KR0149845B1 - 폐타이어를 이용한 건설용자재용 재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 폐타이어를 이용하여 건설 자재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 유기 재료인 폐타이어에서 제조한 고무 분말과 유기 재료인 플라스틱 수지를 가교제를 이용하여 최적의 방법으로 혼합함으로써, 강도, 내구성 등이 우수한 건설 자재를 제공한다.

Description

폐타이어를 이용한 건설용 자재용 재료의 제조방법

본 발명은 자동차의 폐타이어를 이용하여 건설용으로 사용될 수 있는 자재의 제조방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 최근 산업폐기물로 사회문제가 되고 있는 페타이어를 가공하여 건설자재를 제조하는데 사용되는 기초자재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 건설자재로는 철근, 콘크리트 블럭, 합판 골재등 매우 많은 종류가 있으며, 이러한 자재들은 각기 건설자재로서 요구되는 물성(내구성, 압축강도, 인장강도 등)이 있다.

상기에서와 같이 건설자재는 그 요구되는 물성에 따라 철, 시멘트, 목재 등을 재료로 하여 제작되고 있다.

본 발명에서는 상기에서 언급한 바와 같이 산업폐기물로서 사회문제를 유발시키고 있는 폐타이어가 지니고 있는 내충격성, 내약품성 등 내구성 등의 물성을 적절히 이용함으로써 건설자재로서의 용도를 지니는 각종 재료의 원료가 될 수 있음에 착안하여 연구한 결과 본 발명을 완성하게 된 것이다.

폐타이어는 제조하는 회사에 따라 그 성분상에 약간의 차이는 있으나, 보강재로서 장빕되는 스틸코드 및 폴리에스테르 코드를 제외한 고무재질의 주요성분은 25~45%의 천연고무, 40~45%의 스틸렌 부타디엔 고무, 10~15%의 부타디엔 고무, 10~13%의 가교제성분등의 용매가용분, 유황, 산화아연, 카본블랙 등으로 되어 있다.

상기와 같은 조성을 갖는 폐타이어를 원료로 하여 재생타이어 등으로 재성형하는 경우가 있으나, 각종 강도 및 내구성등이 취약해지는 문제로 인하여 재성형된 타이어의 사용이 기피되고 있는 실정이다.

따라서, 폐타이어의 새로운 분야에서의 이용이 요구되고 있고, 이를 건축자재의 재료로서 이용하면 다양하게 이용될 수 있음에도 불구하고 단순한 재성형만으로는 그 용도가 한정되므로 다양한 용도로 사용하기 위하여는 이물질과의 접합성등의 높혀주기 위하여 그 물성의 변화가 필요하나, 그 물성의 변화를 주기 위하여 첨가되는 물질 및 제조공정등에 의하여 물성에 많은 변화가 일어나게 된다.

본 발명의 목적은, 폐타이어와 혼합할 물질과 혼합 방법을 포함하는 폐타이어를 이용하여 건설 자재용 재료의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

이러한 목적의 실현은, 천연고무 25~40%, 40~45%의 스틸렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무 10~15%, 아세톤 가용분 10~13%, 유황 1.7%으로 구성된 폐타이어 분말과, 플라스틱수지를 혼합하여 건설 자재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 폐타이어 분말을 플라스틱 수지와 혼합하는 제1단계와 ; 상기 제1단계에서 형성된 혼합물의 유동성을 증진하기 위한 소정량의 에틸-비닐 아세테이트 중합체를 첨가하는 제2단계와 ; 상기 제2단계에서 형성된 혼합물에 상용성 증진을 위하여 에틸렌-프로필렌-다인 중합체를 첨가하는 제3단계와 ; 상기 제3단계에서 형성된 혼합물을 사출 성형하기 전에 고온 가교용 가교제를 첨가하는 제4단계를 행함으로서 가능하게 된다.

이하에서는 실시예의 설명을 통하여 본 발명의 내용을 상술한다.

본 발명에 따르면, 천연고무 25~45%, 40~45%의 스틸렌 부타디엔 고무, 부타디엔 고무 10~15%, 아세톤 가용분 10~13%, 유황 1.7%으로 조성된 폐타이어 성분(분말화 한 것)에 건설 자재로서의 강도와 내구성을 강화하기 위하여 플라스틱 수지(주로 폴리올레핀)와 혼합을 하였다.

그러나, 폐타이어의 고무 분말 성분과 플라스틱 수지는 화학적으로 혼합하기가 상당히 곤란한 문제점이 있다.

보통 고무 분말과 플라스틱 수지간의 혼합 방법은 고온 순간 가교 결합을 이용하여 상간 접착력을 증진시키거나, 분산된 폐타이어 고무 분말의 응집을 방지하여 두 조성물간의 상안정성을 증진시키는 것이다.

일반적으로 두 조성물간의 가교 결합은 각 성분의 다중 결합(또는 단일 결합)부분에서 자유 라디칼이 발생되어 이들 사이에 가교 결합제가 끼어 들거나 또는 라디칼 끼리 직접 결합함으로써 이루어진다.

