. Lee., K. H. and Shin, D. H., 'Influence of plastic type and pyrolysis of waste thermoplastics into oil recovery,' J. Korea Society of Waste Management, 21(6), 646-661(2004) 
    4. Uddin, M. A., Koizumi, K., Murata, K., and Sakata, Y., 'Thermal and catalytic degradation of structually different types of polyethylene into fuel oil,' Polymer Degradation and Stability, 56, 37-44(1997) 
    5. Onu, P., Vasile, C., Ciocilten, S., Iojoju, E., and Darie, H., 'Thermal and catalytic decomposition of polyethylene and polypropylene,' Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 49, 145-153(1999) 
    6. Jang, N. P., Park, J. W., and Seo, G., 'Liquid-phase degradation of waste agricultural film over used-FCC catalyst,' HWAHAK KONGHAK, 41(6), 694-699(2003) 
    7. Kim, D. C., Woo, J. K., and Nho, N. S., 'Evaluation of oil qulity in thermal and catalytic decomposition of waste plastics into fuel oil,' 한국폐기물학회지, 22(8), 765-773(2005) 
    8. Seo, G., 'FCC 공정 폐촉매로부터 폐고분자 물질의 액상 분해용 촉매의 제조 방법과 이 촉매를 이용한 폐고분자 물질의 분해 특성,' 공개특허, 특2003-0035638(2003) 
    9. Sakata, Y., Uddin, M. A., Muto, A., 'Degradation of polyethylene and polypropylene into fuel oil by using solid acid and non-acid catalysts,' Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 51, 135-155(1999) 
    10. Marcilla, A., Beltran, M., and Conesa, J. A., 'Catalyst addition in polyethylene pyrolysis Thermogravimetric study,' Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 58-59, 117-126(2001) 
    11. Kim, D. C. and Woo, J. K., 'Effect of thermal and catalytic decomposition condition on decomposition lapse time and oil quality in plastic wastes into fuel oil,' J. of KSEE, 26(11), 1232-1237(2004) 
    12. Park, J. J., Park, K., Park, J. W., and Kim, D. C., 'Characteristics of LDPE pyrolysis,' Korean J. Chem. Eng., 19(4), 658-662(2002) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Bak, Young-Cheol ; Choi, Joo-Hong ; Cho, Tae-Ho 2009. "The Effects of Zeolite-Type Catalysts on the Pyrolysis Reaction of Raw Material Resin to Produce Fuel-Oil from Waste Vinyl" 화학공학 = Korean chemical engineering research, 47(3): 303~309     

 저자의 다른 논문

  • 박영철 (17)

    1. 1996 "폐식용유의 에스테르화 반응에 의한 바이오디젤유 제조" 한국생물공학회지 = Korean journal of biotechnology and bioengineering 11 (2): 159~164    
    2. 1998 "열중량분석을 이용한 국내산 미분 백운석과 석회석의 황화 반응 특성 연구" 에너지공학 = Journal of energy engineering 7 (2): 216~222    
    3. 1999 "국내산 무연탄과 NO, $N_2$O 기체의 고유반응 특성" 에너지공학 = Journal of energy engineering 8 (2): 279~284    
    4. 2001 "석탄가스 정제를 위한 safety filter 제작용 내식 합금의 평가" 에너지공학 = Journal of energy engineering 10 (2): 132~139    
    5. 2003 "수소 연료생산의 효율 향상을 위한 초음파 응용에 관한 연구(LSV에 의한 과전압 저감 중심으로)" 한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society 14 (3): 187~194    
    6. 2004 "기상 활성화법에 의한 대나무 활성탄 제조" 에너지공학 = Journal of energy engineering 13 (2): 166~172    
    7. 2005 "천연가스를 이용한 수소 제조 기술 현황" 화학공학 = Korean chemical engineering research 43 (3): 344~351    
    8. 2005 "CO2 활성화법에 의한 대나무 활성탄 제조와 CO2 흡착 특성" 화학공학 = Korean chemical engineering research 43 (1): 146~152    
    9. 2005 "NO REDUCTION PROPERTY OF Pt-V2O5-WO3/TiO2 CATALYST SUPPORTED ON PRD-66 CERAMIC FILTER" Environmental engineering research 10 (5): 239~246    
    10. 2007 "폐 신문지의 가수분해에 미치는 계면활성제의 영향" 한국생물공학회지 = Korean journal of biotechnology and bioengineering 22 (1): 43~47    
  • Choi, Joo-Hong (10)

  • 김남경 (16)

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