본 연구에서는 석유화학 공장의 PVC 및 ABS 공정오니를 이용하여 재활용의 가능성과 재활용 분말 원료의 등급 및 용도에 맞는 재생원료를 확보하는데 필요한 기초 분석을 통해 건축용 패널 분말 원료 및 활용 가능성을 파악하였다. PVC 및 ABS공정오니의 기본적인 물리화학적 특성을 파악하기 위해 삼성분, 겉보기비중, 발열량, 기기분석으로는 TGA, EA, SEM, FT-IR을 수행하였고, 건축용 패널 재생원료의 안정성 검토를 위해 중금속 및 유해성분 분석을 실시하였다. 또한 건축용 패널 원료의 최적 배합조건을 검토하고, 건축용 패널 원료로 적용하기 위해서 색차 및 경도분석, 인장강도 및 굴곡 탄성도, 가열신축성 및 연화온도의 특성을 검토하였다.
PVC 공정오니의 삼성분 분석의 경우 수분은 평균 50.7%, 가연분은 평균 45.3%, 회분은 평균 4.1%로 나타났으며, 겉보기 비중은 평균 0.8g/ml로 나타났다. 다양한 유형의 시료에 대한 최대 중량 감소는 480℃기준에서 P-2 < P-1 < New < P-4 < P-3 순서로 중량감소가 나타났다. 원소분석 결과는, C 성분이 가장 높은 69.4%, N 성분은 10.5%, O 성분은 10.4%, H 성분은 9.5%, S 성분은 가장 낮은 0.3%로 나타났다. FT-IR 결과는 서로 중복되는 흡수밴드(C=O : 3437cm-1, C-H2 : 2969~2850cm-1, C-H : 1426~1330cm-1, C-Cl : 693~610cm-1)로서 PVC 고유한 특성을 확인 하였고, 재생 PVC 시료는 새로운 형태의 흡수밴드(C-N : 2360~2340cm-1)가 나타났다. SEM 결과는, New PVC 시료는 둥근형상의 이미지를 나타내고 있으며, 재생 PVC 시료는 판상형 이미지를 나타내었다.
ABS 공정오니의 물리화학적 특성으로, 삼성분의 경우 수분은 평균 45.5%, 가연분은 평균 48.1%, 회분은 평균 6.4%로 나타났으며, 겉보기 비중은 평균 0.85g/ml로 나타났으며, 고위발열량(HHV)은 평균 6,769kcal/kg, 저위발열량(LHV)은 평균 3,767kcal/kg으로 나타났다. TGA 결과에서, 최대 중량 감소는 480℃기준에서 A-5 < A-3 < A-4 < A-1 < A-2 순서로 중량감소가 나타났다. 원소분석결과는, C 성분이 가장 높은 70.1%, O 성분은 12.9%, H 성분은 9.5%, N 성분은 7.7%, S 성분은 가장 낮은 0.5%로 나타났다. FT-IR 결과는, 서로 중복되는 흡수밴드(C-H : 2237cm-1, C≡N 및 C=N : 1639~1451cm-1, C=C : 760~700cm-1)로서 ABS 고유의 특성을 가지고 있는 것으로 확인되었으며, 재생 ABS 분말은 새로운 형태의 흡수밴드(C-H: 1731cm-1, C=O : 1237~1147cm-1)가 나타났다. SEM 결과, New ABS 시료는 둥근형상의 클러스터 형태로 나타나고 있으며, 재생한 ABS 시료는 둥근형상이 분리되어 흩어지게 나타났다.
ABS 및 PVC 공정오니의 중금속 및 유해성분(브롬계난연제)은 불검출로 나타나, 플라스틱 재활용 원료의 등급별 기준을 만족하였으며, 향후 건축용 패널 원료로 사용 가능할 것으로 판단된다.
건축용 패널 원료 제조를 위한 최적 조건을 선택하기 위해 13가지 배합조건의 시료를 이용하여 원료를 제조 후 제품 평가에 대한 종합 만족도 결과는, T-12 시료에서 우수한 것으로 선택되었다. 최적의 건축용 패널 원료 조건을 통해 제조한 제품에 대한 활용 및 가능성 평가를 파악한 결과, 색차는 평균 0.2(기준: 1.3이하)수준으로 만족, 경도는 평균 95.3(기준: 85이상)수준으로 만족하였다. 인장강도는 평균 138.3 MPa(기준: 36.8 Mpa이상) 수준으로 만족, 굴곡탄성도는 평균 2,584.3 MPa(기준: 1,960 Mpa이상) 수준으로 만족하였다. 가열신축성은 평균 1.4%(기준: 2.5%이하) 수준으로 만족, 연화온도는 평균 84℃(기준: 83℃이상) 수준을 충족하였다. 건축용 패널 원료 최적의 배합조건으로 인장강도를 기준으로 볼 때, 수분 10%, PVC 오니 분말 20%, ABS 오니 분말 20%, PVC 후레이크 50% 및 첨가제 10%인 조건으로 나타났다.
