KR100379033B1 - 코로나 방전처리를 이용한 폐고무의 표면 개질 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코로나 방전처리를 이용한 폐고무의 표면 개질 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일정 크기로 분쇄된 폐고무 분말을 등속도로 균일하게 이동하고 출력 10 ∼ 12KV의 영역에서 방전처리함으로써, 폐고무의 표면을 활성화하여 타 재료와의 혼합성이 향상되는 코로나 방전처리를 이용한 폐고무의 표면 개질 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 코로나 방전으로 표면 개질된 폐고무를 순수고무와 블렌딩하여 재생 고무를 제조하는 것을 포함한다.

이에, 상기 재생 고무는 가공 후 제품의 물성이 순수고무와 비교하여 동등 이상이며 종래 발생되던 표면 불량 문제가 개선되고, 원료를 리싸이클링함으로써 원가 절감 및 폐고무의 처리방법에 따른 환경오염 문제를 해결할 수 있다.

Description

코로나 방전처리를 이용한 폐고무의 표면 개질 방법{A method of surface-modifying for waste-rubber using corona discharge}

본 발명은 폐고무 분말에 코로나 방전처리를 하여 폐고무를 고무제품으로 재사용하는 폐고무의 표면 개질 방법에 관한 것이다.

현재, 표면 개질 방법은 크게 화학적 처리방법과 물리적 처리방법이 있는바, 세부적으로는 액상화학 처리법, 기상(산화)처리법, 방사선과 자외선을 이용한 고분자 그래프트 중합, 플라즈마, 고주파 및 이온빔 조사법 등이 있으며, 그중 고주파 및 이온빔에 의한 표면 개질법이 활발하게 진행중이다. 그러나, 상기한 방법들은 표면 개질 후 타 재료와의 혼합성이 저하되고 장치의 복잡성 및 고가의 소요 비용의 문제점이 있다.

최근, 자동차 산업의 발달과 함께 폐 자동차에서 발생되는 폐고무의 처리문제가 사회적으로 대두되고 있는 실정이다. 주로, 소각 및 매립으로 처리가 되고 있으며, 이에 따른 환경오염 문제가 심각해짐에 따라 재활용 기술로의 연구가 진행되고 있다. 재활용 방법은 환경문제 해결에 있어서 가장 최상의 방법이라 할 수 있으나 경제성 문제와 기술개발의 부진으로 인한 어려움을 겪고 있는 실정이다.

현재까지는 폐고무를 처리하지 않고 타고무와 혼합한 경우에는 계면간의 문제로 인하여 완성된 제품의 물성 및 외관 등에 영향을 주어 사용하기가 어려웠다.

특히, 폐자동차의 폐 웨더 스트립은 철심이 삽입되어 있어 재활용이 곤란하고 열경화성 재료인 고무로 구성되어 있어 사실상 재활용이 불가능하다. 이에, 최근 고무를 분쇄하여 보도 블록 등으로 재사용 하거나 토요다 자동차의 경우 흡차음용 재료로 적용하고 있는데, 상기 방법은 고무를 일정한 크기로 분쇄하여 바인더를 사용하여 열간 압착성형으로 제조하고 있다. 그러나, 바인더의 양에 따른 성형성 불량 또한 사용시간이 경과함에 따라 바인더가 제품 표면으로 용출되어 부서지는 현상이 발생하게 되어 이에 대한 대안이 필요하다.

상술한 바와 같이, 종래 폐고무를 처리하는 데 있어 여러 가지 문제점이 미해결된 상태로 남아 있었다.

이에, 본 발명자들은 폐고무 표면 입자를 활성화하여 타 재료와의 혼합성을 향상시키고, 물성 및 외관에서도 순수 고무와 비교하여 거의 동등 이상으로 제조하고자 노력한 결과, 10 ∼ 400 ㎛으로 분쇄된 폐고무 분말을 10 ∼ 15 cm/sec 의 영역에서 등속도로 균일하게 이동함과 동시에, 발진기의 출력을 10 ∼ 12KV의 영역에서 300 ∼ 400초 동안 방전처리하여 표면 개질된 폐고무를 제조함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.