본 발명에서는 비교적 고온에서 라디칼화되는 과산화물 가교제로서는 일반적으로 많이 사용되는 쿠멘하이드로퍼옥사이드(cumene hydroperoxide), 디쿠밀퍼옥사이드(dicumyl peroxide(DCP)) 등을 적당한 고온에서 순간적으로 가교시키는 방법으로 다음과 같이 폐타이어 고무 분말-플라스틱수지 또는 플라스틱 수지-폐타이어 고무 분말간의 에틸렌기(-CH₂CH₂-)의 라디칼 짝지음에 의한 가교가 이루어지는 것으로 아래에 표현된 반응식에 의한다.

상기식에서 R은 알킬기를 의미한다.

상기와 같은 가교 반응은 폐타이어 고무 분말과 플라스틱 수지를 혼합한 후, 유동성 향상을 위하여 적당량의 에틸렌-비닐아세테이트(ethylene-vinyl acetate) 코폴리머를 넣고 상용성 증진을 위하여 EPDM(ethylen-propylene-diene : 에틸-프로필렌-디엔 중합체)을 넣은 후에, 사출 성형기 또는 압출기의 적당한 위치에서 고온가교용(고온에 라디칼화하는)인 쿠멘하이드로퍼옥사이드(cumene hydroperoxide) 등과 같은 과산화물 가교제를 0-5phr(parts per 100 rubber)까지 투여하여 혼합이 일어나게 하고, 약 30초 내지 5분 동안에 사출 또는 압출 시키거나, 모든 성분을 일시에 혼합한 후에 사출하거나 압출하거나, 모든 성분을 일시에 혼합하여 적절한 가공 조건에서 압출기에서 압출하여 펠렛으로 만들고 이를 압출 또는 사출 성형하는 방법에 의하여 실행될 수 있다.

다음은 실시예의 설명을 통하여 실제의 건설 자재의 제조 기법을 설명한다.

[실시예 1]

본 실시예는 폐타이어 고무 분말의 내충격성, 내약품성 및 내구성을 이용하여 불포화 폴리에스테르와의 혼합물을 통하여 철근 대용으로 사용될 수 있는 압출바(bar)를 제조하는 것에 관하여 기재한다.

천연고무 25~45%, 스틸렌부타디엔 고무 40~45%, 부타디엔고무 10~15%, 아세톤가용분 10~13%, 유황 1.7%으로 조성된 폐타이어 성분(분말화 한 것)을 불포화폴리에스테르와 혼합한다. 불포화 폴리에스테르는 비스페놀 디옥시 에틸에테르와 무수말레인산으로부터 제조되는 산가 23 정도의 점성이 큰 액상 재료를 사용하였다. 이 폐타이어 고무 분말과 불포화 폴리에스테르를 혼합한 후에, 디쿠밀퍼옥사이드(dicumylperoxide)를 첨가하여 가교 반응과 동시에 압출시켜 절단하여 펠릿을 제조하고, 일측으로 그라스울의 송급되는 압출기에 넣고 재압출하여 철근 대용으로 사용하는 것이 가능한 FRP로드를 제조하였다.

그리고 이렇게 제조한 FRP로드의 물성은 다음과 같이 나타났다.

인장 강도 : 45MPa

인장 모듈러스 : 850MPa

압출 강도 : 48MPa

이와 같은 물성은 철근이 갖고 있는 물성보다도 건설 자재로서 우수한 것으로 판정되었다.

[실시예 2]

천연고무 25~45%, 스틸렌부타디엔 고무 40~45%, 부타디엔 고무 10~15%, 아세톤 가용분 10~13%, 유황 1.7%으로 조성된 폐타이어 성분(직경 0.2㎜~3㎜ 정도로 분말화 한 것)을 용융 속도가 7.7㎏/10min이고, 인장 강도가 242㎏/㎠이며, 신장율이 250%인 고밀도폴리에틸렌과 과산화물 가교제인 디쿠밀퍼옥사이드를 하기의 표-1과 같은 조성으로 하여 260℃에서 5분간 혼합한 후, 성형기를 통하여 1㎝×2.5㎝×0.3㎝의 시편을 제작하여 인장강도 및 충격에너지를 측정하고 그 결과를 표-1에 나타내었다.

상기표에서 EPOM은 에틸렌프로필렌디엔중합체, EVA는 에틸렌비닐아세테이트, DCP는 디쿠밀퍼옥사이드를 의미한다.

