폐 LCD유리를 대상으로 발포유리제조용의 원료로 적용가능성 여부를 타진하기 위해서 폐 LCD유리의 물리화학적 특성을 조사하였다. 이를 위해서 폐 LCD유리의 화학적 성분분석, 시차열분석, 고온에서 점도 조사를 통한 유변학적 검토, 열팽창계수 등을 조사하였으며, 아울러 괴상 형태와 구상 형태의 발포체 제조 실험도 시도하였다. 모든 검토 결과 폐 LCD유리는 발포유리의 제조 원료로서 충분히 사용 가능하며, 발포화 공정은 폐 LCD유리의 효과적인 재활용방안이 될 수 있음을 보여주었다.
폐 LCD유리의 재활용 방안은 평판 디스플레이용 폐 LCD판넬의 전체 재활용 공정의 확립을 위한 중심요건이다. 본 연구는 폐 LCD유리를 보온단열재, 흡음차음제, 토목용 경량골재 또는 수처리용 담체 등의 원료로 재활용하기 위한 발포공정의 기초공정으로서 폐 LCD유리의 분쇄특성, 적절한 탄소발포제의 선정, 유가물 회수를 위한 산침출 후 잔유된 유리질의 물성 및 이들의 발포화의 문제점을 조사하였다. 폐 LCD유리의 분쇄공정을 통해 발포용 원료로 사용가능한 미분화가 가능하였으며, 고융점을 갖는 LCD 유리의 발포화를 위해서는 결정성 천연흑연이 적절하였으며, 산 침출 후 잔사인 슬러지 상태의 폐유리성분도 발포체의 원료로 재활용될 수 있음을 확인하였다.
폐 LCD 패널유리의 재활용방안을 찾고자, 폐 LCD 패널유리를 원료로 사용하여 수열반응에 의해 이온교환성능을 갖는 제올라이트 합성공정을 조사하였다. 폐 LCD 패널유리는 이온교환성능을 갖는 제올라이트의 제조 원료로 사용될 수 있음을 보여주었다. 이온교환능력을 갖는 제올라이트의 제조를 위한 조건은 폐 LCD 패널유리의 Al성분에 대한 Si성분의 몰비 2.0~2.8, 수열반응온도 $100^{\circ}C$, 수열반응시간 12 h이다. 상기조건에서 Al성분에 대한 Si성분의 몰비(Si/Al mole ratio)를 2.0으로 하는 경우 A형 제올라이트가 합성되며, 몰비를 2.8의 조건으로 유지하는 경우 P형 제올라이트의 생성된다. 폐 LCD 패널유리를 이용하여 제조된 A형 제올라이트는 양호한 이온교환능력 및 중금속 흡착능력을 보여 주었으며, 결정상이 큐빅상으로 안정적으로 성장할수록 이온 교환능력은 우수하다.
사용 후 발생되는 폐 LCD판넬용 유리의 재활용 방안을 마련하고자 별도의 전처리 없이 폐 LCD판넬을 습식분쇄함으로서 발포체 제조용 원료유리로 사용가능한 폐 붕규산유리의 회수 방법을 조사하였으며, 이렇게 회수된 폐 붕규산유리를 사용하여 발포체의 제조를 시도하였다. 입도 270 mesh 이하의 크기로 분쇄 조절된 폐 붕규산유리를 대상으로 폐 붕규산분말 100 g에 대해 발포제로서 탄소분을 0.3 중량 분율, 추가 발포조제로서 $Na_2CO_3$, $Na_2SO_4$, $CaCO_3$를 각각 1.5 중량 분율이 되도록 첨가한 원료 유리분말을 발포소성온도 $950^{\circ}C$에서 20 min간 발포를 진행함으로서 밀도가 $0.3g/cm^3$ 이하되는 발포체를 제조할 수 있었다. 또한 원료 유리에 추가적으로 $SiO_2$ 또는 $H_3BO_3$를 첨가함으로서 얻어지는 발포체에 효과적으로 개기공을 형성할 수 있었으며, 개기공의 형성은 흡음 등 새로운 기능을 가진 발포체의 제조 가능성을 보여주었다.
폐 유리병을 비롯한 폐 유리들을 대상으로 이들을 세척 또는 불순물의 분리 등 전처리를 하지 않고 건축용 단열재로서 발포유리 제조를 위한 원료로서의 적용 가능성 여부를 타진하기 위하여 폐 병유리, 폐판유리 및 LCD 유리 등의 물리화학적 특성을 조사하였다. 이를 위해서 폐 유리의 화학적 성분 분석, 열분석, 결정학적 분석, 점성, 유변학적 분석을 시행하였으며 이 결과를 바탕으로 정성적인 발포유리 제조도 시도하였다. 모든 분석 및 검토의 결과 및 폐 유리병 및 판유리는 발포유리의 제조 원료로서 충분한 사용가능성을 보여 주었다.
