KR100478291B1 - 폐타이어 고무 칩을 이용한 블록의 제조방법 - Google Patents

폐타이어 고무 칩을 이용한 블록의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폐타이어 고무 칩을 이용한 블록의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 2-4mm의 규사 40-60중량부에, 입경 0.6-1.2mm로 분쇄한 폐타이어 고무칩 및/또는 폐플라스틱 분말 30-80중량부 및 폴리우레탄 결합제 5-10중량부를 혼합한 하부 지지층 재료를 준비하여 몰드에 넣고 그 위에, 2-3mm 길이로 절단한 고무 칩 100중량부에 폴리우레탄 결합제 5-10중량부 및 안료 0.5-5중량부를 혼합한 상부 탄성층 재료를 적층하여 열프레스 200-1,000톤의 고압 및 200-250℃의 고열로 5-15분간 성형하는 폐타이어 고무 칩을 이용한 블록의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 블록은 보행자 및 차량 통과시 안정적으로 지지되면서도 탄성을 유지할 수 있다.

Description

폐타이어 고무 칩을 이용한 블록의 제조방법{Method for preparing block using chip of waste tire}
본 발명은 폐타이어 고무 칩을 이용한 블록의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 폐 타이어 등의 고무 폐기물 및/또는 폐플라스틱 분말을 이용하여 보행자 및 차량 통과시 안정적으로 지지되면서도 탄성을 유지하는 블록의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 산업이 고도로 발달하면서 폐타이어 및 일반 고체폐기물(폐고무, 폐합성수지, 폐주물사, 석재 등) 역시 증가하여 환경오염은 물론이고 이러한 폐기물을 처리하는데 상당한 비용이 소요됨으로 이러한 폐기물의 처리는 작금 사회적인 문제점으로 대두되어 있다. 그리고 산업이 발달하면서 풍요로운 삶을 누리면 누릴수록 환경오염의 유발 요인은 늘어나는 반면 쾌적한 환경에 대한 요구는 더욱 높아가고 있다. 더욱이, 자동차산업의 급진적인 발전에 따라 그 부산물로서 급증하고 있는 폐타이어의 처리는 자원의 효율적인 재활용이라는 측면과 환경 보존적인 측면에서 조속히 해결되어야할 문제로 대두되고 있다.
폐타이어는 연간 배출량이 많고(2000년도 2100만개로 추정), 열량이 풍부한 고급 합성고무로 구성되어 있으며, 다른 폐기물과는 달리 수집 및 선별과정이 특별히 필요치 않아 재활용 사업으로서 가치가 매우 큰 것이나, 우리나라에서는 재활용시 경제성, 시장성 등의 제한조건으로 인하여 실용화 단계에 있는 처리시설은 극소에 지나지 않는다.
현재, 국내 폐타이어 처리기술은 대략 20여가지 정도로 이용방법 및 처리기술로 보면 군 진지 작업, 토목공사, 매립, 야적과 같은 원형이용방법과 시멘트 킬른, 건류조간, 열분해와 같은 열이용 방법, 재생타이어 활성탄 제조, 고무분말 및 분말을 이용한 제품 등과 같이 가공하여 사용하는 방법 등이 제안되어 있다.
원형이용 방법은 타이어가 난분해성 물질이기 때문에 빠른 분해가 어려워 이로 인한 환경문제가 장기간 또는 반영구적으로 지속될 가능성을 가지고 있으며, 열이용 방법은 이용후 잔류오염 물질 및 다른 오염원의 발생가능성이 있어 결국폐타이어의 재활용 방법은 원형이용 - 열이용 - 가공이용 순으로 재활용 효율을 극대화시킬 수 있으며 앞으로의 정책도 재활용도가 높고 부가가치가 높은 가공이용 방법 에 촛점이 맞추어져야 할 것이다.
현재, 환경관련기관 및 유관기관 자료에서 보면 96년은 77.1%, 97년은 58.8%의 폐타이어 재활용율을 나타내고 있으나, 나타난 수치와 같이 군 진지, 매립 등을 포함한 형식적인 재활용이 아닌 열이용 및 가공이용과 같은 실질적 재활용율을 높여야 하며 가공이용시 다른 환경폐기물과의 혼합 등을 통하여 환경친화적인 기능물 등을 개발하여야 할 것이다.
한편, 블록의 대표적인 용도는 일반 보도블록을 들 수 있으며, 이러한 보도블록은 보도에 적합한 크기와 형상과 색상을 유지해야 할 것이며, 보행시의 편리함과 안락함을 위한 탄성감과 아울러 설치시의 견고성 그리고 장기간의 안정적인 사용을 보장하는 내구성을 유지해야 한다.