또한, 본 발명의 코로나 방전을 이용하여 표면 개질된 폐고무는 순수 고무와 블렌딩하여 재생 고무로 제조되어 재활용 할 수 있게 되었다. 특히, 상기 폐고무로 자동차의 웨더 스트립의 폐자재인 폐EPDM을 표면 개질하고, 다시 순수 EPDM과 블렌딩 하여 자동차의 웨더 스트립을 제조함으로써 원재료를 계속적으로 리싸이클링 할 수 있게 되었다. 그 결과, 원가 절감 및 국제 경쟁력을 부여할 수 있고 폐고무의 처리에 따른 환경오염 방지에 효과적이다.

따라서, 본 발명은 코로나 방전을 이용하여 폐고무의 표면 개질방법을 제공하고, 또한 상기 표면 개질된 폐고무를 블렌딩하여 제조된 재생 고무를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 코로나 방전장치를 대략적으로 나타낸 것이고,

도 2a는 기존 EPDM으로 제조된 워더 스트립의 표면상태를 나타낸 것이고,

도 2b는 본 발명의 코로나 방전처리된 재생 EPDM으로 제조된 웨더 스트립의 표면상태를 나타낸 것이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10: 방전전극 20: 시료

30: 샘플베드 40: 발진기

본 발명은 폐고무의 표면 개질 방법에 있어서,

10 ∼ 400 ㎛ 크기로 분쇄된 폐고무 분말을 10 ∼ 15 cm/sec 의 영역에서 등속도로 균일하게 이동함과 동시에, 발진기의 출력을 10 ∼ 12KV의 영역에서 300 ∼ 400초 동안 방전처리함으로서 폐고무의 표면을 개질하는 방법을 그 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 코로나 방전으로 표면 개질되고 입자크기가 10 ∼ 400 ㎛인 폐고무를 순수 고무 100 중량부에 대하여 10phr 중량부를 블렌딩하여 혼합된 재생 고무를 또 다른 특징으로 하고 있다.

또한, 본 발명은 폐고무가 폐EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 고무)이고, 코로나 방전으로 표면개질 후 순수 고무와 블렌딩하여 제조된 재생 EPDM을 이용하여 자동차 웨더 스트립을 제조한다.

이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 재생 고무는 자동차용 내장재로 재활용이 가능하여 원가 절감 및 폐고무의 처리에 따른 환경오염 문제를 해결할 수 있다.

일반적으로, 표면 개질 방법을 통하여 그 재료가 가지고 있는 특성에 새로운 표면 특성을 부여할 수 있다. 특히, 표면 개질을 통하여 관능기의 종류와 수, 표면에너지, 결정성 또는 가교도 등을 조절할 수 있어 고분자가 가지고 있는 물리화학적 성질을 원하는 바대로 얻을 수 있다. 이에, 표면 개질 방법은 재료의 표면을 화학적 처리 또는 물리적 처리방법으로 활성화함으로써 달성될 수 있다. 상기 여러 처리 방법 중 코로나 방전처리는 필름 형태 또는 분말 형태의 재료에 코로나 방전처리 하여 표면을 활성화시키고 연속적인 장치를 이용할 수 있고 처리비용에 있어서도 타 방법보다 낮게 측정할 수 있는 특징이 있다.

이에, 본 발명은 코로나 방전처리를 하여 폐고무의 표면을 활성화함으로써 타 재료와의 혼합성이 우수해지도록 하고, 상기 폐고무에 순수 고무를 블렌딩 함으로써 재생 고무를 제조할 수 있다.

첨부도면 도 1을 참고로, 본 발명의 표면 개질 방법을 수행하기 위한 코로나 방전처리 장치에 관하여 간단히 설명하면 다음과 같다.

코로나 방전처리 장치는 출력이 5KV ∼ 20KV 까지 조절할 수 있는 발진기(40), 시료를 배치하여 이동속도를 0.5 ∼ 20 cm/sec 으로 조절할 수 있는 샘플 베드(30), 그리고 코로나 방전이 발생하는 칼날 형태의 방전전극(10)으로 이루어져 있다.