표-1에서 알 수 있는 바와 같이, 폐타이어 고무 분말의 함량이 많을수록 인장 강도는 감소하지만, 충격 에너지는 증가함을 나타낸다. 이는 충격 강도가 큰 폐타이어 고무 분말(GTR)의 탄성 때문이며, 혼합물의 불균일성 및 상간 접촉 때문에 인장 강도는 감소하는 것으로 생각된다. 그러나 에틸렌프로필렌디엔중합체, 에틸렌비닐아세테이트 및 디구밀퍼옥사이드를 넣을 경우에 인장 강도가 현저하게 증가하며 충격 에너지는 변화가 없음을 알 수 있다. 또한 가교제인 디구밀퍼옥사이드(DCP)를 1PHR 넣을 때에 0.5PHR 일 때 보다 더 큰 인장 강도를 보이게 된다. 이는 고밀도폴리에틸렌-고밀도폴리에틸렌의 가교 결합과 고밀도폴리에틸렌-폐타이어고무분말 사이의 가교 결합 형성으로 상간 열안정성이 좋아졌으며 접착효과가 증진되었음을 알 수 있다. 실험에 의하면, 폐타이어고무분말/고밀도폴리에틸렌의 혼합비가 60/40인 경우에 첨가제의 양에 따라 다소 차이는 있으나 보도 블록의 제조에 가장 적당하며, 인장강도가 94㎏/㎠로 나타난 조성인 경우에는 철근대용의 바를 제조할 수 있는 용도로 사용될 수 있다.

[실시예-3]

폐타이어고무분말 혼합물

폐타이어 고무 분말, 폴리프로필렌, 에틸렌프로필렌디엔중합체 및 벤질퍼옥사이드(BPO)로 조성을 달리하여 혼합물을 제조하였다. 각 혼합물은 230℃에서 약 5분 동안 혼합한 후 압출시켜 시편을 형성하였는데, 폐타이어 고무 분말의 함량이 70%가 될 때까지 시편 제작이 가능하였으며 그 이상의 함량에서는 압출 공정이 곤란하였다.

이들 혼합물의 조성에 따른 밀도는 폐타이어 고무 분말/고밀도 폴리에틸렌(고밀도폴리에틸렌)의 비율이 50 : 50인 경우에 가장 낮은 밀도를 보여 주고 있다. 이는 혼합물의 상호 침투 또는 계면에서의 상호 인력이 거의 없으며 비상용성 혼합물의 결과로 시편의 겉보기 체적이 많이 늘어난 결과로 생각된다.

그러나 폐타이어고무분말/고밀도폴리에틸렌/에틸렌프로필렌디엔중합체 혼합물계의 경우 에틸렌프로필렌디엔중합체 만의 밀도는 0.877g/㎖으로 아주 낮은 값을 보이나 에틸렌프로필렌디엔중합체 5%, 10% 함유된 혼합물의 경우에 각각 0.981g/㎖, 0.948g/㎖으로 비슷한 조성의 폐타이어고무분말/고밀도폴리에틸렌 혼합물에 비하면 월등히 높은 값을 나타낸다. 이는 에틸렌프로필렌디엔중합체에 의한 폐타이어고무분말과 폴리프로필렌(PP)의 증가된 상호작용을 생각할 수 있으며, 이로 인하여 겉보기 체적이 감소되었음을 알 수 있다. 또 에틸렌프로필렌디엔중합체 30% 함량의 혼합물의 밀도가 0.909g/㎖으로 낮아진 것은 에틸렌프로필렌디엔중합체 자체의 낮은 고유밀도에서 기인된 것으로 생각된다. 한편, 폐타이어고무분말/고밀도폴리에틸렌/에틸렌프로필렌디엔중합체 혼합물계에 가교 결합제로 벤질퍼옥사이드를 0.1phr 첨가시켰을 때, 밀도는 예상된 상호 가교 결합으로 약간 상승되어 나타났다. 아래의 표-2는 폐타이어고무분말과 고밀도폴리에틸렌의 혼합 비유에 대한 밀도 변화를 보여주고 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 폐타이어를 이용한 건설 자재의 제조방법은, 폐타이어의 재활용하여 유용한 건설 자재를 제작할 수 있다는 점에서 상당히 유용한 장점이 있다.

Claims (4)

1. 천연고무 25~45%, 스틸렌부타디엔고무 40~45%, 부타디엔고무 10~15%, 아세톤 가용분 10~13%, 유황 1.7%으로 구성된 폐타이어 분말과, 플라스틱 수지를 혼합하여 건설 자재를 제조하는 방법에 있어서, 상기 폐타이어 분말을 프라스틱 수지와 혼합하는 제1단계와 ; 상기 제1단계에서 형성된 혼합물의 유동성을 증진하기 위한 소정량의 에틸-비닐 아세테이트 중합체를 첨가하는 제2단계와 ; 상기 제2단계에서 형성된 혼합물에 상용성 증진을 위하여 에틸렌-프로필렌-디엔 중합체를 첨가하는 제3단계와 ; 상기 제3단계에서 형성된 혼합물을 압출 성형하기 전에 고온 가교용 가교제를 첨가하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 건설용 자재용 재료의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1단계 내지 제4단계의 혼합 단계를 동시에 행하여 제조된 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 건설용 자재용 재료의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 폐타이어 고무 분말과 고밀도 폴리에틸렌과의 혼합비가 6 : 4으로 제조된 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 건설용 자재용 재료의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 폐타이어 고무 분말과 고밀도 폴리에틸렌과의 혼합비가 1 : 4으로 제조된 것을 특징으로 하는 폐타이어를 이용한 건설용 자재용 재료의 제조방법.