통상 블록이란 석재와 시멘트를 포함한 콘크리트재로 성형되는바, 경도 및 내열·내후성이 우수하여 나름대로는 유용하게 사용되고 있으나, 경도가 우수한 만큼 약한 취급상 부주의와 외부에서 가해지는 충격에 파손되는 쉽다는 취약성을 가지고있으며, 탄성감이 없어 보행시의 느낌이 딱딱하다는 문제점 등 경제적 및 효용성의 측면에서 문제점이 있었다.
따라서, 이와 같은 폐타이어 재활용을 위한 방안의 하나가 블록의 제조방법인데, 이러한 폐타이어의 블록제조는 폐타이어를 수집, 파쇄, 분쇄, 선별과정을 거쳐 생산된 분말에 소정의 착색과정을 거쳐 우레탄베이스 바인더 또는 제품의 특성에 따라 필요한 바인더를 혼합한 후 몰드에 원료를 투입한 후 열프레스에서 일정한 압력으로 압축시킨 상태에서 가류 경화시키는 것이 보편적이다.
이와같은 제조방법은 고무제품 및 폐타이어를 이용한 블록 제조방법의 유일한 기계적 방식이며 고무의 특성을 활용한 가장 적합한 방법으로 인정되고 있다.
그러나, 위와 같은 제조방법의 한국 공개특허 제94-18182호인 폐고무를 이용한 보도블록의 제조방법을 살펴보면, 단지 폐타이어 고무 칩과 바인더만의 이용으로 제조됨으로서 하중을 지지할 만한 충분한 안정감을 부여받지 못하여 경량이라는 장점에도 불구하고 현실적으로 이러한 보도블록이 채택될 확율은 극히 희박하였다.
때문에, 상기의 폐단을 해결하기 위해 한국 특허출원 제98-51059호로 폐타이어 고무칩을 이용한 블록 및 그 제조방법이 제안되었다. 상기 제조방법에 따르면, 안정감과 소정의 탄성을 유지하는 블록의 제공이 가능해진다는 것인데, 그러나 목적하는 바와는 달리 고감도의 탄성감을 유지할 수 없었고, 지지층이 모래와 고무펠렛의 혼합층으로 이루어져 있어 견고성과 중량감 및 안정성이 뒤떨어짐으로서 일부 실내용을 제외하고는 실외용으로의 사용이 곤란하다는 문제점도 포함하고 있었다.
또한, 한국 등록특허 제286575호에서는 고무 칩 100중량부와 폴리우레탄 결합제 3-10 중량부, 안료 0.5-5중량부로 구성된 상부 탄성층과 모래 100중량부, 고무 5-20 중량부 및 폴리우레탄 결합제 10-15중량부로 구성된 하부 지지층으로 이루어진 블록, 및 모래 100중량부에 입경 1-3mm로 절단한 고무 펠렛 5-20중량부 및 폴리우레탄 결합제 10-15중량부를 혼합한 하부 지지층 재료를 준비하여 몰드에 넣고 그 위에 2-3mm 길이로 절단한 고무 칩 100중량부에 폴리우레탄 결합제 3-10중량부 및 안료 0.5-5중량부를 혼합한 상부 탄성층 재료를 적층하여 성형하는 블록의 제조방법을 개시하고 있다.
그러나, 상기 특허는 모래와 폐 고무칩의 혼합비율이 잘못되어 그 비율대로 제조할 경우 강모래를 혼합시 과다한 먼지와 입자로 인하여 접착제인 폴리우레탄의 사용량이 많아지며, 모래와 고무칩 배합율이 모래 100중량부에 고부 5-20중량부의 배합은 실제 제품 성형시 고무블럭이라고 보기 어렵고, 실제 제조시 블록의 고무 결합력이 약해져 하부 지지층이 모래가 많아 부러지거나 부스러지는 현상으로 제품의 안정적 형태를 이루지 못하는 단점이 있다.
따라서, 고감도의 탄성력과 견고성 및 향상된 안정감으로 그 적용범위를 확대할 수 있는 블록이 지속적으로 요구된다.
따라서, 본 발명의 목적은 보행자 및 차량 통과시 안정적으로 지지되면서도 탄성을 유지하는 블록의 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은 2-4mm의 규사 40-60중량부에, 입경 0.6-1.2mm로 분쇄한 폐타이어 고무칩 및/또는 폐플라스틱 분말 30-80중량부 및 폴리우레탄 결합제 5-10중량부를 혼합한 하부 지지층 재료를 준비하여 몰드에 넣고 그 위에, 2-3mm 길이로 절단한 고무 칩 100중량부에 폴리우레탄 결합제 5-10중량부 및 안료 0.5-5중량부를 혼합한 상부 탄성층 재료를 적층하여 열프레스 200-1,000톤의 고압 및 200-250℃의 고열로 5-15분간 성형하는 것으로 구성된다.