상기 코로나 방전처리 장치를 이용하여 본 발명의 폐고무, 구체적으로 폐EPDM의 이용하여 표면 개질 방법을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 자동차 등에서 발생되는 폐자재인 폐 EPDM을 분쇄기로 10 ∼ 400㎛ 크기로 분쇄한다.

폐 EPDM은 코로나 방전처리시 가능한 한 넓은 표면적을 갖도록 입자를 분쇄하여 분말형태가 되도록 한다. 이때, 분쇄되는 폐 EPDM 입자는 표면적 및 타 재료와의 혼합성을 고려하여 상기 범위 내에서 분쇄하도록 한다. 만일, 폐 EPDM 입자의 크기가 상기 범위에서 벗어나게 되면 타 재료와의 혼합성이 저하되어 가공 후 제품화하였을 때 제품의 물성, 치수 안정성 및 외관이 불량해져 바람직하지 못하게 된다.

이어서, 상기 폐 EPDM 분말(20)을 코로나 방전처리 장치에 장착하고 10 ∼ 15 cm/sec의 속도로 이동하면서 10 ∼ 12KV의 (출력)영역에서 300 ∼400 초 동안 코로나 방전처리를 수행하여 본 발명을 완성한다.

상기 공정에서 분쇄된 폐 EPDM 분말(20)을 샘플베드(30)에 얇게 펼친 다음, 방전 전극(10)이 수평방향으로 왕복하면서 표면에 방전(lightening strike)을 일으켜 표면의 물리적, 화학적 변화를 일으키게 된다. 이러한 코로나 방전은 첨부도면 도 1의 화살표를 나타난 바와 같으며 시료에 수직방향으로 방전이 일어나게 된다.

상기한 본 발명의 출력영역 및 샘플베드(30)의 이동속도의 제한은 출력이 제한 영역보다 커지게 되면 시료표면(20)의 과도한 코로나 방전처리에 의하여 변형될 우려가 있고, 샘플베드의 이동속도가 상기 범위보다 커지게 되면 폐 EPDM에 효율적으로 표면 개질을 이룰 수 없게 된다.

상술한 바의 공정으로 본 발명에서는 폐 EPDM, 나아가 폐고무의 표면을 코로나 방전처리함으로써 효과적으로 개질할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 상기 코로나 방전처리법으로 표면 개질된 폐고무와 순수 고무를 블렌딩하여 재생 고무를 제조하는 방법을 또 다른 특징으로 하고 있다.

고무는 표면이 무극성을 나타내어 다른 재료와의 혼합성이 불량하므로 코로나 방전처리를 통하여 표면에 극성을 나타내어 타 재료와 혼합성이 우수해진다. 그 결과, 폐고무와 순수 고무를 블렌딩하여 재생 고무를 제조 및 가공함으로써 원료에 드는 비용이 절감되고, 폐고무 처리에 따른 환경 및 비용 문제를 해결할 수 있다. 본 발명에서는 표면 개질되고 입자크기가 10 ∼ 400㎛ 인 폐고무를 순수 고무 100중량부에 대하여 10phr 중량부를 혼합하여 재생 고무를 제조한다. 이때, 상기 혼합되는 순수 고무의 함량이 상기 범위보다 작은 경우에는 물성은 만족하나 사용량이 너무 적어 재활용의 의미가 작고, 과도한 경우에는 기본적인 물성과 표면에 문제가 발생하여 바람직하지 못하게 된다.

상기에 의하여 제조된 재생 고무는 순수 고무와 비교하여 물성이 동등 이상이고, 가공 후의 표면 특성도 매우 우수하다. 특히, 자동차의 웨더 스트립의 원료로 사용된 폐 EPDM을 상기 코로나 방전처리하고 순수 EPDM과 혼합하여 제조된 재생 EPDM을 이용하여 제조된 웨더 스트립은 순수 EPDM과 비교하여 동등한 물성 및 표면 상태를 나타낸다.