국내 디스플레이 산업의 핵심기술과 글로벌 점유율은 세계 최고 수준이지만 폐 디스플레이의 재활용 관련한 전반적 기술은 매우 미흡하고 폐 디스플레이의 유리소재는 전량 매립하고 있는 실정이다. 본 논문에서는 폐 초박막 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display) 유리를 고강도 콘크리트 파일 및 발포체의 원료로 재활용 하는 연구, 초박막 액정표시장치 제조 공정에서 발생하는 불량품인 파유리를 장섬유 및 단섬유 등으로 재활용 하는 연구 동향에 대하여 조사하였다. 폐유리를 재활용한 원료 성분은 고강도 콘크리트 파일과 발포체 원료로 재료 재활용이 가능한 것으로 입증되었으며 특히 콘크리트 파일의 경우 기존 제품보다 향상된 특성을 나타내었다. 이외에도 파유리를 장섬유나 단섬유로 재활용 하는 기술은 이미 상용화 단계에 있으므로 향후 폐 디스플레이 유리 소재의 상용화 재활용 시스템을 구축할 수 있는 기술을 확립하는 방향으로 연구를 진행할 필요가 있다.
최근 전자제품 사용의 증가로 인해 버려지는 전자제품의 양도 함께 증가하고 있으며 이렇게 늘어난 전자폐기물이 부적절한 방식으로 처리될 경우 우리에게 악영향을 미치는 위험물질이 될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 전자폐기물 중 하나인 폐 LCD 유리를 이용한 수질정화용 여재를 이용하여 전자폐기물에 의한 오염을 줄이고, 동시에 강우시 표면 유출로 인하여 발생되는 비점오염을 제어하고자 하였다. 본 연구에서 이용한 수처리 여재는 기존 수처리 여재의 단점을 보완하는 대체 여재 개발이라는 목적에 적합할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서 발포기술이 적용된 폐 LCD 유리 여재의 비점오염에 의한 수질정화능력평가를 하기 위해 실험 장치를 구성하여 실험하였다. 반응조는 직경 0.10 m, 높이 0.75 m 크기(총용량= 5.89 $\ell$)로 두께 10mm의 투명 아크릴판으로 3조를 제작하였다. 유입수는 미량 펌프를 이용하여 유입하였다. 각 반응조의 체류시간에 의한 수질정화능력을 평가하였다. 연구 결과, 오염물질에 대한 제거효율 범위는 SS $64.1%\sim88.2%$, BOD $29.8\sim52.4%$, COD $56.8\sim66.1%$, T-N $39.4\sim\;52.3%$, T-P $14.1\sim36.8%$로 나타났다. 체류시간이 가장 길었던 반응조의 경우, 대부분의 측정항목에서 높은 처리 효율을 볼 수 있었다. 초기에 처리 효율이 낮은 것은 미생물이 부착되지 않았기 때문이라고 판단되며, 실험의 중반과 후반에서 미생물이 부착이 되는 시점부터 높은 처리효율을 보이는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 LCD 터치 패널 유리의 재활용을 위해 기계적 방법과 화학적 용해법을 혼용하여 OCA 및 유기 불순물을 제거하는 실험을 진행하였다. 터치 패널의 기계적 파분쇄를 위해 cut mill과 oscillation mill을 이용하였으며, OCA와 유기 불순물의 제거를 위해 물, 에탄올, 디클로로메탄을 이용하여 터치 패널 파쇄물을 세정하였다. 세정 이후 TGA를 통해 유기 불순물의 제거 효율을 평가한 결과 디클로로메탄 단일 용매를 사용한 경우 세정 효과가 가장 뛰어났으며, 세정 온도가 증가함에 따라 유기 불순물의 제거 효과가 증가함을 확인하였다. 제타 전위 측정을 통해 터치 패널 유리 파쇄물의 용매 내 분산도를 평가한 결과, 세정 효과가 가장 낮은 물의 제타 전위 절대값이 타용매에 비해 낮았으며, 유기물의 제거 효과는 화학적인 용해 특성뿐 아니라 용매 내 물리적인 분산 특성에 의해서도 영향을 받을 수 있음을 확인하였다.
폐 LCD 판넬로부터 회수된 폐 붕규산유리를 이용하여 흡음특성을 갖는 알루미늄 함유 붕규산유리발포체의 제조 가능성을 조사하였다. 입도 325 mesh 이하의 크기로 분쇄 조절된 폐 붕규산유리분말 100 g에 대해 발포제로서 탄소분을 0.3중량 분율, $Na_2CO_3$, $Na_2SO_4$, $CaCO_3$를 각각 1.5중량 분율, 기공조절제로서 $H_3BO_3$ 및 $Al_2O_3$를 각각 6.0 및 3.0 중량분율이 되도록 첨가한 원료 유리분말을 발포소성온도 $950^{\circ}C$에서 20 min간 발포를 진행함으로서 개기공률 45%를 갖는 발포체를 제조하였으며 이 경우 흡음률 0.5~0.7의 흡음 특성을 갖고 있음을 보여 주었다. 아울러 이 흡음성능을 지닌 알루미늄 함유 붕규산유리발포체는 밀도 $0.21g/cm^3$, 굽힘강도 $55N/cm^2$ 이상, 압축강도 $298N/cm^2$ 이상의 우수한 물성을 가지고 있어 다양한 용도에 내화학성 및 내열성의 흡음체로 사용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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