따라서 모든 측정항목에 대한 결과는 기준치를 만족하고 있어, 향후 건축용 패널 제품 제조시 원료로 활용 가능할 것으로 판단된다. 건축용 패널 원료 제조 및 제품의 가능성 평가를 통해 기대되는 환경적 효과는 여수산단의 석유화학공정에서 발생하는 공정오니 총 42,270톤/년의 절감, 경제적 효과로는 건축용 패널 원료를 제조시, 신재 건축용 패널 원료 가격의 60~70% 가격으로 경쟁력 확보 가능할 것으로 판단된다.

The purpose of this study is to investigate the recycling of PVC and ABS process sludge generated from the petrochemical plants and to analyze the basic properties of recycled powder and raw materials. In order to understand the physico-chemical properties of PVC and ABS process sludge, the analyses of TGA, EA, SEM, FT-IR were performed for measuring apparent specific gravity, elements, surface morphology, calorific value and chemical property. In addition, the optimal mixing conditions of building panel materials were characterized by color difference, hardness, tensile strength, flexural elasticity, heat stretchability and softening temperature.
In the analyses of PVC three components, there were 50.7% of average water contents, 45.3% of combustible materials, 4.1% of ash, and the apparent specific gravity was 0.8g/ml. The TGA results of various samples showed similar pyrolysis characteristics. The P-3 loose the pyrolysis weight fast, and The P-2 was the slowest weight loss of them. The maximum weight reduction of PVC samples was shown in the order of P-2 < P-1 < New < P-4 < P-3 at 480°C. The elemental analysis indicated that the highest C content was 69.4%, and 10.5% of N component, 10.4% of O component, 9.5% of H component, and the S was lowest concentration as 0.3%. The order of the elemental components was S < H < O < N < C, and their chemical compositions were 55 wt.% and 45 wt.% of PVC and MBS, respectively. The FT-IR peaks elucidated the absorption bands at peak (C=O : 3437cm-1, C-H2 : 2969~2850cm-1, C-H : 1426~1330cm-1, C-Cl : 693~610cm-1), which were confirmed with normal PVC peaks. A new peak at C-N (2360~2340cm-1) was created by regeneration of PVC. The SEM images presented the new PVC sample that a rounded morphology with a uniform size array. The recycled PVC sample shaped a plate-like with rounded forms.
In the case of ABS sludge, the average water content was 45.5%, and the combustible materials for 48.1%, and ash was 6.4%. In the TGA results, the weight loss was ordered by A-5 < A-3 < A-4 < A-1 < A-2 at 480°C. The highest concentration in the elemental analysis was detected in C as 70.1%, and the other concentrations were low, especially in S. The order was S < N < H < O < C. The chemical composition of ABS sludge was 70 wt.% of ABS, 25 wt.% of SBR, and 5 wt.% of MBS. The FT-IR results also confirmed with the peaks(C-H : 2237cm-1, C≡N and C=N : 1639~1451cm-1, C=C : 760~700cm-1) of normal ABS process sludge and detected a new peak (C-H : 1731cm-1, C=O : 1237~1147cm-1) in the regenerated ABS sample. In SEM images, new ABS had very small regular round type clusters, and recovered ABS had separated round shape clusters. The heavy metals and harmful components were not detected both PVC and ABS samples.
The mixing conditions for making the building panel materials were optimized in 10% of water content, 20% of PVC sludge powder, 20% of ABS sludge powder, 50% of PVC flake and 10% of additive same as the composition of the sample, T-12. The characteristics of T-12 sample were 0.2 level of average color difference and 138.3 MPa of tensile strength. The heat stretch-ability averaged 1.4%, which was below 2.5% as reference value and the softening temperature was 84℃. The all results were satisfied with the standard value, and was considered to be utilized as a panel material in architectural use.
The environmental and economic effects were expected to save 42,270 ton/year of the process sludge in the petrochemical process from Yeosu Industrial Complex. The price will decrease to be 60~70% that of new building panels.