이러한 폐고무의 리싸이클링은 자원의 재활용 면에서 매우 바람직하고, 원료절감 및 폐고무의 처리에 따른 환경오염 문제를 해결할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 설명하겠는 바, 본 발명이 다음의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 ∼ 2

폐고무 중에서 폐EPDM을 이용하여 코로나 처리 및 미처리 효과를 알아보기 위하여 다음 표 1에 나타낸 조성으로 시편을 제조하였다.

상기 시편을 도 1의 코로나 방전장치를 이용하여 폐 EPDM 분말을 15 cm/sec의 이동속도로 샘플베드를 균일하게 이동하여, 400초 동안 12KV의 출력으로 코로나 방전처리를 하였다.

이어서, 상기 시편의 코로나 방전처리 전과 후의 물성을 다음에 의거하여 측정한 다음 표 1에 나타내었다.

비교예 1 ∼ 2

비교예 1은 기존의 순수 EPDM을 사용하였으며, 비교예 2는 순수 EPDM 및 미처리된 폐 EPDM을 블렌딩한 것이다. 시편 제조후, 물성을 측정하여 다음 표 1에 나타내었다.

상기 표 1 에 의하면, 실시예 1 ∼ 2는 비교예 1(순수 EPDM)과 비교하여 볼 때, 거의 동등한 물성을 나타내었다. 이에 비하여, 비교예 2의 경우 물성이 매우 낮았고, 표면 외관도 매우 불량함을 알 수 있었다.

실시예 3

상기 실시예 1 ∼ 2 및 비교예 1 ∼ 2에서 제조된 재생 EPDM을 가공하여 웨더 스트립을 제작하여 가황 시간 및 스코치 시간을 측정하였다.

상기 표 2에 의하면, 실시예 1 ∼ 2의 코로나 방전처리된 재생 EPDM 및 비교예 1의 순수 EPDM은 가공시 가류조건의 변화가 나타나지 않았다. 이에 비하여, 비교예 2의 코로나 방전처리를 하지 않은 시료의 경우 혼합한 제품의 시간이 변화가 있어 가공조건이 틀려짐을 알 수 있었다. 이는 완성된 제품의 물성이 저하됨에 따라 불량의 원인이 된다.

실험예: 웨더스트립의 제조

상기 실시예 1의 재생 EPDM 및 비교예 1의 순수 EPDM을 이용하여 자동차의 웨더 스트립을 제조한 다음, 표면 상태를 광학 현미경(OM)으로 관찰하였다. 첨부도면 도 2a는 순수 EPDM으로 제조된 것이고, 도 2b는 재생 EPDM으로 제조된 것으로 두 경우의 표면 상태가 거의 우수함을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명에서는 폐고무를 분쇄하여 코로나 방전 처리하여 폐고무를 표면 개질하고 순수 고무와 블렌딩하여 재생 고무를 제조하였다. 특히, 폐고무로 폐 EPDM을 이용하여 재생 EPDM을 제조하였고, 상기 재생 EPDM은 순수 EPDM과 물성이 동등 이상을 나타내므로 자동차 등 산업 부품 재료로 이용할 수 있고, 폐 EPDM을 재활용함에 따라 원료의 수입대체 효과 및 비용 절감을 통하여 국제적인 경쟁성을 부여할 수 있다. 특히, 폐고무 등의 처리에 따른 환경오염 문제를 종식시킬 수 있어 사회적으로도 매우 고무적이라 할 수 있다.

Claims (4)

1. 코로나 방전을 이용하는 것을 특징으로 하는 폐고무의 표면 개질 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 코로나 방전은 폐고무 분말을 10 ∼ 15 cm/sec의 등속도로 균일하게 이동함과 동시에, 발진기의 출력이 10 ∼ 12KV에서 300 ∼ 400초 동안 방전처리하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전을 이용한 폐고무의 표면 개질 방법.
3. 상기 청구항 1의 코로나 방전으로 표면 개질되고, 입자크기가 10 ∼ 400㎛인 폐고무 분말을 순수 고무 100 중량부에 대하여 10phr 중량부를 첨가하여 블렌딩하여 제조하는 것을 특징으로 하는 재생 고무의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 폐고무가 폐EPDM(에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 고무)인 것을 특징으로 하는 폐고무의 표면 개질 방법.