Process Optimization and Mechanical Validation of Hyperspectral Sorting for Enhancing the Purity of Recycled ABS from Toy Waste

폐장난감 유래 재생 ABS의 순도 향상을 위한 초분광 선별 공정 최적화 및 물성 검증

This study aims to optimize the process parameters of an NIR hyperspectral sorting system for high-purity recovery of Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) from mixed toy waste and proposes a systematic quality control (QC) framework for recycled materials. The experimental results revealed that spectral similarity between ABS and Polystyrene (PS), along with mechanical entrainment occurring during high-speed conveyance, are the primary factors undermining sorting purity. In particular, the necessity of FT-IR screening utilizing the 2237 cm^-1 (C≡N peak) was established to prevent misclassification between ABS and PS. Despite variations in particle size (8, 25 mm), the system demonstrated stable sorting robustness. However, an increase in throughput led to a decline in purity due to intensified inter-particle interference. Mechanical evaluation of the sorted recycled ABS demonstrated that blending with pristine resin at a 1:1 ratio restored impact strength to approximately 83% of that of virgin ABS, confirming the feasibility of property recovery through co-blending. However, PP contamination caused a sharp decline in impact strength of approximately 50% due to phase separation at the ABS/PP interface. Consequently, this study proposes a three-stage quality control system: [Stage 1: FT-IR raw material verification], [Stage 2: Melt Index (MI) processability screening], and [Stage 3: Final verification of impact strength]. This framework provides practical guidelines to maximize automated sorting efficiency and ensure the reliability of recycled materials derived from toy waste.

본 연구에서는 폐장난감 유래 혼합 플라스틱으로부터 고부가 가치 자원인 Acrylonitrile Butadiene Styrene(ABS)을 고순도로 회수하기 위해 NIR 초분광 선별 시스템의 공정 변수를 최적화하고, 재생 소재의 품질 관리 체계를 제안하였다. 실험 결과, ABS와 Polystyrene(PS)의 분광학적 유사성 및 고속 이송 시 발생하는 기계적 동반이동(Mechanical Entrainment)이 선별 순도를 저해하는 주요 원인임을 규명하였다. 특히 ABS와 PS의 오분류를 방지하기 위해 2,237 cm^-1(C≡N peak)를 활용한 FT-IR 스크리닝의 필요성을 입증하였다. 입자 크기(8, 25 mm) 변화에도 불구하고 본 시스템은 안정적인 선별 강도(Sorting Robustness)를 유지하였으나, 처리 속도 증가 시에는 입자 간 간섭으로 인해 순도가 하락하는 경향을 보였다. 선별된 재생 ABS는 신규(Pristine) 수지와의 블렌딩(1:1)을 통해 충격 강도가 83% 수준까지 회복되어 물성 보정 가능성을 확인하였으나, Polypropylene(PP) 혼입 시 상분리로 인해 충격 강도가 약 50% 급락함을 확인하였다. 결론적으로 본 연구는 [1단계: FT-IR 원료 검증], [2단계: MI 가공성 스크리닝], [3단계: 충격 강도 최종 검증]으로 이어지는 3단계 품질 관리 체계를 제시하였다. 이는 폐장난감 재생 소재의 신뢰성을 확보하고 산업 현장의 자동화 선별 효율을 극대화할 수 있는 실질적인 가이드라인이 될 것으로 기대된다.