플라스틱은 우수한 품질과 높은 생산성으로 인해 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다. 그러나 플라스틱은 분해가 잘 되지 않아 폐기물 매립 시 토양 오염이나 수질 오염과 같은 환경문제를 야기한다. 이를 해결하기 위한 여러 방법들이 연구되고 있으며, 그 중 한 가지가 플라스틱을 재활용하는 방법이다.
본 연구에서는 휴대폰용 도광판(Light Guide Plate, LGP) 등에 사용되는 광학용 폴리카보네이트(polycarbonate)의 재활용성에 대해 평가하였다. 광학용 폴리카보네이트를 사용하여 3.5인치 LGP와 인장시편, 굴곡시편 및 충격시편을 사출성형하고, 성형된 LGP 제품을 분쇄하여 다시 LGP와 물성시편으로 사출하는 과정을 총 4번 반복하였다. 분광광도계로 LGP의 투과율(transmittance)를 측정하여 색좌표, 황변지수(Yellow Index, YI) 등 광학적 물성을 분석하였고 인장강도, 영률(Young’s modulus), 굴곡강도 및 충격강도 등 기계적 물성을 측정하여 재활용 횟수가 물성에 미치는 영향을 알아보았다. 그리고 겔 투과 크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography, GPC)를 이용하여 재활용에 따른 수평균분자량(number average molecular weight) 변화를 측정하고 물성 변화와의 관계를 분석하였다.
그 결과, 재사용 횟수가 증가할수록 낮은 파장의 투과율이 큰 폭으로 감소하였으며, 색좌표 평가 결과 재사용을 반복할수록 CIE1931 색공간에서 전체투과율은 46.10±2.76°, 직진투과율은 47.56±2.34° 정도의 color shift angle로 색좌표가 이동하는 것을 확인하였다. 황변지수도 계속 증가하였으며, 4번의 재사용 과정 동안 초기 샘플보다 2배 이상 증가하였다. 기계적 특성의 경우, 굴곡강도는 4회 재사용 과정동안 ±1.22%의 변동을 가지고 99.08±1.21MPa로 측정되었으며, 충격강도는 ±3.10%의 변동 내에서 1.960±0.061kJ/m2로 측정되었다. 두 가지 특성 모두 재사용 횟수에 따라 어떠한 경향도 보이지 않았으며 매우 작은 오차를 가지고 일정한 값이 측정되었다. 그리고 인장강도는 2번의 재사용 과정까지는 ±0.63%의 오차로 62.16±0.39MPa의 일정한 강도가 측정되었으나, 3번째 재사용 공정부터는 정확한 응력-변형률 곡선을 얻을 수 없을 정도로 시험 초기에 일찍 파단이 일어나 강도가 58.17%까지 급격히 감소함을 확인하였다. 영률은 1mm/min의 속도로 0.3% 변형률 지점까지 진행하여 0.05%와 0.25% 사이의 변형률에서 응력-변형률의 증분으로 측정하였다. Recycle#3과 Recycle#4의 경우는 영률 측정 구간 이후에 파단이 발생하여 영률의 계산이 가능하였다. 측정 결과 2번의 재사용 과정까지는 초기 2,277MPa에서 1,802MPa로 20.86% 감소하였다가 3번째 재사용부터 다시 증가하여 4번 재사용 과정에서는 1,952MPa이 측정되었다.
GPC를 이용하여 수평균분자량을 측정한 결과, 초기 37,665g/mol의 수평균분자량에서 4회 재사용 시에는 35,148g/mol로 2,517g/mol 만큼 수평균분자량이 감소하였으며 선형적인 감소 경향을 보였다. 이러한 수평균분자량 변화와 물성 변화를 비교한 결과, 수평균분자량이 37,665g/mol에서 35,148g/mol로 감소할 동안 황변지수는 전체투과율과 직진투과율에서 2배 이상 증가하였으며 선형적인 관계를 나타내었다. 상용 LGP 규격과 비교하였을 때, 본 실험에서 사용한 폴리카보네이트의 재사용 횟수는 1회까지만 적용할 수 있다는 결론을 얻었다.

Plastics are used in a variety of industrial areas due to their excellent quality and high productivity. However, plastics are not decomposed easily and cause environmental problems such as soil contamination or water pollution upon waste landfill. Various methods to solve this problem are being studied, one of which is the recycling of plastics.
This study evaluated the recyclability of optical polycarbonate used in light guide plate(LGP hereafter) for mobile phone. As the first step, 3.5 inch LGP, tensile, flexural and impact specimen were injection molded and molded LGP was shredded to 4~5mm scraps. The recycled scraps were injection molded again and this process was repeated for a total of 4 times. Optical properties, i.e., transmittance, color coordinate and yellow index(YI hereafter) of LGP were measured by using spectrometer. Mechanical properties such as tensile strength, Young’s modulus, flexural strength and impact strength were measured. And number average molecular weight was measured by using gel permeation chromatography(GPC hereafter).
As a result, as the number of recycling increased, the transmittance at low wavelength decreased sharply and the color coordinate was changed with color shift angles of 46.10±2.76° for total transmittance, and 47.56±2.34° for direct transmittance in CIE1931 color space. The YI also increased more than twofold during 4 recycling processes compared with initial sample. The flexural and impact strength showed no tendency according to the number of recycling. Tensile strength was measured to be 62.16±0.39MPa up to the second recycling process. However, from the third recycling process, tensile strength decreased sharply to 58.17%. Young’s modulus decreased by 20.86% from initial 2,277 MPa to 1,802 MPa up to the second recycling process. The number average molecular weight decreased from initial 37,665 g/mol to 35,148 g/mol during 4 recycling processes. Interestingly, the number average molecular weight and YI showed very strong negative correlation. Compared with the commercial LGP specification, it was concluded that the number of recycling for polycarbonate allowed in this specific study was one.