이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 고무 칩을 만드는데 이용되는 고무의 종류는 일반적으로 이용되는 모든 합성 또는 천연 고무가 가능하며, 환경보호를 위해 폐기된 고무를 사용하는 것이 바람직하며, 특히 폐 타이어 고무가 바람직하다.
도 1 및 2를 참조하면, 상부 탄성층(11)의 주재료로 사용되는 고무 칩은 바람직하게는 2-3mm 크기로 절단된 것이 사용되며, 하부지지층(12)에 혼입되는 경우에는 지지층의 주재료인 규사보다 미세한 입경 0.6-1.2mm로 분쇄한 것이 바람직하다.
상부 탄성층(11)의 고무칩과 안료 등을 접착시키기 위한 폴리우레탄 결합제는 고무칩 100중량부에 대해 5-10중량부의 양으로 사용된다. 그 이하의 양으로 사용되면 고무칩이 충분히 결합되지 못하여 분리되는 경우가 생기게 되면 결합제가 너무 많이 사용되면 고무의 탄성만 떨어지고 더 이상의 접착력 증대효과가 나타나지 않게 된다.
색상을 미려하게 하기 위한 안료는 일반적으로 고무나 합성수지의 착색에 사용되는 안료를 사용할 수 있고, 이미 안료가 포함된 단일색상의 고무 칩을 이용하는 경우에는 안료를 사용하지 않을 수도 있다.
안료를 사용하는 경우 그 양은 고무 칩 100중량부에 대해 0.5-5중량부의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 그 이하의 양으로 사용하면 고무에 착색이 제대로 되지 않아 블록의 색상이 미려하지 못하며, 그 이상으로 사용하는 경우 블록의 물성에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.
하부 지지층(12)에 적당한 블록의 무게를 유지하도록 혼입되는 주재료는 경제성 등을 고려할 때, 규사가 바람직하다. 무게가 너무 지나치게 무거울 필요가 없으므로, 2-4mm의 규사 40-60중량부에, 입경 0.6-1.2mm로 분쇄한 폐타이어 고무칩 및/또는 폐플라스틱 분말 30-80중량부를 혼합한다. 혼합되는 고무칩 및/또는 폐플라스틱 분말의 양은 하부 지지층(12)의 두께에 따라 조절하도록 한다. 이와 같이, 규사의 사용량은 폐타이어 고무칩 및/또는 폐플라스틱 분말의 사용량을 고려하여 조절하는데, 블록의 중량이 물보다 높은 비중을 갖도록 규사와 폐타이어 고무칩 및/또는 폐플라스틱 분말의 혼합비를 조절하여야 한다. 아울러, 규사의 사용량의 결정은 제조공정시 고압 및 고온에 따른 열분산 및 비중을 높이므로써 견고한 안정적 블록을 제조할 수 있다. 상기 폐플라스틱 분말은 각종 컴퓨터 또는 전자오락기기에 사용된 플라스틱을 분쇄한 분말을 사용한다.
바람직한 하부 지지층(12)과 상부 탄성층(11)의 두께비는 2 : 1이다. 폴리우레탄 결합제를 사용하여 고무칩과 규사를 결합시킨다. 폴리우레탄 결합제의 사용량은 5-10중량부의 양으로 사용한다.
본 발명에 따르면, 하부 지지층 재료를 준비하여 몰드에 넣고 그 위에, 상부 탄성층 재료를 적층하여 열프레스 200-1,000톤의 고압 및 200-250℃의 고열로 5-15분간 성형한다. 이때, 상기 압력 및 온도조건이 상기 범위를 벗어나면 고무블럭의 결합력이 약해지거나 부스러지는 경향이 있다.
도 1은 본 발명의 일례의 블록을 나타내는 사시도이다. 블록(10)은 상부의 탄성층(11)과 하부의 지지층(12)로 구성된다. 상부 탄성층(11)은 고무 칩과 결합제 그리고 임의의 안료가 균일하게 혼합되어 구성되어 있으며, 하부 지지층(12)은 규사(13) 중에 고무칩(14)이 결합제에 의해 균일하게 분산되어 결합된 구조로 형성 되어 있다.
