최근 국제수은협약(Minamata Convention on Mercury)의 채택에 합의함에 따라 회원국들은 수은사용 및 배출 저감에 대한 관리방안을 준비하고 있다. 국내 산업시설에서 발생되는 지정폐기물은 시료특성에 따라 적정처리하며, 일부는 매립하여 최종 처분한다. 용출시험기준을 만족하더라도 매립된 폐기물에 불안정한 형태로 함유된 수은화합물은 최종 매립 후 환경으로 유출될 수 있다. 따라서, 폐기물 및 처리 후 발생하는 부산물을 대상으로 수은에 대한 안정도평가가 필요하다. 본 연구에서는 UV램프 폐형광체를 대상으로 500℃ 및 600℃에서 열적처리를 진행하였다. 발생하는 잔류물을 대상으로 총 5단계로 구성된 단계별 용출법(Sequential Extraction Procedure, SEP)을 적용하여 시료에 함유된 수은 화합물의 안정도를 평가하고자 하였다. 각 단계별 용매로써 증류수(1단계), 0.1M CH3COOH+0.01M HCl(2단계), 1M KOH(3단계), 2M HNO3(4단계) 및 Aqua regia(5단계)를 사용하였다. 1~3단계에서 용출되는 수은화합물은 안정도가 약해 환경으로 쉽게 유출되는 것으로 알려져 있다. 4~5단계의 것은 강한 화학적 결합을 이루고 있으므로 이동성이 낮아 안정한 물질로 알려져 있다. 1~3단계를 S1, 4~5단계를 S2로 분류하여 수은 화합물의 안정도를 평가하였다. 처리 전 시료의 수은 함량은 108.7 mg-Hg/kg이며, S1단계에서 62%, S2단계에서 37.5%가 용출되었다. 500℃, 600℃ 열적처리 후 발생된 잔류물의 수은 함유 농도는 각각 17.3 mg-Hg/kg, 11.6 mg-Hg/kg으로 분석되었다. S1단계에서 각각 25%, 20%가 용출되었으며, S2단계에는 각각 75%, 80% 용출되었다. 열적처리 과정에서 안정도가 약한 수은화합물이 제거되었다. 처리 후 잔류물에 함유된 안정한 형태의 수은화합물의 처분 방안에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

This study investigates leaching and thermal treatment characteristics of mercury in waste phosphor powder from UV lamp for industrial use. Waste phosphor powder contaminated with mercury compounds requires proper treatment for final disposal. A sequential extraction procedure was conducted in order to estimate the stability of mercury compounds in waste phosphor powder. The fraction of mercury compounds leached in initial steps by ion-exchangeable and low acidic solutions was 62%, which would be unstable. Finally 36% of mercury compounds was left as a strongly stable form before last step of acid digestion by aqua regia. Mercury was decomposed rapidly during initial period in thermal treatment. However, the decomposition rate reached in steady later. Correlation of mercury content in residues with concentration of leaching extract was attempted in order to set a thermal treatment condition. When mercury content in residue of phosphor powder could be lowed up to about 13 mg-Hg/kg by thermally with satisfying the Korean leaching standard limit of 0.005 mg-Hg/L.

UV경화는 열경화성 수지나 잉크에 비해 공해 문제가 없다는 점에서 도장, 페인트, 도료, 인쇄 등등 여러 산업에 사용될 뿐만 아니라, 경화 후의 접착 강도, 광택, 내마모성, 표면 경도 등 여러 가지 우수한 물성 때문에 여러 분야에서 매년 15% 이상 응용이 늘어나고 있다. 근래 UV경화의 많은 장점으로 사용량이 늘어남에 따라 많은 연구가 진행 되었으나, 이 연구들은 광개시제와 모노머, 올리고머 등의 연구에만 치우쳐 있어 기본 코팅 설비 및 제조공정에 관한 연구와 simulation을 통한 건조기내 열유동 해석은 연구결과가 부족한 현실이다. 그래서 본 연구는 UV 경화를 위한 기초 연구를 목적으로 UV 경화시 경화기 내부 온도분포에 대한 수치해석과 경화속도에 따른 아크릴레이트 올리고머의 경화정도에 대하여 경험적 데이터로 만들고자 한다. 실험 기기로는 UV경화기는 크기 900*95 (가로*세로cm)이며, 850mm, 385nm, 120W/cm² 인 메탈할라이드 램프 2개가 장치되어 있고, 램프에 가해지는 파워는 100%로 설정하였고 경화기 내부의 온도는 60℃로 하였으며, 컨베이어의 기본 속도는 0.05m/s로 설정하였다. UV경화기 내부의 온도 분포에 대한 simulation 및 수치해석은 STAR-CCM+를 사용하여 해석하였다. 경계조건은 UV경화기 내부의 급기, 배기를 중점적으로 하였고, 열원인 UV램프와 그 주변에 대한 열 유동을 분석하였다. 아크릴레이트 올리고머의 경화도 분석은 코팅 두께에 차이를 둔 case1과 경화 속도에 차이를 둔 case2로 나누어 실험하였다. 시편 0.3t AL PLATE 50mm･50mm에 코팅 두께에 차이를 두고 도장용 스프레이건을 사용하여 아크릴레이트 올리고머를 시편위에 같은 각도와 위치상에 두고 횟수를 달리하여 뿌린 후 그 무게를 측정하여 올리고머가 올라간 정도를 확인하였다. 횟수는 20, 30, 40, 50, 60, 70회로 하였으며, 기존 상품화 되는 정도를 횟수로 계산하면 45회 뿌린 것과 같다. 체류시간에 따른 경화정도는 하도 되어진 아크릴레이트 올리고머가 약 0.1040g이 올려진 상태로 속도의 차이를 두었다. 속도의 차는 0.03m/s, 0.043m/s, 0.056m/s, 0.069m/s, 0.1m/s로 설정하여 실험하였다. 실험결과 UV경화기 내부의 온도분포는 UV램프가 열원이 됨으로 그 주위를 중심으로 온도가 올라갔고 자연급기와 UV램프 반사갓 뒷면의 2.5마력의 배기펌프에도 크게 그 영향을 미치지 않았음을 확인 할 수 있었다. 두께에 의한 올리고머 경화도의 차이는 일정량 gel분율이 줄어드는 것을 확인 하였으나 두께에 따라 경화정도가 떨어지는 것을 확인하였고 60회, 70회의 sample의 경우 경화정도가 미흡하였다. 체류 시간에 따른 경화도의 비교는 같은 두께에서도 체류시간이 오래될수록 경화도가 좋았으며, 체류시간이 짧을수록 경화도가 좋지 않음을 확인 할 수 있었다. 결론적으로 UV램프의 파손을 고려하여 설치하는 급배기 장치는 건조기의 온도 변화에 큰 영향을 미치진 않았고, 경화도는 두께에 따른 체류시간은 반비례하는 것으로 확인되었다. 본 연구는 기초 연구를 통하여 일반적 사항을 재연구함으로써 UV 경화의 기초 데이터로의 활용될 것으로 판단된다.