도 2는 본 발명의 다른 예의 블록을 나타내는 사시도이다. 상부 탄성층(11)과 하부 지지층(11)의 구성물은 동일하나, 상부 탄성층(11)의 외면에 상기 탄성층(11)과 색상이 다른 테두리(15)가 형성되어 있다는 점이 다르다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
고무를 2-3mm로 절단한 고무 칩 60kg을 믹서기에 넣고 폴리우레탄 결합제(경기도 시흥시 시화공단 소재 경오화학 제품, 상품명 KA-770) 6kg과 녹색안료 0.5kg을 부가하여 균일하게 혼합하여 탄성층 재료를 제조하였다. 다른 믹서기에 입경 2-3mm로 선별된 규사 50kg과 입경 0.6-1.2mm로 분쇄된 고무칩 및 폐플라스틱 분말 각각 25kg씩(합 50kg)을 넣고 폴리우레탄 결합제 5kg을 혼합하여 균일한 하부 지지층 재료를 제조하였다.
몰드에 먼저, 이형제를 바른 후, 지지층 재료를 2cm 두께로 충전하고 그 위에 탄성층 재료를 1cm 두께로 충전하여 230℃에서 10분간 500t의 압력으로 가압한 후 탈형하여 블록을 제조하였다. 이 블록의 내구성을 시험하기 위하여 내열성, 내수성, 내한성, 내습성 시험을 행하였으며 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
고무를 2-3mm로 절단한 고무 칩 60kg을 믹서기에 넣고 폴리우레탄 결합제(경기도 시흥시 시화공단 소재 경오화학 제품, 상품명 KA-770) 6kg과 녹색안료 0.5kg 을 부가하여 균일하게 혼합하여 탄성층 재료를 제조하였다. 다른 믹서기에 입경 2-3mm로 선별된 모래 100kg과 입경 2-3mm로 절단된 고무 펠렛 20kg을 넣고 폴리우레탄 결합제 10kg을 혼합하여 균일한 하부 지지층 재료를 제조하였다.
몰드에 먼저, 이형제를 바른 후, 지지층 재료를 2cm 두께로 충전하고 그 위에 탄성층 재료를 1cm 두께로 충전하여 160℃에서 10분간 가압한 후 탈형하여 블록을 제조하였다. 이 블록의 내구성을 시험하기 위하여 내열성, 내수성, 내한성, 내습성 시험을 행하였으며 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2-4
상기 실시예 1에서 하부 지지층 제조시 규사와 고무칩의 혼합비를 각각 60kg대 40kg, 80kg대 20kg, 및 70kg대 30kg으로 변경한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였고, 상기 실시예 4에 따른 블록의 내구성을 시험하기 위하여 내열성, 내수성, 내한성, 내습성 시험을 행하였으며 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
항 목(단위 : kg/㎠) 실시예 1 실시예 4 비교예 1
초기 2주후 4주후 초기 2주후 4주후 초기 2주후 4주후
내열성(80℃) 17.8 22.6 26 17.7 21.5 24 17.9 19.8 22
내수성(30℃물) 17.5 17 16.3 17.4 16.8 16.1 17.4 15.6 15.4
내한성(-20℃) 17.1 16.4 17.5 16.9 16.2 17.1 17 15.7 16
내습성(30℃, 95RH) 15 14.1 16.1 15.5 14.7 16.9 16 13.4 15.6
전술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 의해 제조된 블록은 환경변화에 따른 내구성이 우수하였으며, 물보다 높은 비중을 지니고 있어 안정성과 탄성이 뛰어난 장점이 있다. 또한, 폐 타이어의 등을 재활용할 수 있어 환경보호에도 유익한 발 명이다. 본 발명의 블록은 건축자재, 특히 바닥재로 유용하다.
도 1은 본 발명의 일례의 블록을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 다른 예의 블록을 나타낸 사시도.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※
10: 블록 11: 상부 탄성층(유색)
12: 하부 지지층 13: 규사
14: 폐타이어 고무칩 15: 테두리

Claims (1)

  1. 2-4mm의 규사 40-60중량부에, 입경 0.6-1.2mm로 분쇄한 폐타이어 고무칩 및/또는 폐플라스틱 분말 30-80중량부 및 폴리우레탄 결합제 5-10중량부를 혼합한 하부 지지층 재료를 준비하여 몰드에 넣고 그 위에, 2-3mm 길이로 절단한 고무 칩 100중량부에 폴리우레탄 결합제 5-10중량부 및 안료 0.5-5중량부를 혼합한 상부 탄성층 재료를 적층하여 열프레스 200-1,000톤의 고압 및 200-250℃의 고열로 5-15분간 성형하는 것을 특징으로 하는 폐타이어 고무 칩을 이용한 블록의 제조방법.
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